MIT研发3D打印设计系统 堪称3D打印界的PS

3D打印技术在过去十年已取得不少进展，例如，实现了由多种原材料构成的制造过程，能够生产出功能强大、具有实用性的物品。尽管如此，对于不是程序员的人而言，要利用这一技术打造出由许多材料或混合材料制成的3D产品依旧很困难，原因在于现有的操作界面不容易上手。本周，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的一个团队将公开展示应对这一问题的Foundry系统，该系统可用于定制设计由多种材料制成的各种3D打印对象。

“在传统制造中，由不同材料制成的物体需经历各自独立的工艺流程，然后使用粘合剂或其它粘合工艺进行组装，”博士生兼论文第一作者基里尔-维迪姆斯（Kiril Vidim?e）表示，“现有的多材料3D打印机也拥有类似的工作流程：每个零部件通过传统的CAD（计算机辅助设计）系统独立设计而成，然后3D打印软件为每个零部件分配对应的某种材料。”

相较而言，Foundry允许用户以前所未有的高精度来更改材料属性。

“Foundry就像修改3D产品属性的Photoshop软件，允许用户利用新型的复合材料来设计产品，根据设计目的选择拥有最佳机械、热和导电性能的材料，”维迪姆斯表示，“设计者只需尽情发挥创造力和想象力、思考如何以新颖的方式实现材料的复合。”

作为展示，该团队设计和制造了乒乓球拍、滑雪板、三轮车的轮子、头盔、甚至未来有望应用到手术中的骨头。

哪怕对于经验丰富的工程师，利用现有的设计工具中重新设计由多种材料构成的物品都需要很多天的时间，而且有些设计在实际中可能完全不可行。但利用Foundry系统，设计者可以在几分钟内完成设计。

“3D打印不仅仅是点击按钮，然后等待产品的制成，”维迪姆斯指出，“这一技术旨在打印出目前无法利用传统工艺制造而成的产品。”

论文的合作撰写者包括麻省理工学院的教授沃伊切赫- 毛图希克（Wojciech Matusik）和以及他所任教的计算制造专业的学生博士生亚历山大-卡斯帕（Alexandre Kaspar）和研究生王叶（Ye Wan）。本周晚些时候，他们将在东京计算机协会的用户界面软件和技术研讨会（UIST）中公开该论文的内容。

Foundry是如何运行的？

由于目前业界使用的材料并非很实用，因此如今的多材料3D打印机大多用于制作原型。设计者通常的做法是，创建初步模型，快速调整，随后再次打印。麻省理工学院的MultiFab等新平台正在开发适用于批量制造的高性能材料。

同时，Foundry发挥着界面的作用。设计首先需使用SolidWorks等传统的CAD工具包来设计产品，导出文件后，通过在Foundry中创建“运算符图表（operator graph）”来确定产品的组成，这种运算符图表可容纳大约100个名为“运算符（operator）”的微调动作。“运算符”可以“细分”、“重新映射”或“分配”材料。一些“运算符”能够明晰地把设计对象划分为两种或更多种不同材料，而其他“运算符”可实现从一种材料向到另一种材料的逐渐转变。

Foundry允许设计者针对任何材料的组合展开混合和匹配设计，还可为对象的不同部分分配特定属性，并组合“运算符”来生成新的“运算符”。

例如，如果设计者想制造一种兼具刚性和弹性的立方体，他可以分配一个“刚性运算符”让立方体的某个部分较硬，并分配一个“弹性运算符”让另一部分富有弹性；再引入连接两部分的“梯度运算符”以实现材料之间的逐渐过渡。

设计者可以实时预览他们的设计，而不必等到打印成品出来。

测试系统

为了测试Foundry，研究团队让一些并非专业设计师的人参与了测试。参与者需设计出三种不同的对象：玩具熊、骨骼结构以及包含轮胎和车轮的一体化轮胎。研究团队仅解释了一小时，参与者就能设计出这些对象，而且设计玩具熊、骨骼结构和一体化轮胎的平均时间分别是56分钟、48分钟和26分钟。

此外，研究团队还为幼儿三轮车制造了一个定制轮子。这个车轮的结构经过改善，能够实现横向强度的最大化，轮子的泡沫外轮还改进了悬架。

通过Foundry充分发挥3D打印平台的所有性能有助于实现医疗等领域的实际应用。我们可以制造高质量的仿真品（如，骨头）供医生实施手术练习，而利用兼具软性和刚性性能的设计，我们也可开发出更舒适的假牙和其他产品。

维迪姆斯的最终梦想是为Foundry创造一个设计者社区，设计者们在其中可以相互分享“运算符”，让3D制造实现更多潜在设计。他还希望将Foundry集成到现有CAD系统的工作流程中。

该研究得到美国国家科学基金会的支持。

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