3D打印技術在過去十年已取得不少進展，例如，實現了由多種原材料構成的制造過程，能夠生產出功能強大、具有實用性的物品。盡管如此，對于不是程序員的人而言，要利用這一技術打造出由許多材料或混合材料制成的3D產品依舊很困難，原因在于現有的操作界面不容易上手。本周，麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）的一個團隊將公開展示應對這一問題的Foundry系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于定制設計由多種材料制成的各種3D打印對象。

“在傳統(tǒng)制造中，由不同材料制成的物體需經歷各自獨立的工藝流程，然后使用粘合劑或其它粘合工藝進行組裝，”博士生兼論文第一作者基里爾-維迪姆斯（Kiril Vidim?e）表示，“現有的多材料3D打印機也擁有類似的工作流程：每個零部件通過傳統(tǒng)的CAD（計算機輔助設計）系統(tǒng)獨立設計而成，然后3D打印軟件為每個零部件分配對應的某種材料。”

相較而言，Foundry允許用戶以前所未有的高精度來更改材料屬性。

“Foundry就像修改3D產品屬性的Photoshop軟件，允許用戶利用新型的復合材料來設計產品，根據設計目的選擇擁有最佳機械、熱和導電性能的材料，”維迪姆斯表示，“設計者只需盡情發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力、思考如何以新穎的方式實現材料的復合。”

作為展示，該團隊設計和制造了乒乓球拍、滑雪板、三輪車的輪子、頭盔、甚至未來有望應用到手術中的骨頭。

哪怕對于經驗豐富的工程師，利用現有的設計工具中重新設計由多種材料構成的物品都需要很多天的時間，而且有些設計在實際中可能完全不可行。但利用Foundry系統(tǒng)，設計者可以在幾分鐘內完成設計。

“3D打印不僅僅是點擊按鈕，然后等待產品的制成，”維迪姆斯指出，“這一技術旨在打印出目前無法利用傳統(tǒng)工藝制造而成的產品。”

論文的合作撰寫者包括麻省理工學院的教授沃伊切赫- 毛圖?？耍╓ojciech Matusik）和以及他所任教的計算制造專業(yè)的學生博士生亞歷山大-卡斯帕（Alexandre Kaspar）和研究生王葉（Ye Wan）。本周晚些時候，他們將在東京計算機協(xié)會的用戶界面軟件和技術研討會（UIST）中公開該論文的內容。

Foundry是如何運行的？

由于目前業(yè)界使用的材料并非很實用，因此如今的多材料3D打印機大多用于制作原型。設計者通常的做法是，創(chuàng)建初步模型，快速調整，隨后再次打印。麻省理工學院的MultiFab等新平臺正在開發(fā)適用于批量制造的高性能材料。

同時，Foundry發(fā)揮著界面的作用。設計首先需使用SolidWorks等傳統(tǒng)的CAD工具包來設計產品，導出文件后，通過在Foundry中創(chuàng)建“運算符圖表（operator graph）”來確定產品的組成，這種運算符圖表可容納大約100個名為“運算符（operator）”的微調動作。“運算符”可以“細分”、“重新映射”或“分配”材料。一些“運算符”能夠明晰地把設計對象劃分為兩種或更多種不同材料，而其他“運算符”可實現從一種材料向到另一種材料的逐漸轉變。

Foundry允許設計者針對任何材料的組合展開混合和匹配設計，還可為對象的不同部分分配特定屬性，并組合“運算符”來生成新的“運算符”。

例如，如果設計者想制造一種兼具剛性和彈性的立方體，他可以分配一個“剛性運算符”讓立方體的某個部分較硬，并分配一個“彈性運算符”讓另一部分富有彈性；再引入連接兩部分的“梯度運算符”以實現材料之間的逐漸過渡。

設計者可以實時預覽他們的設計，而不必等到打印成品出來。

測試系統(tǒng)

為了測試Foundry，研究團隊讓一些并非專業(yè)設計師的人參與了測試。參與者需設計出三種不同的對象：玩具熊、骨骼結構以及包含輪胎和車輪的一體化輪胎。研究團隊僅解釋了一小時，參與者就能設計出這些對象，而且設計玩具熊、骨骼結構和一體化輪胎的平均時間分別是56分鐘、48分鐘和26分鐘。

此外，研究團隊還為幼兒三輪車制造了一個定制輪子。這個車輪的結構經過改善，能夠實現橫向強度的最大化，輪子的泡沫外輪還改進了懸架。

通過Foundry充分發(fā)揮3D打印平臺的所有性能有助于實現醫(yī)療等領域的實際應用。我們可以制造高質量的仿真品（如，骨頭）供醫(yī)生實施手術練習，而利用兼具軟性和剛性性能的設計，我們也可開發(fā)出更舒適的假牙和其他產品。

維迪姆斯的最終夢想是為Foundry創(chuàng)造一個設計者社區(qū)，設計者們在其中可以相互分享“運算符”，讓3D制造實現更多潛在設計。他還希望將Foundry集成到現有CAD系統(tǒng)的工作流程中。

該研究得到美國國家科學基金會的支持。

來源：cnbeta