盡管在過去10年里，3D打印已經(jīng)取得了很大的進展，比如可以實現(xiàn)多材料打印，制造強大的功能對象等，但是，由于沒有用戶友好的使用界面，對于很多非程序員來說，要創(chuàng)建一個由多種材料（或材料的混合物）制成的對象仍然是一件很有挑戰(zhàn)性的事情。

如今，這一障礙有望得到解決。本周，來自麻省理工學(xué)院（MIT）計算機科學(xué)和人工智能實驗室（CSAIL）一支研究團隊將推出“Foundry”，這是一個可自定義設(shè)計各種基于多材料的3D打印對象的軟件。

研究人員使用Foundry軟件設(shè)計、3D打印的多材料乒乓球拍

“在傳統(tǒng)制造業(yè)，包含不同材料的對象通常是通過分別單獨制造、然后再組裝/焊接/粘結(jié)在一起的。”該論文的第一作者、博士生Kiril Vidim?e說“即使是當(dāng)前的多材料3D打印機也有相似的工作流程——部件先在傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)中一次設(shè)計完成，然后打印軟件允許用戶將單個的材料分配給每個部件?！?/span>

研究人員使用Foundry軟件設(shè)計、3D打印的骨骼

相比之下，Foundry允許用戶在前所未有的精細(xì)分辨率條件下改變屬性。

“這就像針對3D材料的Photoshop，你可以用它設(shè)計出由全新復(fù)合材料制成的對象，該材料會有最優(yōu)的機械、熱學(xué)和導(dǎo)電性能。”Vidim?e說：“你唯一的限制是自己的創(chuàng)造力?！?/span>

為了展示該軟件的功能，研發(fā)團隊設(shè)計并制作了一個乒乓拍、帶反光表面的滑雪板、三輪車車輪、頭盔，甚至還有可用于外科手術(shù)規(guī)劃的骨骼。

研究人員使用Foundry軟件設(shè)計、3D打印的多材料滑雪板

使用現(xiàn)有設(shè)計工具來重新設(shè)計多材料對象往往需要一位經(jīng)驗豐富的工程師花費很多天時間——而且有些設(shè)計可能完全無法實現(xiàn)。但是Foundry軟件可以讓您在幾分鐘內(nèi)完成這些設(shè)計。

此項研究論文的合著者包括MIT教授Wojciech Matusik和他在計算制造組里的學(xué)生：博士研究生Alexandre Kaspar和前研究生Ye Wang。該論文將會于本周晚些時候在東京舉辦的計算設(shè)備用戶界面軟件與技術(shù)專題討論會（UIST）上公布。

Foundry是如何工作的

當(dāng)下的多材料3D打印機主要用于原型，這是因為目前使用的材料并不是非常實用。用戶通常先創(chuàng)建初步模型，再作出快速的調(diào)整，然后重新打印它們。

而Foundry則是作為幫助創(chuàng)建這種多材料對象的一個“界面”。要使用它，您首先需要在傳統(tǒng)的CAD軟件（像SolidWorks等）中設(shè)計出對象。當(dāng)該設(shè)計文件被輸出后，您就可以通過創(chuàng)建一個“操作元圖（operator graph）”來確定對象的組成，這個“操作元圖”中會包括大約100種微調(diào)動作的任何一個，這些微調(diào)動作被稱為稱為“操作元（operator）”。

這些“操作元”可以“細(xì)分（subdivide）”、“重新映射（remap）”或“分配（assign）”材料。有些“操作元”只是將對象劃分為兩個或更多不同的材料，而還有的“操作元”會實現(xiàn)從一種材料到另一種材料的逐步過渡。

Foundry可以混合和匹配任意組合材料，并將特定屬性分配給不同的對象，或者結(jié)合不同“操作元”創(chuàng)造出新對象。

例如，如果您想制造一個兼具剛性和彈性的立方體，那么您就可以分配一個“剛性操作元”使一部分變硬，以及一個“彈性操作元”使另一部分變彈性，還有一個“梯度操作元”來實現(xiàn)兩種材料之間的逐步過渡。

用戶可以在設(shè)計過程中隨時預(yù)覽，而不是在打印完成后才能夠看到是什么樣子。

系統(tǒng)測試

為了測試Foundry軟件，研究人員找了一些非設(shè)計師作為測試人員。這些測試人員需要以多材料的形式重現(xiàn)三個不同的對象：一只泰迪熊、骨結(jié)構(gòu)和帶輪胎的車輛。研究人員只是花了一個小時的時間做說明解釋，測試人員就設(shè)計出了骨、帶輪胎車輪和泰迪熊，平均花費的時間分別是56、48和26分鐘。

除了進行用戶研究之外，團隊也還為一輛童車設(shè)計了一種特殊的車輪（見下圖）。這個車輛使用了一種改進的結(jié)構(gòu)以最大化橫向強度；以及一種泡沫外輪來增加舒適性。

該研究得到了美國國家自然科學(xué)基金（NSF）的資助。

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