人工智能实验室的Foundry工具可以让您设计各种多材料3D打印对象

在过去的十年中，3D打印已经取得了进展，包括多材料制造，可以生产功能强大的功能性物体。虽然已经取得了许多进步，但是非程序员仍然难以创建由许多材料(或材料的混合物)制成的物体而没有更友好的用户界面。

但本周，来自麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的团队将展示“Foundry”系统，该系统用于定制设计多种材料的各种3D打印物体。

在传统制造业中，由不同材料制成的物体是通过单独的工艺制造，然后用粘合剂或其他粘合工艺组装而成，”该论文的第一作者，博士生KirilVidimče说。“即使现有的多材料3-D打印机也有类似的工作流程：部件一次一个地设计在传统的CAD [计算机辅助设计]系统中，然后打印软件允许用户为每个部件分配单一材料。 ”

相比之下，Foundry允许用户以非常精细的分辨率改变材料属性，这是以前无法实现的。

“这就像用于3D材料的Photoshop一样，允许您设计由新复合材料制成的物体，这些物体具有您在特定任务中所需的最佳机械，热和导电性能，”Vidimče说。“你只受到你的创造力以及如何以新颖的方式组合材料的想法的限制。”

为了证明这一点，该团队设计并制造了一个乒乓球拍，带有反光表面的滑雪板，三轮车轮，头盔，甚至有朝一日可用于手术计划的骨头。

在现有设计工具中重新设计多材料对象需要经验丰富的工程师很多天 - 而某些设计实际上是完全不可行的。使用Foundry，您可以在几分钟内创建这些设计。

“3D打印不仅仅是点击按钮并看到产品，”Vidimče说。“这是关于打印传统制造业目前无法制造的东西。”

该论文的共同作者包括麻省理工学院教授Wojciech Matusik和他的Computational Fabrication Group的学生：博士生Alexandre Kaspar和前研究生Ye Wang。本文将于本周晚些时候在东京计算机协会用户界面软件和技术研讨会(UIST)上发表。

这个怎么运作

今天的多材料3-D打印机主要用于原型设计，因为目前使用的材料功能不是很好。用户通常会创建初步模型，进行快速调整，然后再次打印。麻省理工学院的MultiFab等新平台正在开发适合批量生产的高功能材料。

与此同时，Foundry可以作为帮助创建此类对象的界面。要使用它，首先要在SolidWorks等传统CAD软件包中设计对象。导出文件后，您可以通过创建“运算符图形”来确定对象的构成，该“运算符图形”可以包含大约100个称为“运算符”的微调动作中的任何一个。

操作员可以“细分”，“重新映射”或“分配”材料。一些操作员将物体干净地分成两种或更多种不同的材料，而其他操作者则提供从一种材料到另一种材料的逐渐转变。

Foundry允许您混合和匹配任何材料组合，并将特定属性分配给对象的不同部分，将操作符组合在一起以创建新的。

例如，如果你想制作一个刚性和弹性的立方体，你可以指定一个“刚性操作员”来使一个部件刚性，而另一个部件弹性的“弹性体操作员”; 第三个“梯度算子”连接两者并引入材料之间的逐渐过渡。

用户可以实时预览他们的设计，而不必等到打印过程的最后步骤才能看到它的外观。

测试系统

为了测试Foundry，该团队在非设计师的基础上尝试了该系统。他们被赋予三种不同的物品来重现：泰迪熊，骨骼结构和集成的“tweel”(轮胎和轮子)。只需一个小时的解释，用户可以分别设计骨骼，轮胎和泰迪熊，平均分别为56,48和26分钟。

除了用户研究，该团队还为幼儿三轮车制作了一个定制轮。车轮具有改进的结构以最大化横向强度，并且泡沫外轮用于改善悬架。

使用Foundry开发3D打印平台的全部功能，可以在医学等方面实现许多实际应用。外科医生可以为骨骼等物体创造高质量的复制品，而医生也可以开发更舒适的假牙和其他产品，这些产品将受益于柔软和坚硬的组件。

Vidimče的最终梦想是让Foundry创建一个设计师社区，他们可以相互分享新的运营商，以扩大可以生产的产品的可能性。他还希望将Foundry集成到现有CAD系统的工作流程中。

“用户应该能够以类似于他们如何迭代所设计零件的几何形状的方式迭代材料成分，”Vidimče说。“集成物理模拟来预测零件的行为将允许快速迭代最终设计。