科學(xué)家發(fā)明新型“骨填充”：可提高3D打印效率和打印件強度

南極熊2017年2月20日訊，一支來自歐洲的科學(xué)家團隊近日在3D打印結(jié)構(gòu)內(nèi)部填充方面取得了新的突破 — 他們發(fā)明了一種算法，能創(chuàng)造出類似天然骨骼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的新填充結(jié)構(gòu)，而與現(xiàn)有的填充相比，這種新的填充能在3D打印的效率和3D打印件的強度間實現(xiàn)更好的平衡。

在已經(jīng)發(fā)表的相關(guān)論文中，研究者們介紹了采用這種新型“骨填充”創(chuàng)建優(yōu)化的輕質(zhì)部件的方法。其中的“骨填充”是通過模仿皮質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建的。下圖就是這種骨骼和采用其結(jié)構(gòu)的3D打印復(fù)制品。

研究者們發(fā)明的算法能夠以類似于“天然骨骼對受到的外力做出反應(yīng)”的方式優(yōu)化材料的分布，從而創(chuàng)建出這種新型“骨填充”。有趣的是，這種新填充的模式與被打印物體的外部輪廓很不一樣，而這與目前3D打印切片軟件的眾多“重復(fù)模式”形成了鮮明的對比。
　　
從技術(shù)角度來看，這種算法的基礎(chǔ)是拓撲優(yōu)化。拓撲優(yōu)化是一種用于設(shè)計輕量結(jié)構(gòu)的工程方法，目前已廣泛用于航空和汽車工業(yè)。它最大的特點就是能將材料布置到需要的地方，從而在規(guī)定的外力下實現(xiàn)結(jié)構(gòu)強度的最大化。
　　
然而研究者們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)拓撲優(yōu)化創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)對材料的損傷和外力的變化都很敏感 — 畢竟，效率和強度是矛盾的。所以，他們改變了思路，最終通過加強微結(jié)構(gòu)在物體內(nèi)部的“擴散”創(chuàng)造出了這種新的“骨填充”。下面就是“標(biāo)準拓撲優(yōu)化”（左）、骨填充（中），和“普通重復(fù)填充”（右）3種模式優(yōu)化同一個骨模型的示意圖。

研究團隊表示，雖然這種新結(jié)構(gòu)目前仍處于開發(fā)階段，但他們已經(jīng)使用選擇性激光燒結(jié)（SLS）和熔融沉積（FDM）這兩種常見的3D打印技術(shù)對其進行了實際測試（如下圖）。另外，算法的軟件包也會很快發(fā)布，而且還可以根據(jù)要求提供測試版本。所以或許再過不久，你就能嘗試這種源自骨骼的新填充了。
　　

值得一提的是，研究者之一的Jun Wu表示，這種算法更有可能被集成到設(shè)計鏈（CAD / CAE軟件）而不是切片軟件中 — 這對于設(shè)計師來說無疑是個天大好消息，意味著他們工作量會減少，但工作效率卻可以提高。
　　
延伸閱讀：
《網(wǎng)狀鋼纖維填充物增強3D打印建筑強度》
《【下載】《填充參數(shù)對桌面3D打印件拉伸力學(xué)的影響》研究報告》

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編譯自 3ders