创想智造3D打印手板模型加工

标题: 迪斯尼科学家创造出有多种弹性的3D打印对象 [打印本页]

作者: 3D新闻 时间: 2015-8-7 16:58
标题: 迪斯尼科学家创造出有多种弹性的3D打印对象
目前，在世界上只有少数几家公司是不需要介绍而人人皆知的，迪斯尼就是其中之一。但是您知道吗，迪士尼除了电影、玩具和游乐园之外，还有一个非常活跃的研究部门Disney Research ，专门从事各种能够为整个迪斯尼帝国添砖加瓦的应用研究。他们也经常会在研究中使用到3D打印技术。比如两个月前，天工社曾经报道过Disney Research用3D打印开发出了走路很像动画人物的机器人。如今，这个研究部门又搞出了一个很有趣的创新，这是一个使用单一材料3D打印的对象，但是它的不同部位弹性程度各不相同。比如他们用一种材料打印了一只兔子，这只兔子拥有柔软的耳朵和结实的身子。

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这个有趣的能力是由苏黎世联邦理工学院的计算机图形学博士生Christian Schumacher开发的，他同时也在为Disney Research工作。据他在一份研究报告中说，这个概念脱胎于一个3D对象原有的属性嵌入3D打印的复制品中的想法。
迪斯尼的研究人员发现，他们可以通过改变材料小尺度的结构来大幅度该片对象的弹性。他们开发了各种具有不同弹性属性而且兼容的微结构，使设计人员能够根据需要为对象的不同部分选择弹性属性。“在我们的日常生活中，有许多功能对象是由有弹性的、可变形的材料制成的。这些材料的特性通常与其功能密不可分。不幸的是，弹性属性在几何形状上很不容易控制，因为3D打印技术通常只能使用单一的材料，或者非常小的一组材料，这就难以支持所需的弹性变形行为。”他写道。
不过研究人员认为，虽然3D打印受到材料方面的限制，但是也有方法可以绕开这个限制。“3D打印能够轻松创建复杂的高精度3D结构，从而可以创建出具有特殊性能的超材料。”他们写道。这些超材料本质上是由尺寸很小的结构组成的，但是它们的主要属性并非来自组成材料，而是来自其中的微小结构的形状和相互作用。概括地说，这些材料的微结构可以经过特定的布置，以确保一个3D打印对象的一部分比另一部分更具弹性或者更耐久。

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为了做到这一点，他们采取了一种基于数据的解决方法，他们开发出了一种算法，该算法考虑到了这些微型结构的所有基本弹性。“我们希望这些结构能够在一个理想的、足够大的连续区域实现可能的弹性行为。为了实现这一目标，我们使用了一种优化的方法来选取能够展示出一系列所需行为的结构。”迪斯尼研究团队说。“我们会使用一种已知的结构或者所希望的弹性指标来初始化这种优化方法，然后计算出一系列相似的结构，以涵盖一个拥有可能弹性行为的子空间。我们会重复这个过程，每次会增加结构的一个结构系列，以增加材料所能覆盖的弹性行为的空间。这显然是一个非常复杂的方法，研究人员在论文中对此进行了详细介绍。
这个技术为很多可能性打开了大门，因为弹性行为可以通过各种显著不同的结构被再现。“在3D条件下，我们在两个模型（13厘米高的兔子和15厘米高的泰迪熊）这些模型是通过一个交互的材料设计工具创建的。这些模型被分为一个个8毫米边长的小格子。这些超材料空间就被安置在这些小格子里，每个格子包含了21个类似的微结构。”研究人员称。这两种模型具有不同程度的弹性。

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研究人员也制作出了第三个模型（32厘米高的犰狳），该模型的不同部位弹性是不一样的。“我们调整了参数分布，使得犰狳的腹部和关节是软的，而模型的其它部分是硬的。这些格子的结构和铺设是都是经过我们的算法计算的。”迪斯尼团队说。这个犰狳可以活动，即使其用的基本材料是硬的。同时研究人员发现，这些模型最好使用SLS 3D打印机打印，也就是说，由于FDM 3D打印技术需要支撑结构，对模型的功能会有所限制。

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尽管如此，这个有趣的创新是绝对能够大大扩展3D打印材料应用范围。不过这种方法最明显的缺点是，它依赖于大量的数据与计算功能的支持。幸运的是，迪斯尼团队已经准备采取某种方式公开发布这些结构的数据库，同时对于这个有趣创新的跟进研究也在进行中。

来源：天工社

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