盡管在過去10年里，3D打印已經取得了很大的進展，比如可以實現多材料打印，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，來自麻省理工學院（MIT）計算機科學和人工智能實驗室（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軟件設計、3D打印的多材料乒乓球拍

“在傳統制造業，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/粘結在一起的。”該論文的第一作者、博士生Kiril Vidim?e說“即使是當前的多材料3D打印機也有相似的工作流程——部件先在傳統的CAD系統中一次設計完成，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軟件設計、3D打印的骨骼

相比之下，Foundry允許用戶在前所未有的精細分辨率條件下改變屬性。

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

為了展示該軟件的功能，研發團隊設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規劃的骨骼。

研究人員使用Foundry軟件設計、3D打印的多材料滑雪板

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

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備用戶界面軟件與技術專題討論會（UIST）上公布。

Foundry是如何工作的

當下的多材料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。用戶通常先創建初步模型，再作出快速的調整，然后重新打印它們。

而Foundry則是作為幫助創建這種多材料對象的一個“界面”。要使用它，您首先需要在傳統的CAD軟件（像SolidWorks等）中設計出對象。當該設計文件被輸出后，您就可以通過創建一個“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種微調動作的任何一個，這些微調動作被稱為稱為“操作元（operator）”。

這些“操作元”可以“細分（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，或者結合不同“操作元”創造出新對象。

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”來實現兩種材料之間的逐步過渡。

用戶可以在設計過程中隨時預覽，而不是在打印完成后才能夠看到是什么樣子。

系統測試

為了測試Foundry軟件，研究人員找了一些非設計師作為測試人員。這些測試人員需要以多材料的形式重現三個不同的對象：一只泰迪熊、骨結構和帶輪胎的車輛。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構以最大化橫向強度；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基金（NSF）的資助。

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