開源軟件可實現多種材料的高效 3D 打印。

一種新的開源工具正在改變工程師設計多材料物體的方式。查爾斯·韋德博士科羅拉多大學博爾德分校的一名計算機科學專業的學生創建了一個設計系統軟件包，該軟件包使用函數和代碼不僅可以映射形狀，還可以映射 3D 對像中不同材料的位置。

項目名為 開放式VCAD是在 Paul M. Ready 機械工程系的 Robert McCurdy 副教授的指導下，在 Matter Assembly 計算實驗室開發的。

一個 新紙發表在雜誌上 增材製造重點介紹了該設計工具及其變革 3D 打印的潛力，使工程師能夠更有效地設計多材料物體。

“多材料設計研究和實踐的歷史肯定早在 OpenVCAD 之前就已存在，”同樣隸屬於計算機科學以及電氣、計算機和能源工程系的 McCurdy 說道。 “但我們相信，每次為特定項目編寫特定代碼所產生的開銷會阻礙工程師完成盡可能多的項目。

“借助 OpenVCAD，我們可以一次性完成所有這些工作，而且做得非常好，這樣人們就有了一個內置的基礎設施來表示這些空間變化的多材料設計。”

突破多材料設計的界限

設計多材料物體長期以來一直突破了傳統計算機輔助設計 (CAD) 軟件的界限。

根據 Wade 和 McCurdy 的說法，傳統的設計工具往往僅將對象表示為邊界表面。這意味著它們基於隱含的假設進行操作，即邊界表面內的所有物體均由相同的材料製成。

力學的主要興趣領域之一是所謂的漸變設計，其中兩種材料逐漸相互混合 – 就像鞋底從底部堅硬變為頂部柔軟一樣。但如果沒有強大的設計工具，將粗糙的步驟轉變為平滑的過渡可能會極其困難。

這就是 Wade 開發 OpenVCAD 的原因。該軟件包的作用幾乎就像一套方便的工具，使人們不僅可以輕鬆地編寫複雜​​的功能，還可以將它們作為材料分配給 3D 打印機上的對象。

“這是第一個廣泛使用的使用多種材料和代碼的設計工具，”韋德說。 “它提供了高度複雜的打印對象，易於編寫和設計，並且易於直觀地編寫。與傳統的 CAD 軟件不同，在傳統的 CAD 軟件中，您必須為每次更改繪製所有內容，並且無法呈現分級材料，而我們的工具允許用戶更改一個小變量，並輕鬆查看整個設計更新。”

對每個人都有廣泛的影響

該團隊的新論文探討了 OpenVCAD 在各種 3D 打印機上的功能，其中包括 McCurdy 實驗室小組可用的一款可以同時使用最多五種材料打印物體的打印機。

然而，他們擔心該項目對整個工程界的潛在影響。

McCurdy 和他的團隊表示，OpenVCAD 軟件可用於幫助研究人員設計幾乎任何行業或領域的對象。

需要實際規劃模型進行實踐的外科醫生可以利用梯度混合工具。軟機器人專家可以用它來創建靈活的執行器，這些執行器可以在一個方向彎曲，但在另一個方向保持筆直和剛性。需要對複雜的多材料對象進行建模的工程師可以在 OpenVCAD 中進行設計並輕鬆導出可用於模型的文件。

OpenVCAD 甚至可以將特定的機械屬性應用於晶格結構的特定部分，這些部分通常用於吸收衝擊以創建更複雜的結構。

“我們可以依靠 OpenVCAD 的核心功能來表示許多不同領域中的多材料對象，”McCurdy 說。 “但在某些領域還有更多的事情要做，我們真的希望這種多材料設計方法能夠取得成功。”

OpenVCAD 是一個完全開源的工具，這意味著它可供世界各地的工程師廣泛使用。它甚至還附帶了 Python 實現，因此任何人都可以輕鬆導入命令存儲庫並只需一行代碼即可開始使用。

“我們希望人們能夠廣泛使用它，”韋德說。 “我們有越來越多來自其他機構的外部研究人員使用這個工具，我們希望這個社區能夠做得最好。”