為提升3D打印速度 國外研究者推出原型解決方案

　導讀：雖然3D打印機大大提升了用戶制作原型的效率，但是顯而易見，它們在速度這方面仍然有著很大的提升空間，即使是很小的對象，仍然需要花上個把小時去打印。來自康奈爾大學的兩位博士生Huaishu Peng和Rundong Wu都意識到了這樣一個問題，并為此開發了一個革命性的原型解決方案。

　　　　雖然3D打印機大大提升了用戶制作原型的效率，但是顯而易見，它們在速度這方面仍然有著很大的提升空間，即使是很小的對象，仍然需要花上個把小時去打印。來自康奈爾大學的兩位博士生Huaishu Peng和Rundong Wu都意識到了這樣一個問題，并為此開發了一個革命性的原型解決方案。這個方案被稱為空中打印（On-The-Fly Print），它是一種增量式的3D打印設置，可以在幾分鐘內構建起一個網格狀的原型。
　　　　據Huaishu Peng介紹說，在這項研究中，他和Rundong Wu的指導思想是要突破3D數字建模的限制。據他們稱，如今的設計幾乎完全是數字化的活動。你花個幾個小時的時間做一個詳細的設計，然后再等上幾個小時將其3D打印出來。“由于用戶不能在早期檢查設計方案，在許多情況下，輸出并不是那么理想，因此通常需要多次迭代才能完成設計過程。”他說：“所以能不能創建一個打印速度足夠快，可以跟得上CAD設計速度，以便CAD用戶能夠及時地在低保真條件下預覽打印出來的設計？”他不知道。　　　　幸運的是，在此之前有人做過此類的探索。2014年，柏林Hasso Plattner研究所（HPI）的Guimbretière教授就和Stephanie Müller做過一個關于WirePrint（線打印）的研究，這是一種軟件解決方案，可以在幾乎任何3D打印機生成設計的低保真線框式預覽。由于它只生成邊框，因此成型速度要比常規3D打印快10倍。而在On-The-Fly Print這個研究項目里，兩位博士生基本上優化了這個線框式的概念，并把它放在了一個強大的平臺上，這平臺會在您3D建模時自動啟動3D打印。　　　　這聽上去似乎好得讓人難以置信，但是On-the-Fly Print確實能夠實現3D打印與CAD設計的平行。“當基元（primitives）被添加到數字模型上時，我們的3D打印機就會以低保真的線框表現形式將其實例化。在創建數字模型的過程中，設計師可以將構建平臺（裝有磁鐵）從3D打印機上取下來仔細觀察分析，然后再將其放回打印機，進一步根據需要修改數字模型，而3D打印機也會同步對實體模型進行修改。”開發人員解釋說。　　　　所有這一切都在一臺定制化的Mini Kossel delta式3D打印機上實現了，該機器受一個連接到CRAMPS 2.0模塊的Beagle Bone Black（BBB）驅動。據天工社了解，通過多次修改和優化的生成隊列，它會在您完成建模的幾分鐘之后將打印出的原型置于你的手上。這樣的速度部分要歸因于他們使用了更粗的打印噴嘴（1毫米）。“因為我們的目標是快速提供低保真的實體反饋，因此速度比解析度更重要。”他們解釋說。而且由于增加了兩個水霧噴射器，擠出的這些厚厚的ABS材料會在幾秒鐘被固化。其結果是一個這樣的3D打印裝置可以在32秒內完成一個28×28×28毫米的線框結構，比WirePrint快了兩分鐘。　　　　而且為了達到這樣的效果，研究人員還對3D打印機進行了改裝，使其獲得更大的自由度——這臺Delta式3D打印機上安裝了一個260毫米半徑的圓形亞克力軌道，從而使其獲得了6個自由度（DOF）：其中五個用于運動，另一個用于擠出系統。這使其打印頭可以接觸到模型的幾乎任何一個部分（見下面的視頻）。通過簡單地改變原型的角度，可以在幾乎任何地方作出修補。借助于一個可伸縮的切割刀片，該系統甚至可以修改錯誤進行減材操作。　　　　這種復雜的裝置顯然少不了顯然需要相當多的軟件支持。研究人員解釋稱，該軟件需要考慮到數字建模的所有計算步驟。它主要來自于一個自定義的Rhino插件的支持，該插件能夠立即把所有幾何形狀轉化為可3D打印的G代碼。“對于3D打印操作，這包括針對一個形狀創造出網格，以及添加任何必要的連接結構；對于減材操作和更正操作，這包括將輸入轉換成剪切操作，然后創建任何必要的修補結構。”他們說。　　　　更重要的是，他們自定義的插件甚至可以優化打印隊列以最大化可打印性，盡量不讓你從設計中分心。每當一個新的幾何形狀被放置在打印床上或添加到前一個設計上，并在5秒鐘內沒有變化，該插件就會判斷用戶準備3D打印它。該插件會根據現有的模型計算其可打印性和確定是否需要進行切削或者進行任何角度變化。　　　　（原標題：康奈爾大學博士開發出快速生成實體3D打印預覽的方法）