康奈尔大学博士开发出快速生成实体3D打印预览的方法

Post by 橡皮泥 on 2016-05-22

虽然3D打印机大大提升了用户制作原型的效率，但是显而易见，它们在速度这方面仍然有着很大的提升空间，即使是很小的对象，仍然需要花上个把小时去打印。来自康奈尔大学的两位博士生Huaishu Peng和Rundong Wu都意识到了这样一个问题，并为此开发了一个革命性的原型解决方案。这个方案被称为空中打印（On-The-Fly Print），它是一种增量式的3D打印设置，可以在几分钟内构建起一个网格状的原型。

据Huaishu Peng介绍说，在这项研究中，他和Rundong Wu的指导思想是要突破3D数字建模的限制。据他们称，如今的设计几乎完全是数字化的活动。你花个几个小时的时间做一个详细的设计，然后再等上几个小时将其3D打印出来。“由于用户不能在早期检查设计方案，在许多情况下，输出并不是那么理想，因此通常需要多次迭代才能完成设计过程。”他说：“所以能不能创建一个打印速度足够快，可以跟得上CAD设计速度，以便CAD用户能够及时地在低保真条件下预览打印出来的设计？”他不知道。

幸运的是，在此之前有人做过此类的探索。2014年，柏林Hasso Plattner研究所（HPI）的Guimbretière教授就和Stephanie Müller做过一个关于WirePrint（线打印）的研究，这是一种软件解决方案，可以在几乎任何3D打印机生成设计的低保真线框式预览。由于它只生成边框，因此成型速度要比常规3D打印快10倍。而在On-The-Fly Print这个研究项目里，两位博士生基本上优化了这个线框式的概念，并把它放在了一个强大的平台上，这平台会在您3D建模时自动启动3D打印。

这听上去似乎好得让人难以置信，但是On-the-Fly Print确实能够实现3D打印与CAD设计的平行。“当基元（primitives）被添加到数字模型上时，我们的3D打印机就会以低保真的线框表现形式将其实例化。在创建数字模型的过程中，设计师可以将构建平台（装有磁铁）从3D打印机上取下来仔细观察分析，然后再将其放回打印机，进一步根据需要修改数字模型，而3D打印机也会同步对实体模型进行修改。”开发人员解释说。

所有这一切都在一台定制化的Mini Kossel delta式3D打印机上实现了，该机器受一个连接到CRAMPS 2.0模块的Beagle Bone Black（BBB）驱动。据橡皮泥网了解，通过多次修改和优化的生成队列，它会在您完成建模的几分钟之后将打印出的原型置于你的手上。这样的速度部分要归因于他们使用了更粗的打印喷嘴（1毫米）。“因为我们的目标是快速提供低保真的实体反馈，因此速度比解析度更重要。”他们解释说。而且由于增加了两个水雾喷射器，挤出的这些厚厚的ABS材料会在几秒钟被固化。其结果是一个这样的3D打印装置可以在32秒内完成一个28×28×28毫米的线框结构，比WirePrint快了两分钟。

而且为了达到这样的效果，研究人员还对3D打印机进行了改装，使其获得更大的自由度——这台Delta式3D打印机上安装了一个260毫米半径的圆形亚克力轨道，从而使其获得了6个自由度（DOF）：其中五个用于运动，另一个用于挤出系统。这使其打印头可以接触到模型的几乎任何一个部分（见下面的视频）。通过简单地改变原型的角度，可以在几乎任何地方作出修补。借助于一个可伸缩的切割刀片，该系统甚至可以修改错误进行减材操作。

这种复杂的装置显然少不了显然需要相当多的软件支持。研究人员解释称，该软件需要考虑到数字建模的所有计算步骤。它主要来自于一个自定义的Rhino插件的支持，该插件能够立即把所有几何形状转化为可3D打印的G代码。“对于3D打印操作，这包括针对一个形状创造出网格，以及添加任何必要的连接结构；对于减材操作和更正操作，这包括将输入转换成剪切操作，然后创建任何必要的修补结构。”他们说。