科学家发明新型“骨填充”：可提高3D打印效率和打印件强度

南极熊2017年2月20日讯，一支来自欧洲的科学家团队近日在3D打印结构内部填充方面取得了新的突破 — 他们发明了一种算法，能创造出类似天然骨骼内部结构的新填充结构，而与现有的填充相比，这种新的填充能在3D打印的效率和3D打印件的强度间实现更好的平衡。

在已经发表的相关论文中，研究者们介绍了采用这种新型“骨填充”创建优化的轻质部件的方法。其中的“骨填充”是通过模仿皮质骨的结构创建的。下图就是这种骨骼和采用其结构的3D打印复制品。

研究者们发明的算法能够以类似于“天然骨骼对受到的外力做出反应”的方式优化材料的分布，从而创建出这种新型“骨填充”。有趣的是，这种新填充的模式与被打印物体的外部轮廓很不一样，而这与目前3D打印切片软件的众多“重复模式”形成了鲜明的对比。
　　
从技术角度来看，这种算法的基础是拓扑优化。拓扑优化是一种用于设计轻量结构的工程方法，目前已广泛用于航空和汽车工业。它最大的特点就是能将材料布置到需要的地方，从而在规定的外力下实现结构强度的最大化。
　　
然而研究者们发现，根据拓扑优化创建的结构对材料的损伤和外力的变化都很敏感 — 毕竟，效率和强度是矛盾的。所以，他们改变了思路，最终通过加强微结构在物体内部的“扩散”创造出了这种新的“骨填充”。下面就是“标准拓扑优化”（左）、骨填充（中），和“普通重复填充”（右）3种模式优化同一个骨模型的示意图。

研究团队表示，虽然这种新结构目前仍处于开发阶段，但他们已经使用选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积（FDM）这两种常见的3D打印技术对其进行了实际测试（如下图）。另外，算法的软件包也会很快发布，而且还可以根据要求提供测试版本。所以或许再过不久，你就能尝试这种源自骨骼的新填充了。
　　

值得一提的是，研究者之一的Jun Wu表示，这种算法更有可能被集成到设计链（CAD / CAE软件）而不是切片软件中 — 这对于设计师来说无疑是个天大好消息，意味着他们工作量会减少，但工作效率却可以提高。
　　
延伸阅读：
《网状钢纤维填充物增强3D打印建筑强度》
《【下载】《填充参数对桌面3D打印件拉伸力学的影响》研究报告》

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编译自 3ders