3D打印的填充優(yōu)化是世界各地的設(shè)計(jì)師、數(shù)學(xué)家和研究人員不斷修改的東西，原因是最終找到節(jié)約生產(chǎn)成本和縮短生產(chǎn)時(shí)間。事實(shí)上，當(dāng)涉及到生產(chǎn)3D打印部件時(shí)，大多數(shù)3D打印過(guò)程允許對(duì)內(nèi)部密度進(jìn)行某種優(yōu)化。

使用立體光刻技術(shù)，生產(chǎn)鏤空3D打印部件可確保高精度，并且使用最少的材料和最高效的速度。Polyjet 3D打印技術(shù)使您能夠使用更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的支撐材料填充您的部件，F(xiàn)DM 3D打印使用戶可以選擇以不同程度的填充來(lái)制造您的3D模型文件，從而加快處理速度，同時(shí)使用較少的材料來(lái)啟動(dòng)。

這些成本和時(shí)間節(jié)省措施存在很大的缺點(diǎn)，那就是在制造部件中減小強(qiáng)度。比如說(shuō)，包含5％內(nèi)部材料和95％空氣的部件將比實(shí)心部件的外力承受更弱。

來(lái)自歐洲領(lǐng)先的技術(shù)大學(xué)的一組研究人員通過(guò)從自然世界獲取靈感，優(yōu)化3D打印的內(nèi)部填充結(jié)構(gòu)。該研究論文由Jun Wu博士（現(xiàn)荷蘭TU Delft的助理教授）、Niels Aage博士（丹麥TU副教授）、RüdigerWestermann博士（德國(guó)慕尼黑TU教授）和Ole Sigmund博士（丹麥TU教授）撰寫，并詳細(xì)介紹了骨結(jié)構(gòu)中的多孔結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)化耐用填充結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

該論文提出了一種通過(guò)模仿緊湊的皮質(zhì)骨，從而通過(guò)形成的外殼和海綿狀骨小梁占據(jù)其內(nèi)部的方式來(lái)生產(chǎn)最佳的輕質(zhì)部分，如下方的3D打印配對(duì)部件和人類股骨的橫截面。

他們的算法以類似于骨對(duì)外部體力如何反應(yīng)的方式優(yōu)化材料的分布。因此，這些結(jié)構(gòu)模仿了自然界中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。優(yōu)化的圖案在內(nèi)部的形狀不同，這與在3D打印切片軟件中使用的許多重復(fù)圖案形成對(duì)比。

從技術(shù)角度來(lái)看，研究者的算法是基于拓?fù)鋬?yōu)化，一種用于設(shè)計(jì)輕量結(jié)構(gòu)的工程方法。拓?fù)鋬?yōu)化已廣泛用于航空和汽車工業(yè)，其中零件和設(shè)備的重量發(fā)揮重要作用。它在需要的地方放置材料，以便在規(guī)定的外力下使結(jié)構(gòu)的剛度最大化。

然而，如研究人員的研究結(jié)果所示，拓?fù)鋬?yōu)化建議的結(jié)構(gòu)對(duì)材料損傷和外力的變化很敏感。畢竟，效率和強(qiáng)度是一對(duì)矛盾的因素。

通過(guò)在形狀內(nèi)部擴(kuò)散強(qiáng)化微結(jié)構(gòu)，新的所謂骨填充實(shí)現(xiàn)效率和強(qiáng)性之間的良好平衡。來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)骨樣優(yōu)化算法的優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)于當(dāng)前切片軟件中的重復(fù)模式，這在設(shè)計(jì)用于2D股骨形物體的填充物的測(cè)試中得到了證明。在左邊，我們有標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)構(gòu)。中間是骨填充，而重復(fù)模式顯示在右邊。柔度值（c），即剛度的倒數(shù)，應(yīng)盡可能小。

雖然他們的工作目前仍在研究階段，但他們已經(jīng)通過(guò)使用SLS和FDM打印機(jī)制造結(jié)構(gòu)部件來(lái)測(cè)試他們的方法。

對(duì)此，Jun Wu建議，現(xiàn)在算法最可能集成在設(shè)計(jì)鏈（CAD / CAE軟件）中，而不是切片軟件。對(duì)于世界各地的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，這應(yīng)該是一個(gè)很大的工作量減輕，他們的任務(wù)是盡可能經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)零件。

展望未來(lái)，Jun指出，他們的填充優(yōu)化公式的（研究）軟件包很快就會(huì)發(fā)布，并且已經(jīng)可以根據(jù)要求提供測(cè)試版本。

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