空中打印，可快速生成實(shí)體3D打印預(yù)覽

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時(shí)間就是金錢(qián)，服務(wù)要的就是迅速。雖然3D打印機(jī)大大提升了用戶制作原型的效率，但是顯而易見(jiàn)，它們?cè)谒俣冗@方面仍然有著很大的提升空間，即使是很小的對(duì)象，仍然需要花上個(gè)把小時(shí)去打印。來(lái)自康奈爾大學(xué) 的兩位博士生Huaishu Peng和Rundong Wu都意識(shí)到了這樣一個(gè)問(wèn)題，并為此開(kāi)發(fā)了一個(gè)革命性的原型解決方案。這個(gè)方案被稱(chēng)為空中打印（On-The-Fly Print），它是一種增量式的3D打印設(shè)置，可以在幾分鐘內(nèi)構(gòu)建起一個(gè)網(wǎng)格狀的原型。

據(jù)Huaishu Peng介紹說(shuō)，在這項(xiàng)研究中，他和Rundong Wu的指導(dǎo)思想是要突破3D數(shù)字建模的限制。據(jù)他們稱(chēng)，如今的設(shè)計(jì)幾乎完全是數(shù)字化的活動(dòng)。你花個(gè)幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間做一個(gè)詳細(xì)的設(shè)計(jì)，然后再等上幾個(gè)小時(shí)將 其3D打印出來(lái)。“由于用戶不能在早期檢查設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過(guò)程。”他說(shuō)：“所以能不能創(chuàng)建一個(gè)打印速度足夠快，可以跟得上CAD設(shè)計(jì)速度，以 便CAD用戶能夠及時(shí)地在低保真條件下預(yù)覽打印出來(lái)的設(shè)計(jì)？”他不知道。

幸運(yùn)的是，在此之前有人做過(guò)此類(lèi)的探索。2014年，柏林Hasso Plattner研究所（HPI）的Guimbretière教授就和Stephanie Müller做過(guò)一個(gè)關(guān)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(jī)生成設(shè)計(jì)的低保真線框式預(yù)覽。由于它只生成邊框，因此成型速度要比常規(guī)3D打印快10倍。而在On-The-Fly Print這個(gè)研究項(xiàng)目里，兩位博士生基本上優(yōu)化了這個(gè)線框式的概念，并把它放在了一個(gè)強(qiáng)大的 平臺(tái)上，這平臺(tái)會(huì)在您3D建模時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)3D打印。

這聽(tīng)上去似乎好得讓人難以置信，但是On-the-Fly Print確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印與CAD設(shè)計(jì)的平行。“當(dāng)基元（primitives）被添加到數(shù)字模型上時(shí)，我們的3D打印機(jī)就會(huì)以低保真的線框表現(xiàn)形式將其實(shí)例化。在創(chuàng)建數(shù) 字模型的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師可以將構(gòu)建平臺(tái)（裝有磁鐵）從3D打印機(jī)上取下來(lái)仔細(xì)觀察分析，然后再將其放回打印機(jī)，進(jìn)一步根據(jù)需要修改數(shù)字模型，而3D打印機(jī)也會(huì)同步對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行修改。”開(kāi)發(fā)人員解釋說(shuō)。

所有這一切都在一臺(tái)定制化的Mini Kossel delta式3D打印機(jī)上實(shí)現(xiàn)了，該機(jī)器受一個(gè)連接到CRAMPS 2.0模塊的Beagle Bone Black（BBB）驅(qū)動(dòng)。據(jù)e鍵打印了解，通過(guò)多次修改和優(yōu)化的生成隊(duì)列，它會(huì)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?dú)w因于他們使用了更粗的打印噴嘴（1毫米）。“因?yàn)槲覀兊哪繕?biāo)是快速提供低保真的實(shí)體反饋，因此速度比解析度更重要。”他們解釋說(shuō)。而且由于增加 了兩個(gè)水霧噴射器，擠出的這些厚厚的ABS材料會(huì)在幾秒鐘被固化。其結(jié)果是一個(gè)這樣的3D打印裝置可以在32秒內(nèi)完成一個(gè)28×28×28毫米的線框結(jié)構(gòu)，比WirePrint快了兩分鐘。

而且為了達(dá)到這樣的效果，研究人員還對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行了改裝，使其獲得更大的自由度——這臺(tái)Delta式3D打印機(jī)上安裝了一個(gè)260毫米半徑的圓形亞克力軌道，從而使其獲得了6個(gè)自由度（DOF）：其中五個(gè)用于運(yùn)動(dòng) ，另一個(gè)用于擠出系統(tǒng)。這使其打印頭可以接觸到模型的幾乎任何一個(gè)部分（見(jiàn)下面的視頻）。通過(guò)簡(jiǎn)單地改變?cè)偷慕嵌龋梢栽趲缀跞魏蔚胤阶鞒鲂扪a(bǔ)。借助于一個(gè)可伸縮的切割刀片，該系統(tǒng)甚至可以修改錯(cuò)誤進(jìn)行減材操作。

這種復(fù)雜的裝置顯然少不了顯然需要相當(dāng)多的軟件支持。研究人員解釋稱(chēng)，該軟件需要考慮到數(shù)字建模的所有計(jì)算步驟。它主要來(lái)自于一個(gè)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(zhuǎn)化為可3D打印 的G代碼。“對(duì)于3D打印操作，這包括針對(duì)一個(gè)形狀創(chuàng)造出網(wǎng)格，以及添加任何必要的連接結(jié)構(gòu)；對(duì)于減材操作和更正操作，這包括將輸入轉(zhuǎn)換成剪切操作，然后創(chuàng)建任何必要的修補(bǔ)結(jié)構(gòu)。”他們說(shuō)。

更重要的是，他們自定義的插件甚至可以優(yōu)化打印隊(duì)列以最大化可打印性，盡量不讓你從設(shè)計(jì)中分心。每當(dāng)一個(gè)新的幾何形狀被放置在打印床上或添加到前一個(gè)設(shè)計(jì)上，并在5秒鐘內(nèi)沒(méi)有變化，該插件就會(huì)判斷用戶準(zhǔn) 備3D打印它。該插件會(huì)根據(jù)現(xiàn)有的模型計(jì)算其可打印性和確定是否需要進(jìn)行切削或者進(jìn)行任何角度變化。

隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)步，打印速度將有很大的提升，特別是在打印大型物件的時(shí)候，速度是很重要的，但保證速度的同時(shí)，必須在質(zhì)量上也要有所保證。

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