最近，麻省理工學院（MIT）的一組研究人員開發(fā)出一個巧妙的軟件系統(tǒng)，可以在極短的時間內(nèi)用先進的物理模擬計算出尚未打印的3D設(shè)計的物理特性。據(jù)此，設(shè)計師和制造商將知道該選擇哪些材料來優(yōu)化他們的3D打印件。這項研究得到美國國防高級研究計劃局的SIMPLEX項目的支持。

“拓撲優(yōu)化是我們的研究重點。在設(shè)計循環(huán)中，它將物理學和仿真結(jié)合在一起。目前，拓撲優(yōu)化面臨的一個主要問題是硬件能力與軟件之間存在差距，而我們的算法恰好彌補了這一差距，”研究人員表示。

3D打印機的平均分辨率約為每英寸600點，這意味著1.67立方英寸的體積可以容納十億個材料小立方塊。這也意味著即使只計算兩種材料的組合的物理效應(yīng)也是相當耗時的。MIT團隊的創(chuàng)新之處在于通過模擬材料立方塊集群，而不是單個的材料立方塊，來建模這些效應(yīng)。

面對一組給定材料，MIT團隊的創(chuàng)新性軟件能隨機生成多個大小不同的集群——16、32或64體素（3D像素），這些集群充當3D打印對象的虛擬構(gòu)建塊。通過評估每個集群的物理特性，軟件逐漸建立起一個數(shù)據(jù)庫，其中包含數(shù)千個可能的結(jié)構(gòu)。通過咨詢這個數(shù)據(jù)庫，，軟件可以為將要打印的3D對象指定最佳材料。該軟件具有廣泛的潛在應(yīng)用，并且應(yīng)該能進一步優(yōu)化3D打印工藝。

“在許多應(yīng)用中，機械性能很重要，如汽車或航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。設(shè)計和發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)來生產(chǎn)帶有指定的功能性特性的材料和對象是這些應(yīng)用的核心，”一名計算機科學助理教授說，“利用MTI的創(chuàng)新性軟件，設(shè)計師或工程師可以對3D設(shè)計進行實際的優(yōu)化，非常有效地生成高分辨率的可打印結(jié)構(gòu)，這樣的操作甚至可以在一臺普通的計算機上進行。”