3D打印的填充優(yōu)化是世界各地的設(shè)計師、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)時間。事實上，當(dāng)涉及到生產(chǎn)3D打印部件時，大多數(shù)3D打印過程允許對內(nèi)部密度進行某種優(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)濟實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制造您的3D模型文件，從而加快處理速度，同時使用較少的材料來啟動。

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

來自歐洲領(lǐng)先的技術(shù)大學(xué)的一組研究人員通過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模仿緊湊的皮質(zhì)骨，從而通過形成的外殼和海綿狀骨小梁占據(jù)其內(nèi)部的方式來生產(chǎn)最佳的輕質(zhì)部分，如下方的3D打印配對部件和人類股骨的橫截面。

他們的算法以類似于骨對外部體力如何反應(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)圖案形成對比。

從技術(shù)角度來看，研究者的算法是基于拓?fù)鋬?yōu)化，一種用于設(shè)計輕量結(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)對材料損傷和外力的變化很敏感。畢竟，效率和強度是一對矛盾的因素。

通過在形狀內(nèi)部擴散強化微結(jié)構(gòu)，新的所謂骨填充實現(xiàn)效率和強性之間的良好平衡。來自標(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)計用于2D股骨形物體的填充物的測試中得到了證明。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)通過使用SLS和FDM打印機制造結(jié)構(gòu)部件來測試他們的方法。

對此，Jun Wu建議，現(xiàn)在算法最可能集成在設(shè)計鏈（CAD / CAE軟件）中，而不是切片軟件。對于世界各地的設(shè)計師來說，這應(yīng)該是一個很大的工作量減輕，他們的任務(wù)是盡可能經(jīng)濟高效地生產(chǎn)零件。

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

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