Для 3D-печати создали метод повоксельной топологической оптимизации

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали программное обеспечение для топологической оптимизации 3D-печатных изделий. Разработка была представлена на конференции по компьютерной графике SIGGRAPH, препринт доступен на Arxiv.org, также о ней сообщает издание MIT Technology Review.

В современном мире многие изделия сначала разрабатываются в виде трехмерной модели в системе автоматизированного проектирования. Для того, чтобы использовать материал максимально эффективно, инженеры занимаются топологической оптимизацией деталей под конкретные задачи и нагрузки. В отличие от обычных методов производства, в процессе 3D-печати принтер создает изделие из множества небольших частиц материала или даже нескольких материалов одновременно. Это открывает большие возможности для топологической оптимизации — можно менять не только форму самого изделия, но и его внутреннюю структуру и соотношение материалов с разными свойствами. Такой подход использовали исследователи из лаборатории информационных технологий и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института. 

Исследователи решили принять за «единицу материала» воксель. Чтобы изменять не форму печатаемого предмета, а его внутреннюю структуру, инженеры создали облако точек, в котором воксели распределены в соответствии с разными механическими свойствами, например модулем Юнга и коэффициентом Пуассона. Каждый воксель в зависимости от материалов может иметь разную структуру и соотношение мягкого и жесткого материала в нем.

Система проектирования анализирует заданную нагрузку на предмет, а затем, используя базу данных, разбивает модель на воксели с разными свойствами. Чтобы продемонстрировать это, исследователи создали модель, а затем напечатали на 3D-принтере зажим с контринтуитивным поведением: несмотря на то, что он выполнен из единого объема пластика, при нажатии на рукоятку его концы, расположенные на рабочей стороне, также сжимаются, что можно увидеть на видеозаписи ниже.

Недавно инженеры из той же лаборатории в MIT разработали плагин для систем проектирования, который позволяет легко и быстро оценивать нагрузку на проектируемые конструкции, выполняя ресурсоемкие вычисления на облачных серверах.

Ранее мы писали в блоге о том, что топологическая оптимизация может создавать не только прочные и оптимальные изделия, но еще и красивые — даже если речь идет о детали, удерживающей вместе несколько кабелей.

Григорий Копиев