实现经济节约型三维打印优化设计

中安在线讯 记者从中国科学技术大学获悉，近日，中科大数学科学学院国家数学与交叉科学中心(合肥)图形与几何计算实验室的研究组在三维打印(快速制造)领域取得重要研究进展，成功实现了“经济节约型”三维打印的结构优化设计与验证，研究论文被计算机图形学领域顶级会议美国计算机协会计算机图形专业组2013年年会(SiggraphAsia)接收，并全文发表在计算机图形学领域最顶级期刊《美国计算机学会图形学汇刊》(ACM Transactions on Graphics)上。中国科大是论文的第一完成单位和通讯作者单位。

三维打印技术是以三维模型几何设计为基础的先进制造工艺。随着三维打印机及其相关技术的发展，近年来逐渐应用于工业制造、医学工程、原型验证、个性化定制等领域。由于原材料和工作原理的限制，目前的三维打印技术存在原材料昂贵、机械寿命短、加工速度慢等缺点。

在国家973项目、中科院“中科院人才计划”和国家自然科学基金的支持下，中国科大图形与几何计算实验室的研究组经过一年多的努力，提出了一种“蒙皮-框架”(Skin-Frame)轻质结构的多目标优化方案，即在内部嵌入尽可能简洁的框架结构来支撑打印物体表面和承受各个方向的物理受力，从而大大减少实际打印体积。

据论文通讯作者杨周旺老师介绍，该方案能有效地降低打印材料成本，并使打印物体满足所要求的物理强度、受力稳定性、自平衡性及可打印性。实际打印实验证明，该方案对于目前普遍使用的粉末式三维打印机和挤压式三维打印机同样适用；同时，该方法比目前三维打印所普遍采取的实心打印节省约70%的材料，并缩短了打印时间，具有更好的成本效益。此外，该研究还针对目前最为流行和廉价的熔融沉积式(FDM)桌面型三维打印机，给出了自支撑打印过程优化算法。

审稿人对该成果给予了高度评价，认为“基于框架支撑的模型制造方法，其贡献是新颖的和令人信服的。”“这种建模方式可能会影响未来的制造方法。”同时，上述研究成果在三维打印业界受到高度关注，有多家企业向研究组表示产品化合作意向。 (记者 赵孝刚 通讯员 杨保国)

2013年09月22日　中安在线