定制3D打印–新系统自动将CAD文件转换为可视模型

一个新的基于Web的界面允许对可在3-D打印机上打印的基本设计进行多种修改，从而使新手可以在几分钟内完成，这将使专家花费大量的计算机辅助设计时间。

3D打印背后的技术越来越普遍，但是为其创建设计的能力却没有。除了最简单的设计之外，任何其他设计都需要具有计算机辅助设计（CAD）应用程序的专业知识，甚至对于专家而言，设计过程也非常耗时。

麻省理工学院和以色列Herzliya跨学科中心的研究人员旨在通过一种新系统来改变这一点，该系统只需将Web上的虚拟滑块移动即可自动将CAD文件转换为用户可以实时修改的可视模型。一旦设计符合用户的要求，他或她便会点击打印按钮，将其发送到3D打印机。

麻省理工学院计算机科学与工程专业的研究生玛莎·舒格里纳（Masha Shugrina）表示：“我们设想，在这个世界上，您所购买的一切都可以被定制，而3-D打印等技术有望带来成本效益。”系统的设计师。“因此，我们开始回答的问题是，‘您实际上如何允许人们以保持其功能的方式修改数字设计？”

对于CAD用户，修改设计意味着更改输入字段中的数值，然后等待一分钟，直到程序重新计算关联对象的几何形状。

设计完成后，必须使用仿真软件进行测试。对于旨在用于3D打印机的设计，是否符合打印机规格就是这样一种测试。但是设计师通常也会测试其设计的结构稳定性和完整性。这些测试可能需要几分钟到几小时不等，并且每次设计更改时都需要重新运行。

我们解决的问题是允许临时用户自定义参数模型，同时将其有效状态保持为可3D打印的功能对象。我们将Fab Form定义为可以使新手用户进行交互式自定义，同时又保持有效和可制造的任何设计表示形式。我们提出了一种方法，这些方法可以为带有常规自动有效性测试和少量暴露给临时用户的少量参数标记的常规参数设计实现这些Fab Form要求。我们的解决方案将Fab Form评估分为预计算阶段和运行阶段。通过对设计空间进行自适应采样，可以评估几何形状和设计有效性（例如可制造性）的各个部分并将其存储在预计算阶段。在运行时，将执行其余的评估。这允许使用自动生成的Web用户界面（UI）在设计空间的有效区域中进行交互式导航。我们通过将几个参数模型转换为相应的Fab形式来评估我们的方法。

提前工作

Shugrina和她的合作者-她的论文顾问，麻省理工学院电气工程和计算机科学副教授Wojciech Matusik和IDC Herzliya的Ariel Shamir-试图将视觉设计变成新手可以实时完成的事情。他们在八月份的计算机协会的Siggraph会议上介绍了他们的新系统，称为“ Fab Forms”。

Fab Forms从经验丰富的CAD用户创建的设计开始。然后，它会浏览各种范围的设计参数值（CAD用户通常会手动更改的数字），以计算出最终的几何形状并将其存储在数据库中。

对于这些几何中的每一个，系统还运行设计人员指定的一系列测试，然后再次存储结果。整个过程在一台计算机上将花费数百小时，但是在他们的实验中，研究人员在云中的服务器之间分配了任务。

在实验中，研究人员使用了八种设计，包括高跟鞋，国际象棋套装，玩具车和咖啡杯。系统对设计参数的足够值进行采样，以提供所有可用选项的近似值，但是该数字因设计而异。在某些情况下，它只有几千个样本，而在另一些情况下，则是数十万个样本。研究人员还开发了一些巧妙的技术来利用设计变更中的相似性来压缩数据，但是最大的数据集仍然占用了17 GB的内存。

直观的界面

最后，系统生成一个用户界面，即一个可以在普通浏览器中打开的网页。该界面包括一个中央窗口（该窗口显示一个对象的3-D模型）和一组滑块，这些滑块可以更改对象设计的参数。系统会自动清除所有导致无法打印或不稳定设计的参数值，因此滑块仅限于有效设计。

移动其中一个滑块（例如，改变鞋的鞋跟的高度或杯底的宽度），可以浏览相关几何形状的视觉描述，实时显示用CAD程序进行计算需要花费几个小时。Matusik说：“样品密度足够高，对用户而言看起来是连续的。”

但是，如果有个特别敏锐的用户想要一个介于数据库中存储的两个样本之间的参数值，则系统可以调用CAD程序，计算相关的几何形状，然后对其进行测试。这可能要花费几分钟，但是到那时，用户将对最终设计的外观有所了解。

“ Autodesk已简化了该项目的版本，”高级首席研究科学家，领先的CAD软件制造商研究机构Autodesk Research的设计与制造小组负责人Ryan Schmidt说。“我们有一个叫做Project Shapeshifter的东西，它与很多其他人现在正在做的事情非常相似，这使得这些具有生成器的参数化模型的几何生成器成为可能。但是它们都有一个共同的问题：您可以很容易地制作出在打印机上不起作用的东西。我认为对这项工作感到非常兴奋的是，它可以阻止您设计不会打印的东西，或者一旦完成打印就不会足够坚固。”

他补充说：“当我看到[Siggraph]谈话时，我就把它发送给了Shapeshifter的工作人员，并说：'你们应该拥有这个。'“滑块是他们所做工作的接口，但我认为，底层技术实际上具有更广阔的应用范围，而不仅仅是这种面向CAD新手的消费产品。”

纸：晶圆厂形式：具有有效性和几何缓存的可定制对象以进行制造