近日，美國(guó)普渡大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明有兩種方法能夠顯著減少3D打印機(jī)打印對(duì)象所需要的時(shí)間和材料。這些改進(jìn)都可能導(dǎo)致降低整體打印成本，普渡大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)副教授 Bedrich Benes說。

    第一個(gè)被稱為新PackMerger算法，也就是把一個(gè)對(duì)象分為幾段打印，之后再粘結(jié)在一起。Benes說：“我們的算法是先將3D打印對(duì)象分為幾個(gè)無需打印支撐的部分，待其分別打印完成后再組合起來。”

      一個(gè)3D對(duì)象被自動(dòng)地分成一組同樣大小的部分，并打印出來。整體打印時(shí)間從13.5個(gè)小時(shí)縮減至9.5個(gè)小時(shí)（節(jié)省了30％）和支撐材料的用量從351克降低至229克（節(jié)省了34％）。 使用算法優(yōu)化大約花了1分鐘，最后將其組裝起來花了約15分鐘。

該算法解決的核心問題是如何將盡可能多的元素裝進(jìn)盡可能小的空間里，使用的原理類似于大家都很熟悉的俄羅斯方塊游戲。

“就我們所知，這是第一個(gè)完整的3D體積打包（volume-packing）算法。”Benes說。

   （如圖中所示）要打印的物體比構(gòu)建平臺(tái)更大（a），軟件算法將其自動(dòng)分段，然后放在一個(gè)構(gòu)建平臺(tái)上一起打印（b）打印完成后然后在5分鐘內(nèi)將其組裝在一起（c）。 

     該算法將打印對(duì)象分解成一塊塊的部分，然后讓它們密集地堆積在一起，以盡可能地利用3D打印機(jī)的最大可打印空間。因?yàn)樗麄兪嵌逊e在一起的，客觀上形成了相互支撐的關(guān)系，所以幾乎不需要打印支撐材料，從而節(jié)省了時(shí)間和原料。該算法有時(shí)候甚至?xí)��?D打印機(jī)以互相嵌套的方式打印，以節(jié)省打印控件。

詳細(xì)介紹PackMerger算法的論文請(qǐng)到這里閱讀。

Benes和普渡大學(xué)的博士生還開發(fā)了另一種算法，該算法能生成較小的支撐結(jié)構(gòu)（見下圖），能夠平均減少30%的打印時(shí)間和40%左右的3D打印材料。

打印對(duì)象之前，該算法會(huì)確定3D模型應(yīng)如何在打印機(jī)托盤上放置，使得伸出的部分需要的支撐最小。 

“計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)將3D模型向各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，以發(fā)現(xiàn)需要最小支撐結(jié)構(gòu)的3D模型放置方式。”Benes說。

a)、b)是 MakerBot Replicator 2內(nèi)置的3D打印軟件產(chǎn)生的以及拆解后的支撐材料。c)、d)則是我們的解決方案：減少了支撐材料量、導(dǎo)致更快的打印、并且打印的模型質(zhì)量更高。 

然后，支撐結(jié)構(gòu)只是建在某個(gè)區(qū)域中的幾個(gè)點(diǎn)上，形成效率更高的類似腳手架的結(jié)構(gòu)。該算法使用一種基于幾何的方法，并不需要考慮結(jié)構(gòu)或物理性能。 

該研究結(jié)果詳述于論文《智能支撐：數(shù)字化制造中的高效的支持結(jié)構(gòu)生成》（Clever Support: Efficient Support Structure Generation for Digital Fabrication）》，

點(diǎn)擊此處閱讀：http://hpcg.purdue.edu/bbenes/papers/Vanek14SGP.pdf