I ricercatori del MIT sviluppano un software per ottimizzare la stampa 3D simulando le proprietà fisiche degli oggetti stampati
Conoscere le proprietà fisiche esatte di un lavoro di stampa 3D prima di essere eseguito sarebbe incredibilmente utile per i progettisti e i produttori che utilizzano la tecnologia di stampa 3D, consentendo loro di sapere esattamente quali materiali scegliere per ottimizzare il loro oggetto stampato in 3D. Un gruppo di ricercatori di MIT ha recentemente sviluppato un nuovo ingegnoso sistema di software che permetterà di calcolare queste proprietà in un periodo di tempo molto ridotto, facendo uso di una simulazione fisica avanzata.
Il sistema è stato progettato da Bo Zhu, postdoc del laboratorio di informatica e di intelligenza artificiale del MIT (CSAIL), insieme a Wojciech Matusik, professore associato di ingegneria elettrica e informatica; Mélina Skouras, postdoc nel gruppo di Matusik; E Desai Chen, uno studente di laurea in ingegneria elettrica e informatica. Il loro lavoro è stato sostenuto dal programma SIMPLEX dell’Agenzia per la Ricerca avanzata delle Difesa degli Stati Uniti e hanno presentato un documento recentemente a Siggraph, la principale conferenza grafica internazionale.
“Convenzionalmente, le persone stampano in 3D manualmente,” dice Bo Zhu. “Ma quando vuoi avere un obiettivo di alto livello – ad esempio, si vuole progettare una sedia con rigidità massima o progettare una funzionalità morbida – quindi l’intuizione o l’esperienza forse non basta. L’ottimizzazione della topologia, che è al centro della nostra ricerca, incorpora la fisica e la simulazione nel ciclo di progettazione. Il problema per l’ottimizzazione topologica corrente è che vi è un divario tra le funzionalità hardware e il software. Il nostro algoritmo riempie quel divario “.
La risoluzione media della stampante 3D è di circa 600 punti per pollice, il che significa che un miliardo di piccoli cubetti di materiale può essere imballato in 1,67 centimetri di volume di volume. Ciò significa che sarebbe proibitivo tempo per calcolare gli effetti fisici di ogni combinazione di soli 2 materiali. L’innovazione di Zhu e della sua squadra è stata quella di modellare questi effetti simulando i cluster di cubetti.
Per un determinato insieme di materiali, il software del team genera casualmente gruppi di diverse dimensioni – 16, 32 o 64 voxels (pixel 3D). Crea gradualmente un database di migliaia di strutture possibili valutando le proprietà fisiche di ognuno di questi cluster, che vengono utilizzate come blocchi di costruzione virtuali per l’oggetto stampato in 3D. Il software può quindi specificare i migliori materiali possibili per l’oggetto da stampare in 3D, consultando questo database. Questo software ha una vasta gamma di applicazioni potenziali e dovrebbe ottimizzare ulteriormente il processo di stampa 3D.
“Il design e la scoperta di strutture per la produzione di materiali e oggetti con proprietà funzionali esattamente specificate è centrale per un gran numero di applicazioni in cui le proprietà meccaniche sono importanti, come nell’industria automobilistica o aerospaziale”, afferma Bernd Bickel, assistente professore di Scienze dei computer presso l’Istituto di Scienza e Tecnologia Austria e direttore del gruppo di Computer Graphics e Digital Fabrication dell’Istituto. “A causa della complessità di queste strutture, che, nel caso della stampa 3D, possono essere costituite da più di un trilione di gocce di materiale, esplorarle manualmente è assolutamente impossibile”.
“La soluzione presentata da Bo e colleghi affronta questo problema in modo molto intelligente, riformulando”, dice. “Invece di lavorare direttamente sulla scala delle singole goccioline, prima compongono il comportamento di piccole strutture e lo mettono in un database. Sfruttando questa conoscenza, possono eseguire l’ottimizzazione effettiva su un livello più accessibile, consentendo loro di generare in modo efficiente strutture stampabili ad alta risoluzione con più di un miliardo di elementi, anche con un solo computer normale. Ciò apre nuovi percorsi emozionanti per la progettazione e l’ottimizzazione delle strutture ad una risoluzione finora esaurita “.
