新的软件算法减少3D打印时间和材料浪费

    3D打印机创建对象的基本方式是一层层由下往上沉积，但是在打印3D对象突出或伸出的部分时，比如一个人像伸出的手臂，就必须先打印出支撑结构才能保证整个对象的顺利打印完成，而支撑结构则需要在打印完成后去除。这不仅需要耗费更过的材料，而且打印时间也会明显的延长。 

现在，美国普渡大学的研究人员已经证明有两种方法能够显著减少3D打印机打印对象所需要的时间和材料。这些改进都可能导致降低整体打印成本，普渡大学计算机图形学副教授 Bedrich Benes说。

第一个被称为新PackMerger算法，也就是把一个对象分为几段打印，之后再粘结在一起。Benes说：“我们的算法是先将3D打印对象分为几个无需打印支撑的部分，待其分别打印完成后再组合起来。”

    一个3D对象被自动地分成一组同样大小的部分，并打印出来。整体打印时间从13.5个小时缩减至9.5个小时（节省了30％）和支撑材料的用量从351克降低至229克（节省了34％）。 使用算法优化大约花了1分钟，最后将其组装起来花了约15分钟。

    该算法解决的核心问题是如何将尽可能多的元素装进尽可能小的空间里，使用的原理类似于大家都很熟悉的俄罗斯方块游戏。

    “就我们所知，这是第一个完整的3D体积打包（volume-packing）算法。”Benes说。

    （如图中所示）要打印的物体比构建平台更大（a），软件算法将其自动分段，然后放在一个构建平台上一起打印（b）打印完成后然后在5分钟内将其组装在一起（c）。 

    该算法将打印对象分解成一块块的部分，然后让它们密集地堆积在一起，以尽可能地利用3D打印机的最大可打印空间。因为他们是堆积在一起的，客观上形成了相互支撑的关系，所以几乎不需要打印支撑材料，从而节省了时间和原料。该算法有时候甚至会让3D打印机以互相嵌套的方式打印，以节省打印控件。

    Benes和普渡大学的博士生还开发了另一种算法，该算法能生成较小的支撑结构（见下图），能够平均减少30%的打印时间和40%左右的3D打印材料。

    打印对象之前，该算法会确定3D模型应如何在打印机托盘上放置，使得伸出的部分需要的支撑最小。 

    “计算机会自动将3D模型向各个方向旋转，以发现需要最小支撑结构的3D模型放置方式。”Benes说。

a)、b)是 MakerBot Replicator 2内置的3D打印软件产生的以及拆解后的支撑材料。c)、d)则是我们的解决方案：减少了支撑材料量、导致更快的打印、并且打印的模型质量更高。 

    然后，支撑结构只是建在某个区域中的几个点上，形成效率更高的类似脚手架的结构。该算法使用一种基于几何的方法，并不需要考虑结构或物理性能。