织物形成了一种新的DIY制造方法
织物形成了一种新的DIY制造方法
波士顿大学的计算机科学家推出了一款软件，可以从拼接在一起的织物图案中设计出美丽的三维形状和结构
计算机科学家艾米丽·怀廷（左）和张晓婷设想，他们的制造方法就像把一件衣服的图案缝在一起一样简单。西德尼·斯科特摄
想象一下，试着把苏斯博士书中不规则形状的卡通物体带到生活中。你会怎么做？弯曲的、有机的形状和结构很难用传统的制造方法制造出来，这需要设计师、建造者或建筑师的工艺。但波士顿大学的两位计算机科学家认为，定制制造应该更容易为普通外行所接受。现在，他们将计算机科学与一种被称为织物模板的制造工艺结合起来，使从头开始创建大规模定制形状变得更加容易。
波士顿大学艺术与科学学院计算机科学助理教授艾米丽·怀廷（Emily Whiting）和怀廷实验室博士后澳门威尼斯人注册网站研究员张晓婷（Xiaoting Zhang），以及来自香港中文大学、美国国家计算机科学与应用数学澳门威尼斯人注册网站研究所（Inria）和代尔夫特理工大学的合作者，开发了一种软件算法，可以计算如何仅使用织物、石膏、缝纫机、还有一点耐心。他们的方法使用了有几个世纪历史的织物模板技术，将石膏或混凝土等浇铸液倒入由刚性框架悬挂和支撑的织物浇铸模具中。
“我们正在使用静力平衡和织物力学的概念来预测织物在铸造流体的压力下如何悬挂和变形，”波士顿大学形状实验室主任怀廷解释说。
根据他们的算法，Whiting和Zhang使用织物模板创建了复杂的物体，从形状的椅子到看起来像一只巨大的橡皮鸭的雕塑。
是的，澳门威尼斯人注册网站研究小组制作了一只石膏“橡皮鸭子”，它的存在可能有助于制造业的革命。他们还发表了一篇澳门威尼斯人注册他们的工作的论文，织物模板的计算设计，并在2019年8月1日的计算机图形学国际会议SIGGRAPH上展示了他们的发现。
在本视频中，学习如何使用团队的织物模板技术创建对象。视频由张晓婷拍摄
“这在建筑中有很多用途，因为[使用织物模板]我们不局限于简单的形状，”张说。
与3d打印相比，在织物上铸造物体所需的技术资源更少，而且速度更快。（3d打印机通常需要几天才能完成大型物体。）织物模板还可以制造不规则形状的物体，这对于标准的3d打印机来说太大了，根据Whiting的说法。
从设计的角度来看，织物模具突破了使用硬胶合板和其他框架材料制成的传统模具的建筑限制。由于制造织物模具所涉及的材料成本低且易于获得，澳门威尼斯人注册网站研究人员希望最终将他们的技术应用于大型建筑项目。
那么，怀廷和张究竟是如何用软件算法创造出一只超大的石膏鸭的呢？首先，他们将鸭子的形状导入软件。（任何计算机模型、在线形状数据库或实体物体的3-D扫描都可以作为输入。）然后，由于算法的仔细计算，计算机模型被翻译成平面部分。这些部分决定了缝在一起以创建织物模具的织物面板的形状。该软件提供了如何组装织物轮廓和接缝位置的详细说明，在哪里附加外部支撑绳，然后如何将模板从刚性外框架内的弦上悬挂下来。
“我们设想它类似于服装的缝纫图案，”怀廷说。
每一个细节都很重要；织物的弹性，针脚的方向，接缝，织物如何悬挂，织物如何固定在框架上。怀廷和张设计了一种方法，用额外的支撑来抵消下垂的部分，比如在模具和刚性框架之间连接的绷紧的绳子。
一旦织物模具就位，液体铸造材料，如石膏，被倒入模板的开口。这种材料会固化、凝固并膨胀。-一旦织物被剥去，你就有了一个独一无二的东西。
然而，这一时刻一开始并不容易。澳门威尼斯人注册网站研究小组花了大约一年的时间开发和测试软件的算法，才成功地创建了他们的第一个原型，一个被称为生育模型的雕塑形状，由精致的曲线组成，代表一位母亲抱着孩子。
尽管仍有一些小的纠结需要解决（张博士决心在成品上尽可能少地出现明显的皱纹），但澳门威尼斯人注册网站研究人员表示，他们的技术可能会给偏远地区的制造带来革命性的变化，因为织物和框架足够轻、紧凑，便于运输。他们还希望这项技术可以被DIY工匠和设计师采用，在家里制作定制物品。
“这可以使资源有限的人更容易获得大型建设过程，”怀廷说。
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