日前，來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）和迪斯尼蘇黎世研究中心（Disney Research Zurich）的科學(xué)家們攜手合作，開發(fā)出一種名為計算式熱成型（computational thermoforming）的方法，該方法將一種已有的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)（熱成型）和一款新軟件巧妙地結(jié)合起來，使得就算業(yè)余愛好者也能夠快速而便宜地制造出單件或者小批量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)全彩對象?？茖W(xué)家 們在ACM SIGGRAPH 2016大會的出版物上介紹了他們的方法。

據(jù)悉，該技術(shù)的核心在于對熱成型過程的精確模擬，這一工作是ETH博士生 Christian Schüller在該校教授Olga Sorkine-Hornung的指導(dǎo)下，于交互式幾何實驗室里完成的。Schüller首先對一個彩色塑料模型的彩色表面進(jìn)行仿真計算，生成一個2D的圖像，然后將該圖像打印到一塊塑料板上。通過熱成型技術(shù)，這張板然后被加熱，并被制成一個3D形狀。然后您可以看到，原本打印的2D圖像如今可以跟變形后的3D形狀完美匹配。

據(jù)了解，熱成型技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛，我們生活中使用的很多日常物品，從酸奶瓶到塑料巧克力盒，都是通過這種技術(shù)制造出來的。“但這種工業(yè)級的方法并不適合制造小批量甚至單個的，具有復(fù)雜形狀或彩色圖案的產(chǎn)品。”Schüller說。為了準(zhǔn)確地打印這些部件，就需要專業(yè)設(shè)備和精心校準(zhǔn)。

為此，研究人員們開發(fā)出了一種基于已有常用設(shè)備和材料的方法，而且這種方法不需要很專業(yè)的知識。

首先第一步，用一臺簡單的3D打印機和單色的PLA塑料制造出3D模型的陰模，并用它制造出可耐高溫的石膏模具，這是熱成型工藝所必須用到的。

然后制作人員會用專用軟件計算出該3D模型的正確紋理，并用標(biāo)準(zhǔn)的激光打印機打印到一張?zhí)厥獾霓D(zhuǎn)印紙上。隨后在壓力和熱的幫助下，這些圖像被轉(zhuǎn)印到一塊塑料片材上。

打印后的塑料片材會被塞入熱成型設(shè)備里，放在石膏模具上面加熱，直到它變軟具有可塑性。然后用一種真空設(shè)備在塑料片材和石膏模具之間快速吸氣，使得塑料板像皮膚一樣緊貼到石膏模具上——就這樣一個塑料復(fù)制品創(chuàng)建完成。

在熱成型之后，您就可以看到該軟件是否正確計算出了打印的表面圖像。“塑料的變形也會更改打印的圖像。但我們的軟件可以準(zhǔn)確地計算和補償這種變形。”Schüller說。

研究人員用這種方法測試制作了一些非常復(fù)雜的對象，包括中國面具和各種需要模具來制作的部件，例如汽車車身外殼和食物等。

測試結(jié)果很讓研發(fā)人員滿意，尤其是中國面具表面有很多繁復(fù)的細(xì)節(jié)，都被完整的復(fù)制出來；例如，在原來面具的牙齒上裝飾著金漆。“這一細(xì)節(jié)在復(fù)制品上被完整的再現(xiàn)了出來。其外觀的表面質(zhì)量也很高，無論是顏色和結(jié)構(gòu)都幾乎與原物幾乎相同。”Schüller說。

研究人員們相信，這種新方法可用于數(shù)字制造和大規(guī)模生產(chǎn)前的模具原型這樣的應(yīng)用。建筑事務(wù)所和建模人員也能夠從這種方法中獲益，比如可以根據(jù)設(shè)計快速和廉價地制造出3D模型等。

甚至愛好者或者學(xué)校都可能會對這項技術(shù)感興趣，因為所需要的設(shè)備是現(xiàn)成的，而且其中的石膏模具可以多次使用，制造出大量復(fù)制品。而且其表面效果也堪與3色印刷工藝相比較。“制造出來的復(fù)制品具有高質(zhì)量的外觀，對于許多應(yīng)用來說，它比當(dāng)今的3色印刷工藝更便宜、更快捷。”Schüller說。