日前，來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）和迪斯尼蘇黎世研究中心（Disney Research Zurich）的科學家們(men) 攜手合作，開發出一種名為(wei) 計算式熱成型（computational thermoforming）的方法，該方法將一種已有的工業(ye) 生產(chan) 技術（熱成型）和一款新軟件巧妙地結合起來，使得就算業(ye) 餘(yu) 愛好者也能夠快速而便宜地製造出單件或者小批量的複雜結構全彩對象。科學家 們(men) 在ACM SIGGRAPH 2016大會(hui) 的出版物上介紹了他們(men) 的方法。

據悉，該技術的核心在於(yu) 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的指導下，於(yu) 交互式幾何實驗室裏完成的。Schüller首先對一個(ge) 彩色塑料模型的彩色表麵進行仿真計算，生成一個(ge) 2D的圖像，然後將該圖像打印到一塊塑料板上。通過熱成型技術，這張板然後被加熱，並被製成一個(ge) 3D形狀。然後您可以看到，原本打印的2D圖像如今可以跟變形後的3D形狀完美匹配。

據了解，熱成型技術在工業(ye) 上應用十分廣泛，我們(men) 生活中使用的很多日常物品，從(cong) 酸奶瓶到塑料巧克力盒，都是通過這種技術製造出來的。“但這種工業(ye) 級的方法並不適合製造小批量甚至單個(ge) 的，具有複雜形狀或彩色圖案的產(chan) 品。”Schüller說。為(wei) 了準確地打印這些部件，就需要專(zhuan) 業(ye) 設備和精心校準。

為(wei) 此，研究人員們(men) 開發出了一種基於(yu) 已有常用設備和材料的方法，而且這種方法不需要很專(zhuan) 業(ye) 的知識。

首先第一步，用一台簡單的3D打印機和單色的PLA塑料製造出3D模型的陰模，並用它製造出可耐高溫的石膏模具，這是熱成型工藝所必須用到的。

然後製作人員會(hui) 用專(zhuan) 用軟件計算出該3D模型的正確紋理，並用標準的激光打印機打印到一張特殊的轉印紙上。隨後在壓力和熱的幫助下，這些圖像被轉印到一塊塑料片材上。

打印後的塑料片材會(hui) 被塞入熱成型設備裏，放在石膏模具上麵加熱，直到它變軟具有可塑性。然後用一種真空設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(ge) 塑料複製品創建完成。

在熱成型之後，您就可以看到該軟件是否正確計算出了打印的表麵圖像。“塑料的變形也會(hui) 更改打印的圖像。但我們(men) 的軟件可以準確地計算和補償(chang) 這種變形。”Schüller說。

研究人員用這種方法測試製作了一些非常複雜的對象，包括中國麵具和各種需要模具來製作的部件，例如汽車車身外殼和食物等。

測試結果很讓研發人員滿意，尤其是中國麵具表麵有很多繁複的細節，都被完整的複製出來；例如，在原來麵具的牙齒上裝飾著金漆。“這一細節在複製品上被完整的再現了出來。其外觀的表麵質量也很高，無論是顏色和結構都幾乎與(yu) 原物幾乎相同。”Schüller說。

研究人員們(men) 相信，這種新方法可用於(yu) 數字製造和大規模生產(chan) 前的模具原型這樣的應用。建築事務所和建模人員也能夠從(cong) 這種方法中獲益，比如可以根據設計快速和廉價(jia) 地製造出3D模型等。

甚至愛好者或者學校都可能會(hui) 對這項技術感興(xing) 趣，因為(wei) 所需要的設備是現成的，而且其中的石膏模具可以多次使用，製造出大量複製品。而且其表麵效果也堪與(yu) 3色印刷工藝相比較。“製造出來的複製品具有高質量的外觀，對於(yu) 許多應用來說，它比當今的3色印刷工藝更便宜、更快捷。”Schüller說。