Американские ученые разработали метод топологической оптимизации 3D-печатных изделий, позволяющий получать конструкцию, которая меняет свой угол наклона и внешний вид заданным образом. Оптимизация происходит не с помощью изменения самой конструкции, а благодаря распределению по ней материалов трех типов с разными свойствами.

В качестве примера исследователи создали пластину, которая при воздействии магнитного поля поворачивается, благодаря чему изображенный на ней автопортрет Винсента Ван Гога меняется на картину Эдварда Мунка «Крик». Статья опубликована в Science Advances.

Топологическая оптимизация позволяет добиться минимального использования материала детали (а, следовательно, и наименьшей массы), сохранив нужную инженеру прочность, функции и другие параметры. Обычно топологической оптимизацией занимаются алгоритмы, которые получают от инженера модель, содержащую точки крепления, размер и другие базовые параметры, а затем меняют конструкцию, оставляя указанные параметры без изменений. После этого они производят расчет и анализируют, остались ли ключевые параметры неизменными, а также — уменьшилась ли масса детали.

Существует другой подход, при котором форма детали остается неизменной, а изменениям подвергается ее состав. Группа ученых из Массачусетского технологического института под руководством Войцеха Матусика (Wojciech Matusik) уже создавала программу для подобной топологической оптимизации, она разбивала модель на воксели (объемный аналог пикселя) и подбирала для каждого из них нужное соотношение мягкого и жесткого материала.

В новой работе ученые применили схожий подход, но для решения другой задачи — оптимизации строения объекта для получения одновременно нужного отклонения части конструкции под действием магнитного поля и нужных визуальных изменений.