设计人员必须在CAD中为毛发建模,画出每一缕。由专用的切片程序以网状小三角形表示每根毛发,生成水平横截面,一一转换成位图,才能交由打印机逐层打印。邮票大小的阵列有约6千根毛发,上述设计过程将需要几小时。更夸张的是,如果这个文件加载到普通的切片程序,后者可能崩溃。
麻省理工学院媒体艺术与科学研究生欧冀飞等人的团队找到了一种方法,高效建立成千上万毛发样结构的模型,直接进入打印。设计毛发时,研究人员不用CAD来建模,而是建了一个称为Cilllia的新软件平台,其中用一定高宽比的细长圆锥模拟一根毛发,圆锥从底部开始,越往上直径越小。用户借助上述参数,迅速完成对毛发的定义,包括其角度、粗细、密度和长度。
怎样将结果扩展到有成千上万毛发的平面(或曲面)。团队借助PS图象处理软件建立颜色映射,采用红、绿和蓝3色分别代表毛发的高度、角度和宽度。要改变毛发的尺寸,只要改变圆锥中相应像素的安排即可。例如,表达某个圆形范围的毛发比周围的长,需要画个红圈并让颜色渐变。颜色暗,表示这里的毛比较长。他们又开发了一个算法,将颜色的映射快速转化成毛发阵列的模型。
研究人员将分辨率定为50微米,相当于人毛发的宽度。他们使用不同的尺寸设计阵列,从粗刷毛到细毛皮,有平面也有曲面的,然后在Ember DLP三维打印机上以光固化树脂打印出来。
欧冀飞说,“看到这些毛发样结构顺畅地出现,实现不同的功能,令人非常鼓舞。”
这项技术能用于打印假发吗?可能行。但研究者关注的是用三维打印的毛发执行有用的任务,如传感、粘附和做指定的动作。“我们想充分利用三维打印的潜力,创建一些属性容易调节、可控的新的功能材料。”
从他们完成的样品中能看到许多有趣的例子。多个正立方体,表面覆盖着类似粘扣带的短毛,并在一起就相互附着,而毛形不同时,附着力就不同。毛茸茸的小兔子,当有人用适当方式对它抚爱时,LED灯切换,红色的小兔子会变成通体绿色。一个小的振动源带动毛发覆盖的面板,能使其上的硬币向某个方向移动,有望基于振动频率和硬币重量对硬币进行分拣。
研究者总结道,“定制毛状结构的能力扩大了三维打印的图形库,也使我们能设计替代的执行器和传感器。三维打印毛发有望用于设计日常的互动性物件。” 比尔