像魔术一样移动的3D打印

日前，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）创造了一种新方法，可以3D打印出可以移动的物体。这种方法被称为Xstrings，它将电缆打印在物体内部，这样物体一出打印机就可以弯曲、扭转或屈曲。

通常情况下，制作像机械手或移动雕塑这样的物体，需要花费大量时间，而缆线又需要手工添加。但通过Xstrings只需一步即可完成所有工作，无需额外组装。

新方法是在打印过程中将缆线直接嵌入物体，对此，Xstrings可以创建动态机械装置。研究人员可以在一个步骤内，制作出卷曲的机器人手指、能变换形状的雕塑，或带有可调节部件的衣服等。

打印革新
传统的电缆驱动系统在机器人和机械设计中很常见，但手工组装需要花费大量时间和精力。Xstrings将整个制造过程自动化，从而解决了这个问题。用户可以使用专用软件设计作品，然后由3D打印机打印出包含线缆的产品，这样就可以立即使用了。

CSAIL实验室博士后研究员Jiaji Li谈到，Xstrings可以为工程师节省时间和精力，与手动操作相比，可以减少40%的总生产时间。这种创新方法可以帮助任何人使用桌面双材料3D打印机设计和制造出电缆驱动的产品。

Xstrings背后的团队对他们的系统进行了测试，打印出了各种功能性物体，包括一个红色蜥蜴状行走机器人、一个受孔雀启发的可开合墙面雕塑，以及一个可握拳抓取物体的机器人爪子。每一项设计都展示了Xstrings的灵活性，并且改变了工程师对3D打印可移动物体的看法。

为移动而生
Xstrings允许用户通过定义对象的形状、大小和运动，来完全定制自己的设计。该软件提供一系列运动选项，即所谓的“基元”，包括弯曲（如手指卷曲）、卷绕（如弹簧收紧）、扭转（如螺丝转动）和压缩（如手风琴折叠）。通过组合多个运动基元，用户可以创造出复杂而逼真的动作。例如，玩具蛇可以沿身体进行一系列扭转，而机器人爪子则可以使用平行线放置，让每个手指都能独立运动。

该系统还能让设计人员精确控制缆线在物体内的固定位置，包括锚点（缆线固定的位置）、螺纹区域（缆线穿过物体的路径）和暴露的拉点（用户施加力以激活运动的位置）。这种控制水平意味着Xstrings不只是打印简单的物体，还能让用户将复杂设计变为现实。

Xstrings是如何3D打印出来的

下一阶段
为了将这些数字设计变为现实，Xstrings将蓝图发到熔融沉积建模（FDM）3D打印机上，由它逐层构建物体。研究人员解释说，在打印过程中，机器会在结构上有策略地放置电缆和接头，确保物体完成后它们能正常工作。

研究人员面临的最大挑战之一是确保电缆能够经受反复使用。为了测试耐久性，他们让打印出的线缆经受了超过6万次的运动。他们还对打印条件进行了微调，最终确定了260°C的最佳温度和每秒10-20毫米的速度，以确保设计坚固耐用。最终，一种新型的3D打印物体诞生了，它的外观和动作都非常自然。

当下，Xstrings已经证明了它在机器人、艺术和时尚领域的潜力，但它的可能性还不止于此。在Li的想象中，有朝一日，这项技术能够在外太空，甚至在空间站或地外基地等高度封闭的环境中，一步到位地快速创建缆索驱动机器人。

另外，该团队还在探索扩展该技术功能的新方法，例如使用更耐用的电缆和尝试不同的方向。从水平放置到倾斜放置，甚至垂直串联整合。另一种可能性包括开发外柔内刚的物体，模仿人体皮肤和骨骼的结构。

通过Xstrings，CSAIL实验室将3D打印技术推向了一个全新的方向。通过在打印过程中加入运动元素，该团队使3D打印对象不仅可以存在，还可以移动和互动。无论是自动组装的机器人、按指令移动的动感雕塑，还是可根据穿着者进行调整的自适应服装，未来的应用领域将是无限的。