
۱۳ اکتبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: نیتیکا والتر-مدلهای گرادیانی را با استفاده از OpenVCAD متنباز اسکن و چاپ کنید.دانشگاه کلرادو بولدر
یک نرمافزار متنباز جدید، نحوه طراحی و چاپ اشیاء چندمادهای توسط مهندسان را متحول میکند.چارلز وید، دانشجوی دکترای علوم کامپیوتر در دانشگاه کلرادو بولدر، OpenVCAD را توسعه داده است، یک سیستم طراحی که با استفاده از کد برای نقشهبرداری نه تنها اشکال، بلکه توزیع مواد در اشیاء سهبعدی، فراتر از مدلسازی سنتی میرود.
این ابزار که در آزمایشگاه محاسبات اسمبلی ماده به رهبری استادیار رابرت مککردی ساخته شده است، مهندسان را قادر میسازد تا اشیاء چندمادهای با تغییر مکانی را با سهولت و دقت قابل توجهی طراحی کنند.
این پروژه نشاندهنده علاقه روزافزون به رویکردهای محاسباتی است که کدنویسی را با طراحی ادغام میکنند، تغییری که میتواند تولید افزایشی را متحول کند.
مککردی، که همچنین به بخشهای علوم کامپیوتر و مهندسی برق، کامپیوتر و انرژی وابسته است، گفت: “مطمئناً سابقهای از مطالعه و تمرین طراحی چندمادهای وجود دارد که مدتها قبل از OpenVCAD وجود داشته است. اما ما معتقدیم که سربار نوشتن کد خاص برای پروژههای خاص در هر بار، مهندسان را از انجام هرچه بیشتر طراحی باز میدارد. با OpenVCAD، ما همه این کارها را یک بار انجام میدهیم – و آن را واقعاً خوب انجام میدهیم – به طوری که مردم زیرساختهای داخلی برای نمایش این طرحهای چندمادهای با تغییر مکانی دارند.”
طراحی اشیاء چندمادهای مدتهاست که محدودیتهای ابزارهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) مرسوم را آزمایش کرده است. سیستمهای سنتی معمولاً مرزهای بیرونی یک شیء را تعریف میکنند، با این فرض که فضای داخلی از یک ماده واحد ساخته شده است.
این رویکرد زمانی که مهندسان نیاز به مدلسازی طرحهای گرادیان دارند، کافی نیست: اشیایی که به آرامی بین مواد تغییر میکنند، مانند کف کفش دویدن که از سفتی در پایین به نرمی در بالا تغییر میکند. بدون ابزارهای تخصصی، ایجاد چنین انتقالهای یکپارچهای میتواند تقریباً غیرممکن باشد.
این جایی است که OpenVCAD وارد عمل میشود. این نرمافزار به کاربران اجازه میدهد توابع ریاضی پیچیده را ترکیب کرده و آنها را به عنوان مواد به مناطق مختلف یک شیء سهبعدی اختصاص دهند.
وِید گفت: “این اولین ابزار طراحی مبتنی بر کد و چند مادهای است که به طور گسترده در دسترس است.”
“برخلاف نرمافزار CAD سنتی، که در آن مجبور هستید برای هر تغییر، همه چیز را ترسیم کنید و نمیتوانید مواد درجهبندی شده را نمایش دهید، ابزار ما به کاربران اجازه میدهد یک متغیر کوچک را تغییر دهند و کل بهروزرسانی طراحی را به روشی آسان مشاهده کنند.”
تیم تحقیقاتی تطبیقپذیری OpenVCAD را در انواع چاپگرهای سهبعدی، از جمله یکی در آزمایشگاه مککردی که قادر به چاپ همزمان با حداکثر پنج ماده است، نشان داد.این نرمافزار میتواند از حوزههای دانشگاهی فراتر رود. از مدلسازی پزشکی گرفته تا رباتیک نرم و شبیهسازی سازه، میتواند از مهندسان و محققان در زمینههای مختلف پشتیبانی کند.
جراحان میتوانند از آن برای ایجاد مدلهای آناتومیک واقعی برای برنامهریزی جراحی استفاده کنند. محققان رباتیک ممکن است برای طراحی محرکهای انعطافپذیر که در یک جهت خم میشوند اما در جهت دیگر سفت و سخت میمانند، به آن تکیه کنند.و مهندسان سازه میتوانند خواص مکانیکی منحصر به فردی را در قسمتهای خاصی از ساختارهای شبکهای پیچیده اعمال کنند تا استحکام و جذب ضربه را افزایش دهند.
مککردی گفت: “ما میتوانیم برای نمایش اشیاء چند مادهای در حوزههای مختلف به قابلیتهای اصلی OpenVCAD تکیه کنیم. اما در حوزههای خاصی که ما از آنها هیجانزدهایم، چیزهای بیشتری در راه است و واقعاً امیدواریم که این رویکرد به طراحی چند مادهای به موفقیت برسد.”
همانطور که از نامش پیداست، OpenVCAD کاملاً متنباز است. این نرمافزار با پیادهسازی پایتون ارائه میشود و به کاربران امکان میدهد مخزن را وارد کرده و با یک خط کد شروع به طراحی کنند.
وید گفت: “ما میخواهیم این نرمافزار به طور گسترده در دسترس مردم قرار گیرد.” «ما پایگاه رو به رشدی از محققان خارجی از موسسات دیگر داریم که از این ابزار استفاده میکنند و امیدواریم که این جامعه را قادر سازیم تا بهترین کار خود را انجام دهند.»
یافتههای این مطالعه در مجله Additive Manufacturing منتشر شده است.