MIT媒體實驗室媒介團隊創始人Neri Oxman表示,過去3D設計專注的是設計產品本身,但未來更將聚焦在設計出能自身構成流程(processes)的產品,這也將使得3D設計將從CAD設計演進到全新的運算式設計(Computation of Design)的時代。(圖片來源/PopTech&wikimedia)

以前要繪製複雜的3D模型,得靠老練的資深設計師,才能依其經驗設計出完整形體,但是現在能用簡單的程式碼,就能設計出相同複雜的形狀,即使是設計新手也能快速上手,MIT媒體實驗室媒介團隊創始人暨總監Neri Oxman就表示,3D設計技術正在歷經重大變革,「我們正從CAD設計,演進到全新的運算式設計(Computation of Design)的時代。」,甚至她更認為,運算式設計將成為未來3D設計新主流。

過去以擅長運算設計、3D列印、材料工程及合成生物學各領域的藝術與建築而聞名的Neri Oxman,本身既是一位建築師,也是知名設計師,3年前更曾登上TED演講,提出3D列印結合生物科技的全新命題,引起廣大熱烈迴響,她收錄在TED官網上的演講影片,更被翻譯成26種語言,至今在網路上累積近2百萬人次觀看點閱。

未來3D設計開始走向運算式設計

Neri Oxman觀察,現在的3D設計技術和以前截然不同,她表示,過去3D設計方式,通常指的是CAD(Computer Aided Design,電腦輔助設計),但是現在,則開始跨入運算式設計(Computation of Design)。這兩種設計作法本質上存在很大的差異。她進一步說明,電腦輔助設計,顧名思義,指的是利用電腦輔助人的設計,設計思維上,仍然以設計者為主,電腦僅做為輔助,即使沒有電腦輔助工具的協助,設計師還是可以自行將3D模型設計完成,但是運算式設計則不同,她解釋,它無法將電腦和設計師二者分開,而是必須要一起互相協同合作,才能夠完成的一種新的設計形態。

Neri Oxman認為,運算式設計將成為未來3D設計技術的新主流,「我們將會在3D設計市場上,看見越來越多的運算設計工具及相關演算法推出,」將能與3D列印更緊密結合,對於設計師來說,將有了更多實現創意的可能,能設計出更多能融入自然元素的作品,並透過3D印表機加以列印出來,例如讓模特兒穿上一件沒有縫線、符合人體曲線印出的裙子,在時裝秀上走秀。

Neri Oxman不僅看好運算式設計的發展,甚至隨著3D設計開始結合AI,她認為,未來的3D設計軟體,也將開始具備有學習和適應的能力,能夠幫助設計者實現更多的創意。

當3D設計從CAD走向運算式設計,Neri Oxman認為,未來3D設計更大的考驗在於,如何利用程式碼來設計出複雜3D模型,讓設計者可以先不用管外形,而更專注在創意發想上。這也是她認為不同於傳統3D設計的全新挑戰,她表示,「過去的3D設計,專注的是設計產品本身,但未來,更將聚焦在設計出能自身構成流程(processes)的產品,」才能設計出符合動態、高適應性及高效率的產品,「這也是用來實現自然設計(nature design)的一大關鍵。」她表示。

她指出,運算式設計的興起,不只改變了傳統3D設計形式,也影響了3D列印的發展,使得「我們正從機器裝配的時代,進到有機體(organism)的時代。」Neri Oxman表示,未來製造重心,將由機械轉向組織細胞。在這個生物數位化時代,不僅能夠預測和詮釋生物和自然世界,未來更能夠設計大自然本身,而3D列印也將從原來列印材料,也能開始印出自然生物的基因(gene)。她強調,透過採用運算式設計,未來可以幫助設計師、工程師更快掌握如何設計自然化產品的訣竅。

Neri Oxman也舉了目前採用運算式設計完成作品當例子。像是他們開發一套數據化材料建模(Data-driven Material Modeling)工具,應用在3D模型設計上,可以用來任意塑造3D形狀和空間內的材料分布,同時兼顧適應性和變化,幫助他們實現了紅血球細胞層(red blood cell)的設計;後來還打造出一件可穿戴消化系統(wearable digestive system)服飾,可以光作為能源,將穿戴衣物轉化成為葡萄糖,運動選手穿上後,可以在體力消耗時補充所需糖分。

甚至在列印大型3D模型上,Neri Oxman表示,該團隊還開發出了一群纖維機器人(fiber bot),這些纖維機器人能在列印模型的同時,攀爬纖維線,利用不同種類的纖維來印出產品,而且,每一臺機器人,都分別負責印製不同零件造型,這些機器人就像迷你3D印表機一樣,能夠彼此溝通,相互分工,共同完成製造大型3D模型。她表示,至今研究團隊已經可以利用這些纖維機器人,建造出高達六公尺高的圓塔。

3D列印衍生設計有新突破,靠自然生物行為演算優化產品設計

攝影/余至浩

美國3D金屬列印業者Desktop Metal 推出了一套Live Parts衍生設計工具,結合了新的設計演算法,強調能比傳統方法更快設計製造出複雜的3D列印零件,而設計者不需給出任何條件參數,透過這套軟體,自行就能將待列印的零件設計完成,加快3D原型生產。

設計3D金屬列印零件將有新作法。美國一家3D金屬列印業者Desktop Metal 近日正式推出了全新一套衍生設計(Generative Design)工具,稱作Live Parts,強調可以比傳統方法更快設計製造出複雜的3D列印零件,有助於簡化3D列印衍生式設計的步驟,加快3D原型生產。Desktop Metal 也首度在SolidWorks 2018大會上對外公開展出。

Live Parts這套衍生設計軟體,是由Desktop Metal與旗下創新實驗室DM Labs所開發完成,專用於3D金屬列印設計上,設計者使用這套衍生設計工具時,只須將設計好的3D模型載入到Live Parts平臺上,就能夠開始使用。

設計作法上,Live Parts不像拓樸優化(topology optimization),設計前,須先由設計者自行提供設計和製造的參考條件,如尺寸、外形等,才能進行後續的優化設計,Live Parts因為採用一套用來模擬自然生物群體活動的演算法(nature-inspired algorithms),可根據不同的自然生物行為,來設計零件形狀、大小,而不需要事先定義,就像植物會朝向陽光的地方生長,用在衍生設計上,也是相似的設計原理,可依據模型環境周圍條件,來改變自有的形體形狀,找到最佳化的設計方式,以便能用來增加外型強度,或是達到零件輕量化的作用。

使用者除了交由軟體演算法設計外,也能夠隨時進行控制,依據設計需求來調整控制參數,例如更改施力點等,以設計出不規則的幾何形狀,只要控制參數一有更動,零件造型或外觀,也會即時動態跟著改變。對於工程師來說,也可以讓複雜幾何模型設計,變得更容易,也提供了更高的設計彈性,大幅縮減少衍生設計所需投入的時間和成本。

目前這套Live Parts衍生工具已正式推出,不過先開放給SolidWorks用戶來申請,並提供免費10小時的試用期。另外Desktop Metal也宣布將與SolidWorks有更密切的合作,包括在3D列印設計和教育應用領域等。


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