最近，麻省理工学院（MIT）的一组研究人员开发出一个巧妙的软件系统，可以在极短的时间内用先进的物理模拟计算出尚未打印的3D设计的物理特性。据此，设计师和制造商将知道该选择哪些材料来优化他们的3D打印件。这项研究得到美国国防高级研究计划局的SIMPLEX项目的支持。

“拓扑优化是我们的研究重点。在设计循环中，它将物理学和仿真结合在一起。目前，拓扑优化面临的一个主要问题是硬件能力与软件之间存在差距，而我们的算法恰好弥补了这一差距，”研究人员表示。

3D打印机的平均分辨率约为每英寸600点，这意味着1.67立方英寸的体积可以容纳十亿个材料小立方块。这也意味着即使只计算两种材料的组合的物理效应也是相当耗时的。MIT团队的创新之处在于通过模拟材料立方块集群，而不是单个的材料立方块，来建模这些效应。

面对一组给定材料，MIT团队的创新性软件能随机生成多个大小不同的集群——16、32或64体素（3D像素），这些集群充当3D打印对象的虚拟构建块。通过评估每个集群的物理特性，软件逐渐建立起一个数据库，其中包含数千个可能的结构。通过咨询这个数据库，，软件可以为将要打印的3D对象指定最佳材料。该软件具有广泛的潜在应用，并且应该能进一步优化3D打印工艺。

“在许多应用中，机械性能很重要，如汽车或航空航天领域中的应用。设计和发现结构来生产带有指定的功能性特性的材料和对象是这些应用的核心，”一名计算机科学助理教授说，“利用MTI的创新性软件，设计师或工程师可以对3D设计进行实际的优化，非常有效地生成高分辨率的可打印结构，这样的操作甚至可以在一台普通的计算机上进行。”