科罗拉多大学发布高效多材料3D打印开源软件OpenVCAD

2025年10月15日，美国科罗拉多大学博尔德分校（CU Boulder）计算机科学系研究人员发布了一款全新的开源多材料3D打印设计工具——OpenVCAD。这款新软件能够通过函数和代码精确控制3D物体内部不同材质的分布位置，允许工程师使用多种材料进行高效的打印。
 

长期以来，传统计算机辅助设计（CAD）软件主要采用边界面建模，默认物体内部材料单一，难以支持多材料及梯度材料的复杂设计需求。OpenVCAD通过函数和代码灵活定义3D物体内部不同材质的空间分布，实现了从粗糙的阶梯式材料分布到平滑渐变材料的高效转化，为多材料3D打印提供了强大的设计基础设施。

OpenVCAD项目由机械工程系Paul M. Rady助理教授Robert MacCurdy所领导的“物质组装计算实验室”完成。MacCurdy教授解释说：“多材料设计一直是工程领域的难点。OpenVCAD的出现，为工程师提供了统一且高效的多材料设计平台，极大降低了开发门槛。”
 

突破传统CAD软件局限
       力学领域中一个备受关注的领域是所谓的渐变设计，即将两种材料逐渐混合，就像鞋底由硬变软一样。然而，如果没有强大的设计工具，将粗糙的阶梯式设计转化为平滑的过渡将异常困难。正因如此，计算机科学系博士生Charles Wade参与并开发了OpenVCAD。这套软件包几乎就像一套便捷的工具，不仅能让人们轻松编写复杂的函数，还能将它作为材料分配给3D打印机中的对象。Wade说道：“这是第一款广泛使用的多材料、基于代码的设计工具。它能够很好地适应打印对象的复杂性，易于上手，并且编写和设计过程直观易懂。与传统的 CAD 软件不同，传统的CAD软件每次更改都必须绘制草图，而且无法表示不同等级的材料，而我们的工具允许用户只需更改一个小变量，就能轻松地查看整个设计的更新。”
 

适用多种3D打印场景
       研究团队已经在各种3D打印机上验证了OpenVCAD的功能，其中包括MacCurdy实验室团队使用的一款打印机，该打印机允许一次使用多达五种材料进行物体打印。然而，真正让他们兴奋的是此项目对整个工程界的潜在影响。MacCurdy团队指出，OpenVCAD的适用领域极为广泛，几乎能帮助各行各业的研究人员设计所需物体。例如，外科医生可以得益于梯度混合功能，创建用于术前规划的逼真解剖模型；软机器人专家能借此设计出在特定方向弯曲、同时在其他方向保持刚性的柔性执行器；工程师则可以直接在软件中完成复杂多材料物体的设计，并轻松导出文件用于后续模拟分析。
 

       OpenVCAD甚至可以将特定的机械属性应用于晶格结构的特定部分，这些部分通常用于吸收冲击力，以实现更复杂的设计。MacCurdy说：“我们能够依靠OpenVCAD的核心功能在众多不同领域中表示多材料对象。但在我们期待的某些领域，未来还会有更多功能，我们真心希望这种多材料设计方法能够取得成功。”
     OpenVCAD以完全开源的形式发布，并且适配Python，便于全球用户一键导入并快速上手。团队希望通过开放共享，促进多材料增材制造领域的技术进步和社区协作。Wade说道补充道：“我们期待OpenVCAD被更广泛地采用，助力全球工程师和研究人员实现最佳设计实践。”