麻省理工学院（MIT）的研究人员推出了名为 MechStyle 的新型生成式人工智能系统，该系统旨在创建既具有独特视觉外观又具备机械结构可靠性的个性化3D物体。与仅注重外观的传统生成式AI工具不同，MechStyle将结构分析整合到设计流程中，解决了AI生成3D模型长期存在的一个局限：即缺乏对现实世界制造所需的材料行为、承重约束和耐久性的认知。该系统由麻省理工学院电气工程与计算机科学系（EECS）博士生、CSAIL工程师Faraz Faruqi与来自谷歌、Stability AI和东北大学的研究人员合作开发。它允许用户通过文本提示或参考图像来定制3D模型，同时保持其功能完整性。通过持续评估风格变化如何影响结构稳定性，MechStyle确保关键区域保持坚固，使得AI生成的设计能够可靠地制造并应用于数字领域之外。
基于人工智能的MechStyle系统。图片来源：麻省理工学院
设计而不破坏
早期的3D风格化方法常常会损害实用性。CSAIL的研究人员发现，经过修改后，只有大约26%的风格化3D模型能保持结构完好，这主要是因为AI系统缺乏对机械约束的认知。“我们希望利用AI创建真正能够制造并在现实世界中使用的模型，”Faruqi说。“因此，MechStyle实际上模拟了基于生成式AI的修改将如何影响结构。我们的系统允许您个性化物品的触觉体验，将您的个人风格融入其中，同时确保物体能够承受日常使用。”
为实现这一目标，MechStyle集成了有限元分析（FEA）——一种基于物理的模拟方法，用于识别设计中的应力点和结构薄弱环节。MechStyle并非持续运行这些模拟（这会显著拖慢系统速度），而是仅在修改可能削弱特定区域时选择性地触发模拟。这种自适应方法使AI能够在优化设计的同时避免结构失效。“MechStyle的自适应调度策略会跟踪模型中特定点发生的变化。当生成式AI系统进行的调整危及模型的某些区域时，我们的方法会再次模拟设计的物理特性。MechStyle将进行后续修改，以确保模型在制造后不会损坏。”
在对30个受石头、砖块和仙人掌表面等纹理启发的风格化模型进行的测试中，该方法实现了高达100%的结构可行性。当接近应力阈值时，系统要么限制进一步的风格化，要么应用更小、更可控的调整以保持强度。MechStyle提供两种设计模式：一种是用于快速探索美学构想的快速可视化模式，另一种是评估风格变化如何影响耐久性的结构模式。
采用Hyperganic Core设计的3D打印塞式火箭发动机。图片来源：EOS
MechStyle的下一步
尽管MechStyle提高了风格化3D模型的结构可行性，但它仅适用于本身已可打印的设计。它无法修复存在根本性缺陷的几何形状，并且迄今为止仅在有限的一组材料和物体类型上进行了测试。其可靠性保证仅适用于受控条件下的设计阶段，而非所有增材制造场景。
尽管存在这些限制，MechStyle已在一系列应用场景中展现出潜力，从定制化的家居和办公室装饰，到辅助技术如手指夹板和符合人体工学的餐具握柄。除了个人物品，该系统还可以支持零售环境（包括工艺精品店和五金店）的产品原型制作，在这些场景中，快速定制和功能可靠性是关键。
展望未来，团队的目标是扩展MechStyle的能力，使其不再局限于修改现有模型，而是让用户能够直接从文本描述生成完整的3D设计。这将减少对预制资产的依赖，并降低没有正式3D建模经验的用户的使用门槛，从而拓宽获取结构可靠、个性化的AI生成设计的途径。
“虽然2D图像的风格迁移效果非常好，但探索如何将其迁移到3D的研究并不多，”未参与该论文的谷歌研究科学家Fabian Manhardt表示。“本质上，3D是一项困难得多的任务，因为训练数据稀缺，并且改变物体的几何形状可能会损害其结构，使其在现实世界中无法使用。MechStyle通过模拟解决了这个问题，允许进行3D风格化而不会破坏物体的结构完整性。这赋予了人们创造力，让他们能够通过量身定制的产品更好地表达自我。”
AI驱动3D打印中的设计阶段可靠性
MechStyle顺应了增材制造领域向设计阶段可靠性的更广泛转变，人们越来越期望AI工具生成的几何形状不仅新颖，而且从一开始就在机械和制造上具有可行性。一些行业努力也体现了这种设计优先的方法。例如，Hyperganic的AI驱动算法设计平台专注于生成复杂的几何形状（如晶格和内部结构），这些形状在性能上得到优化，同时仍符合增材制造的约束。该软件并非生成任意形态，而是使用基于规则和AI辅助的方法来确保生成的设计在结构上具有功能性且适合制造，从而将生成式AI定位为一种工程工具而非单纯的风格化工具。
同样，对早期验证的重视也体现在1000 Kelvin的AMAIZE 2.0工作流程中，该流程整合了AI驱动的可打印性检查，以在打印开始前识别几何和可制造性问题。通过评估设计是否能够真正通过金属增材制造生产出来，该系统减少了试错和重新设计的循环，强化了机械和工艺约束必须在设计阶段而非后期修正的理念。
中国3D打印网编译文章！
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