将3D打印做为工具应用于物理研究

时间：2013-12-11 13:32 来源：中国3D打印网作者：中国3d打印网阅读：次

如果你是一名教师，你怎么让学生直接接触复杂的物理理化，现在可以借助3D打印技术了。近日，英国伦敦帝国学院的一群本科生和研究人员使用一台普通的3D打印机生动地展示了如何将复杂的物理学理论以3D模型的形式活灵活现地展现出来。

经过八个小时，花了大约12英镑，他们根据数学模型打印了一个8立方厘米大小的物品，以揭示森林火灾如何启动并随着时间蔓延。他们的工作成果发表在《欧洲物理快报》上。
他们将这种方法命名为“Sculplexity”，即立体复杂性雕塑。他们认为这种方法可以创造具有科学风格的艺术作品，或者启发科技人员变换思维角度与思考方向。
帝国学院理论物理学家，论文的共同作者Tim Evans博士说：“这项研究的灵感来自参观伦敦Victoria&Albert博物馆，在那里我看到了有史以来首个被博物馆收藏的3D打印物品。”

“这个3D打印物品是一张模仿自然界树木生长形态的桌子。而树状结构常常代表着物理学中的复杂系统。这使我思考，还有什么其他熟悉的物理过程转化成实实在在的3D对象？”
复杂系统往往是由许多不同的时间和空间尺度进行交互而成并在更大的时空中表现出一定的规律性和和特定模式。一个活的有机体是复杂系统的最好例子，据此，各个独立的部分，如细胞，进行互相作用，并帮助在宏观尺度上产生特定的行为与功能。
许多复杂系统内部的相互作用可以映射成一个个划分成同样正方形的二维网格，或“单元（Cells）”。每个单元以一定的状态存在，随着时间演化，并通过一组特定的规则制约形成特定的反应过程。
在研究中，研究人员以森林火灾为例，其中每个单元代表一个树，这棵树的状态分为三种：活的、死的或燃烧着的。根据一组规则确定每个单元随着时间的推移表现出来的确切状态，这些规则包括，树木之间接触传递的燃烧或被雷击中发生燃烧等。
“它的基本思想很简单。3D打印机是逐层构建对象的。因此，构建对象的高度可以被认为随着时间变化。假设你的数学模型表达的是一个随着时间变化的二维平面，通常这个二维平面能被分割成多个基本单元，每个单元能够被定义两个以上的状态。
“数学模型将生成在每个时间点上二维平面的状态并交给3D打印机打印出来，到了下一个时间点，再打印下一层。这样最终打印出来的最终3D对象反映的是这个数学模型随着时间而演变的全过程。” Evans博士说。
我们在帝国学院的研究小组正试图通过寻找心肌单个细胞行为的简单模型来解释心脏跳动异常，我们将通过3D打印将其可视化。同时，代表疾病传播大多数模型也可以被可视化。”
“当然也会有许多其他的例子，我们只是希望这种用3D打印将理论模型传化成实际对象的方法能够激发同行们更多的创造性。”Evans博士总结说。

(责任编辑：admin)

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