麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)正在助力定义3D打印的新时代：打印部件拥有织物般的触感、肌肉般的运动能力，并可嵌入电子设备。这些并非孤立的突破，而是旨在重塑设计、制造和与打印物品互动方式的更广泛努力的标志。

过去几年，CSAIL的研究人员稳步推进创新，拓展3D打印的应用范围。这些项目融合了人工智能(AI)、材料科学和自动化技术，使增材制造(AM)更加智能、直观，并在各行各业发挥更大作用。

让3D模型可触摸：TactStyle

传统的3D建模注重事物的外观——形状、颜色和表面细节，但通常不考虑触感。CSAIL的新系统TactStyle改变了这一点。它允许用户只需上传图像即可设计物体的外观和纹理。例如，你可以制作一个不仅看起来像木头，而且摸起来也像木纹的3D打印模型。

TactStyle由博士生Faraz Faruqi和副教授Stefanie Mueller开发，于2025年3月推出，并在今年在日本横滨举行的计算机系统人为因素会议(CHI2025)上进行了展示。

TactStyle将视觉风格化（事物的外观）与几何风格化（物理触感）区分开来，使设计师能够更准确地复制真实世界的纹理。它在家居装饰等注重真实感的领域，以及教育领域尤其有用，因为视障学生可以从触觉学习辅助工具中受益。

该系统可以捕捉编织篮的图像，不仅能重现其外观，还能再现其纹理，从而生成兼具视觉和触觉真实感的印刷品。这标志着朝着更具感官感知的3D建模方法迈出了一步。

打印运动：Xstrings 方法

如果说TactStyle为3D设计增添了触感，那么Xstrings则带来了运动感，让打印物体能够在打印床上卷曲、扭曲或抓握。

诸如机械肢体、柔性雕塑或可穿戴技术等可移动物体，通常需要大量独立部件和精心的手工组装。但CSAIL的Xstrings方法改变了这一现状。Xstrings于2025年初发布，它将设计软件和3D打印技术整合到一个系统中，从而简化了整个流程。

Xstrings是一款混合设计和制造工具，可将内置运动系统直接嵌入3D打印对象中。这些张紧的线缆可以驱动弯曲、扭转、卷曲或抓握等动作，所有动作均可一次性打印完成，无需螺丝、电机或额外组装。

该研究团队由麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）博士后研究员李佳冀和斯蒂芬妮·穆勒领导，他们通过打印各种物体演示了这一方法。用户可以选择不同类型的运动（例如卷绕或压缩），甚至可以将它们组合起来，从而通过拉动绳子来控制简单和复杂的动作。

该系统采用常见的熔融沉积成型(FDM)3D打印机，可精准地打印线缆周围的结构。测试表明，嵌入的线缆在断裂前可承受超过60,000次拉动。研究人员表示，与手动组装线缆驱动设备相比，Xstrings可将生产时间缩短约40%。

它在软体机器人、互动艺术，甚至可调节服装领域都拥有潜在的应用前景。展望未来，该团队相信Xstrings可以在空间和工具有限的地方使用，例如空间站，从而实现按需打印功能齐全、可移动的机器人。

迈向全3D打印电子产品

3D打印领域最令人兴奋且最具挑战性的前沿领域之一，是制造有源电子器件，即能够存储、处理或调节电信号的设备。通常，这些组件依赖于硅半导体，必须在专门的洁净室中制造。但在2024年末，麻省理工学院的一个团队向前迈出了重要一步，展示了首个完全3D打印的无半导体逻辑门，这种逻辑门用于基础计算。

在麻省理工学院微系统技术实验室首席研究员路易斯·费尔南多·贝拉斯克斯-加西亚（Luis Fernando Velásquez-García）和研究生豪尔赫·卡纳达（Jorge Cañada）的带领下，该团队利用注入铜的可生物降解聚合物制造了可复位保险丝。这些器件使用现成的挤压式3D打印机一次性打印完成。虽然它们的性能尚不及硅晶体管，但仍是一大进步，因为仍然可以处理基本的控制功能，例如启动和关闭电机。

这项发表在《虚拟与物理原型》杂志上的研究表明，按需、低成本、低浪费的电子产品制造将更容易被实验室、企业甚至业余爱好者所接受，尤其是在供应链中断的时期。预示着电子产品未来可以根据需要在本地生产。

可持续和多纹理印刷：调速熨烫

有些项目专注于打印物品的功能，而其他项目则着眼于如何在不放弃美观性或功能性的情况下使打印本身更具可持续性。

让3D打印更具可持续性，通常意味着找到以更少的资源实现更多目标的方法，尤其是仅使用一种材料即可实现复杂的效果。2024年10月，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和代尔夫特理工大学(TU Delft)推出了一种名为“调速熨烫”的方法，正是为了实现这一目标。

该技术使用双喷嘴3D打印机。一个喷嘴负责放置耗材，第二个加热喷嘴随后在打印机表面移动，并调整速度来改变打印物体的外观和触感。较快的移动速度可打造光滑的表面，而较慢的移动速度则可打造哑光或纹理效果。

这项技术让设计师无需更换材料或进行额外的后期处理，即可创作出多纹理、多色调的物品。它尤其适用于木质填充或热敏塑料等材料。该团队甚至展示了如何仅凭纹理即可将二维码等内容直接嵌入到打印件中。

调速熨烫不仅仅是一种视觉技巧；它是迈向更环保、更高效的3D打印的一步。通过使用单根耗材并避免浪费步骤，它可以减少材料消耗和能源消耗。

该项目在ACM UIST 2024会议上进行了展示，参与者包括来自麻省理工学院和代尔夫特理工大学的研究人员，包括Mehmet Ozdemir、Marwa AlAlawi、Mustafa Doga Dogan、Stefanie Mueller和Zjenja Doubrovski。

人工智能3D模型：Style2Fab

定制3D模型通常只有训练有素的设计师才能使用复杂的CAD软件完成。CSAIL的Style2Fab系统正在改变这一现状，利用人工智能让每个人都能更轻松地进行定制。

Style2Fab于2023年发布，面向各种技能水平的客户，尤其适合使用开源模型的客户。它允许用户使用文本提示修改3D模型。例如，输入“让这个花瓶看起来像贝壳”即可改变模型的外观，同时保持其功能不变。

该系统也由Faruqi、CSAIL教授Stefanie Mueller以及包括东北大学Megan Hofmann在内的合作者开发。他们的工作详见论文《Style2Fab：基于功能感知的分割技术，用于利用生成式AI构建个性化3D模型》。

Style2Fab的核心功能在于它不仅能修饰表面，还能提升内部结构。它运用深度学习技术分析模型，并将其划分为功能部分和美学部分，让用户可以安全地修改颜色、纹理或形状，而不会影响其性能。

Style2Fab无需昂贵的工具或设计专业知识，从而推动数字制造的大众化。尤其适用于DIY辅助设备，因为这类设备兼具功能性和个性化风格。正如Faruqi所说，这款工具旨在“让3D打印更容易进行实验和学习，无论是初学者还是专家。”

视觉系统和实时监控

将所有这些创新结合在一起需要更智能的系统。正因如此，CSAIL也在重新思考打印机本身。最近，他们与苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)和麻省理工学院(MIT)的衍生公司Inkbit合作，开发了一款基于视觉的3D打印机，可以实时监控打印过程并在打印过程中纠正错误。

该打印机使用计算机视觉和反馈回路来监控每一层打印，检测缺陷并相应地调整下一层。这使得系统能够处理通常无法用传统方法打印的材料。

通过将实时感知与机器学习相结合，这种方法提供了一种更智能的制造方法，可以自我校正、适应不同的材料并实现大规模的精度。

总的来说，这些项目体现了麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)独特的3D打印方法。它的目标不仅仅是打印速度更快或更美观的物体，而是构建一个系统，让硬件、软件、材料和智能协同工作，创造出功能强大、直观易用且效果显著的工具。

从电子到教育，从艺术到无障碍，CSAIL的研究人员正在将3D打印推向全新且意想不到的方向。他们正在为3D打印的未来发展奠定基础：互动性、个性化，并日益融入设计和建造方式。