利用3D打印机的“缺陷”来创造一种新的准纺织品

福尔曼与石井浩教授一起在有形媒体研究小组工作，他于10月20日在计算机械协会用户界面软件与技术研讨会上介绍并展示了DefeXiles的研究。福尔曼表示，这种材料可能会立即被证明对时装设计中的原型和定制有用，但未来的应用还可能包括具有可调机械性能的3D打印外科网格等。

福尔曼说：“总的来说，这项工作最让我兴奋的是它对许多制作人的立竿见影的作用。”“与以前的工作不同的是，不需要定制的软件或硬件--只需要一台相对便宜的250美元的打印机，这是最常见的打印机类型--这真的让数百万人可以使用这项技术。”

“我们设想未来的材料将是动态的和可计算的，”石井说。“我们称之为‘基团原子’。”DefeXiles是自由基原子的一个很好的例子，它是一种可编程的物质，它模仿现有材料的属性，并超越了现有材料的属性。我们可以触摸、感觉、佩戴和打印它们。“。

与Forman和Ishii一起参与该项目的还有计算机科学和人工智能实验室、电气工程系和计算机科学研究生Mustafa Doga Dogan，以及麻省理工学院建筑系本科生汉密尔顿·福赛斯(Hamilton Forsythe)。

在麻省理工学院比特与原子中心主任尼尔·格申菲尔德教授的带领下，福尔曼在媒体艺术与科学课程MAS.863/4.140/6.943(如何制作(几乎)任何东西)上进行了3D打印实验。福尔曼的实验灵感来自他在卡内基梅隆大学读本科时的一位朋友的工作，他用未挤出的细丝制作花瓶。当他第一次尝试挤压不足时，我非常恼火，因为产生的瑕疵是完美的和周期性的，“他说，”但后来当我开始玩它，弯曲它，甚至拉伸它时，我就像是，‘哇，等等，这是一种纺织品。它看起来像它，感觉像它，弯曲像它，而且它打印得真的很快。“。

福尔曼补充道：“我带了一个小样本到我的班上做展示和讲解，没有多想，Gershenfeld教授看到了它，他对此很兴奋。”

当3D打印机未挤出材料时，它会在沉积的材料中产生周期性间隙。使用廉价的熔融沉积建模3D打印机，福尔曼开发了一种名为“球状拉伸”的欠挤出工艺，在这种工艺中，热塑性聚合物的球状颗粒通过细丝连接在一起。该工艺生产出一种柔软、有弹性的纺织品，具有明显的经纬度，就像机织织物一样。福尔曼说，它摸起来有点像网眼针织面料。

“这些纺织品不仅比其他方法更薄，印刷速度更快，而且演示表格的复杂性也得到了改善。福尔曼说：“使用这种方法，我们可以用普通的3D打印机打印3D壳体表格，而不需要特殊的切片机软件。“这很令人兴奋，因为3D打印面料有很多机会，但它真的很难传播，因为很多面料使用昂贵的机械和特殊软件或特殊命令，而这些通常是打印机特有的。”

这种新纺织品可以像熨烫的补丁一样缝制、去褶皱和热粘合。福尔曼和他的同事们使用许多常见的3D打印材料打印了这些纺织品，包括一种导电丝，他们用这种材料生产了一种灯，可以通过触摸灯罩上的褶皱来点亮和调暗。研究人员建议，其他基材或添加剂可以生产具有磁性或光学性能的纺织品，或者通过使用藻类、咖啡渣或木材生产更易生物降解的纺织品。

卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)人机交互研究所(Human-Computer Interaction Institute)教授斯科特·哈德森(Scott Hudson)表示，福尔曼的工作代表着不断扩大的3D打印技术体系中一个非常有趣的补充。

“这项工作特别重要，因为它和更传统的技术一样，在相同的印刷过程中发挥作用，”哈德逊指出，他并没有参与这项研究。这项技术将使我们能够将定制的3D打印纺织品组件-可以是灵活和柔软的组件-与更传统的硬部件一起集成到物体中。

当麻省理工学院在新冠肺炎疫情爆发之初关闭时，福尔曼正在为美国医学会研讨会的提交做准备。他将自己设立的完整实验室搬到了纽约普莱西德湖附近父母小屋的地下室。

“这不是很多大型设备，但有很多小工具，钳子，细丝，”他解释说。“我不得不安装两台3D打印机，一个焊接站，一个照片背景--仅仅是因为这项工作涉及多个学科。”

福尔曼说，在机舱里，“当我周围的世界都在燃烧时，我能够专注于科学研究，这实际上是一种很好的分散注意力的方式。”“从事一个如此专注于科技的项目，然后向窗外看去，看到自然和树木-两者之间的紧张关系相当鼓舞人心，这也是一件有趣的事情。”

他回忆说，这对他的父母来说也是一次经历，他们看到了他“在我最紧张、最专注、最努力的时候”。“我会在早上5点上楼。我爸爸下来吃早饭的时候吃了点零食。

“我的父母成为创作活动的一部分，我会打印一些东西，然后去，‘看看这个，’”他说。“我不知道还会不会再有机会让我的父母如此近距离地触摸我每天做的事情。”

这个项目最不寻常的方面之一就是所谓的材料。福尔曼和他的同事们之所以使用“准纺织品”这个术语，是因为DefeXiles不具备通常纺织品的所有相同的物理特性，如两个方向的偏向和柔软度。但福尔曼说，一些怀疑者在感受到这些材料时已经皈依了。

这一经历让他想起了著名的勒内·马格里特(RenéMagritte)油画《物件的背叛(这不是烟斗)》，在油画中，烟斗的插图引发了一场关于一件作品是否能完全包含一个物件的所有意义的讨论。福尔曼解释说：“我感兴趣的是数字比特和材料体验之间的耦合，通过计算制造具有可控形式和机械性能的高保真材料。”

他补充说：“这让我想到，什么时候事物的指代成为人们所接受的事物。”“我感兴趣的不是人们的决定，而是它背后的道理，找出是什么导致他们接受或拒绝它作为纺织材料。”