在設計和打印多材料物體的領域，一款新的開源軟件正在引發變革。這款名為 OpenVCAD 的設計系統，由科羅拉多大學博爾德分校的計算機科學博士生 Charles Wade 開發，通過使用代碼來映射不僅是形狀，還包括 3D 物體內部材料的分佈，超越了傳統建模的界限。這一工具在助理教授 Robert MacCurdy 主導的 Matter Assembly Computation Lab 中誕生，使工程師能夠以驚人的簡便性和精確度設計空間變化的多材料物體。該項目反映了計算方法的日益興趣，這些方法將編程與設計相結合，這一轉變可能會變革增材製造的未來。
MacCurdy 表示：“多材料設計的研究和實踐在 OpenVCAD 出現之前就已存在，但我們認為每次為特定項目編寫具體代碼的開銷使工程師無法進行更多的設計。”他補充道：“通過 OpenVCAD，我們將所有這些工作一次性完成，並做好，這樣人們就可以擁有內建的基礎架構來表示這些空間變化的多材料設計。”這種創新使得多材料物體的設計不再受制於傳統計算機輔助設計（CAD）工具的限制，這些工具通常僅定義物體的外部邊界，假設內部由單一材料組成。當需要建模漸變設計時，傳統方法常常無法滿足需求。
OpenVCAD 的出現正好填補了這一空白。該軟件允許用戶結合複雜的數學函數，並將其指定為 3D 物體不同區域的材料。Wade 說：“這是首個廣泛可用的多材料代碼設計工具。與傳統的 CAD 軟件不同，後者需要為每一個變更重新繪製所有內容，且無法表示漸變材料，我們的工具允許用戶更改一個小變數，整個設計便能輕鬆更新。”這一特性使得工程師能夠更靈活地進行設計，為多材料物體的創造打開了新的可能性。
研究團隊在多種 3D 打印機上展示了 OpenVCAD 的多功能性，包括 MacCurdy 實驗室中一台能夠同時打印多達五種材料的打印機。其影響範圍遠不止學術界，從醫療建模到柔性機器人及結構模擬，該軟件能夠支持各領域的工程師和研究人員。例如，外科醫生可以利用這個工具創建生動的解剖模型以進行手術計劃；機器人研究者可能會依賴它來設計在某一方向上柔韌但在另一方向上保持剛性的驅動器；結構工程師則可以將獨特的機械性能應用於複雜格柵結構的特定部分，以增強耐用性和衝擊吸收能力。MacCurdy 表示：“我們能夠依賴 OpenVCAD 的核心能力來表示多材料物體，但在某些領域還有更多的新進展，我們對此感到興奮，並希望這種多材料設計的方法能夠得到廣泛應用。”
OpenVCAD 真正體現了其名稱的意義，該軟件完全開源，並提供 Python 實現，使用者可以通過一行代碼導入代碼庫並開始設計。Wade 說：“我們希望這個工具能夠被廣泛使用。我們擁有來自其他機構的外部研究者逐步增長的基礎，用戶使用這個工具，並希望能夠支持這個社區的最佳工作。”這種開放性不僅促進了研究的合作，也為多材料設計的未來提供了新的可能性。
