在3D打印技术日新月异的今天，一款免费却鲜为人知的宝藏软件正在悄然改变功能结构设计的游戏规则。

这款名为"多孔微结构生成器"（Porous Microstructure Generator，简称PMG）的小众工具，虽然出身学术圈，却蕴含着为整个3D打印行业带来极大实用价值的潜力。

仅凭UI界面内输入几行参数就能实现多种多样的3D打印设计的微观结构，从而实现性能优化和微结构探索验证。

比起动辄安装包巨大且费用昂贵的商用参数化建模软件来说，该工具整个安装包仅有75mb，无疑是精巧的宝藏工具。

然而，令人惊讶的是，这款堪称神器的软件却鲜为业界所知。

截至AM易道发文，仅有12000多观看，4100次下载和1次引用。

今天，AM易道将为您揭开这款工具的神秘面纱，带您深入了解这款软件的能力，以及如何利用它来推动3D打印技术的创新发展。

无论您是经验丰富的工程师，还是刚入行的新手，这篇AM易道独家教程都将为您打开一扇3D打印的价值之门。

准备好了吗？

请和AM一道探索这个行业秘密，看看它如何快速生成不同的微结构STL文件。

该软件的科研起源与意义

PMG多孔微结构生成器的诞生源于学术界对精确控制多孔材料微观结构的迫切需求。

该软件由纽卡斯尔大学的Daniel Niblett、Mohammed Mamlouk和Omar Emanuel Godinez-Brizuela等研究人员开发，旨在为科研人员和工程师提供一个强大而易用的多孔结构设计工具。

通过提供精确的微观结构模拟和生成能力，PMG为新型功能材料和结构的开发和设计铺平了道路，有望在航空航天、生物医学、能源存储等多个前沿领域提供足够实用的输入。

工具基于MATLAB，却无需安装MATLAB

PMG基于MATLAB开发，但用户无需安装完整的MATLAB软件即可使用。

这种开发架构有几个重要优势：

• 计算效率：MATLAB强大的矩阵运算能力使PMG能快速处理复杂的3D结构生成算法。

• 灵活性：基于MATLAB开发使得研究人员可以相对容易地扩展和定制功能。

• 可视化能力：MATLAB的3D绘图功能为软件提供了直观的结构预览。

• 跨平台兼容：通过MATLAB Runtime，工具可以在不同操作系统上运行，无需用户安装完整的MATLAB。
  
  

AM易道认为，选择MATLAB作为开发平台，使该工具在保持高性能的同时，也为未来的功能扩展和与其他科学计算工具的集成留下了广阔空间。

这对于追求效率和精确性的科研工作者及工程师设计师来说，无疑是一个巨大的优势。

工具详解：丰富的结构类型，前沿的分析功能

软件提供了丰富的算法，用于生成各种类型的多孔结构：

• 球形颗粒（正态分布、聚集、梯度）

• 非重叠球形颗粒

• 渗流簇

• 立方体颗粒

• 纤维状结构（可自定义方向、长度、曲率、空心度等）

• 泡沫网络

• 分支结构

• 立方晶格

• 编织结构

• 布料模拟（可设定纱线、纤维和孔隙特性）

• 单元晶格（12种不同算法）

除了结构生成，PMG软件还提供了强大的"后处理"以及高端分析功能，包含薄膜形成模拟、离散粒子沉积模型、孔隙网络提取与映射、单相/双相流动与传输模拟、毛细压力-饱和度曲线生成、格子玻尔兹曼法渗透率预测等功能。

这些功能对于科研和结构验证来说大有裨益，通俗来说：

薄膜形成模拟这个功能可以模拟漆如何在材料表面形成薄膜，帮助你预测涂层的均匀性和覆盖效果。

离散粒子沉积模型就像在沙滩上撒沙子：它模拟小颗粒如何落在你设计的多孔结构上，帮助你了解过滤器或催化剂载体的工作原理。

孔隙网络提取与映射：把多孔材料想象成一个迷宫，这个功能可以帮你画出迷宫的地图，显示所有通道和死胡同，让你清楚地了解材料内部结构。

单相/双相流动与传输模拟：如果你的多孔材料是一个海绵，这个功能可以模拟水（单相）或水和油（双相）如何在海绵中流动。对于研究过滤和分离过程非常有用。

毛细压力-饱和度曲线生成：想象用吸管吸水- 这个功能可以预测你的多孔材料能吸多少液体，以及需要多大的力才能把液体挤出来。

格子玻尔兹曼法渗透率预测：这就像测试你做的过滤器有多透气。它可以预测液体或气体通过你设计的多孔材料有多容易，而不需要实际制作和测试。

安装指南：轻松获取这一科研利器

1. 访问PMG官方下载页面（可通过搜索"Porous Microstructure Generator Newcastle University"找到）。

PMG官方下载页面

2. 下载适用于您操作系统的安装程序（.app for macOS, .exe for Windows）。

3. 运行安装程序，系统将自动下载并安装所需的Matlab Runtime（无需单独安装Matlab）。

4. 安装完成后，首次运行PMG时，系统可能会要求提供许可证文件。按照提示填写在线表格，等待包含许可证的邮件。

5. 获得许可证后，您就可以免费使用这款强大的科研工具了。

获取许可证有难度的读者，请联系AM易道。

使用教程：从微观设计到宏观3D打印

1. 启动PMG

   
   
   

   - 双击已安装的PMG图标启动软件

   - 界面左侧为参数设置区，右侧为3D预览窗口

2. 选择结构类型

   - 点击顶部标签或左侧图像选择所需的结构类型（如"Spherical"、"Fibrous"等）

   - 每种结构类型对应不同的算法和参数设置

3. 调整参数

   - 几何参数：根据选择的结构类型，调整如粒径、纤维长度、孔隙率等参数

   - 体素分辨率：设置模型的精细程度，通常在100-500之间，高分辨率会增加计算时间

   - 不同结构类型有不同的参数组需要调节，需要读者自行摸索

   - 以Lattice的点阵结构为例，对话框中的参数均可自行调节：

4. 生成结构

   - 点击"Run"按钮

   - 软件将根据设置生成3D结构，并在右侧窗口显示预览图

   - 可使用鼠标旋转、缩放查看模型细节

5. 优化与迭代

   - 如需修改，调整参数后再次点击"Run"

   - 满意后点击"Keep Structure"保存当前结构

6. 后处理/进阶分析

   - 导航至"后处理"选项的标签比如Extract Network

   - 可选择进行薄膜形成、孔隙网络提取等操作

   - 对于孔隙网络分析，点击"Extract Network"，调整平滑参数（通常3-5之间）, 这一步骤耗时较长，需耐心等待进度条完成

   - 完成后的结果如下：能够对孔隙结构进行定量分析

   - 四种可视化分析图表

   - 以及数据统计结果：

Mean Pore Radius (µm) 2.5753

Mean Throat Radius (µm) 3.0050

Mean Connectivity (N) 10.4700

Number of Pores 1600

Number of Throats 4380

Mean Throat aspect ratio 0.6387

Mean Throat Perimeter (µm) 15.8329

Network Porosity 0.1318

Network Surface Area (mm^2) 0.0046

   - 仅Extract Network这一项功能就能输出许多量化和可视化结果，至少对于科研和结构分析大有帮助。

7. 导出模型

   - 点击顶部菜单"Menu"

   - 选择"Save as .tiff"导出图像序列，或"Save as .stl"导出3D打印用STL文件

   - 选择保存位置和文件名

8. 3D打印准备

   - 将导出的STL文件导入切片软件

   - 根据打印机参数和材料特性进行切片设置

   - 生成可打印文件，传输至3D打印机进行打印，大功告成！

参数化建模与多孔结构的前沿应用

PMG的参数化建模能力使得研究人员可以精确调控多孔结构的各项指标，如孔隙率、孔径分布、比表面积等。

这种精确控制为各领域的科研突破提供了可能。

以下是AM易道列举的一些典型应用：

1. 航空航天轻量化

   - 结构类型：晶格点阵结构、泡沫金属

   - 应用：飞机机翼内部支撑、卫星结构件

2. 生物医学支架

   - 结构类型：规则多孔结构、梯度多孔结构

   - 应用：骨组织工程、软组织再生

3. 能源存储

   - 结构类型：高比表面积多孔结构、互连孔道结构

   - 应用：电池电极、超级电容器

4. 热管理

   - 结构类型：金属泡沫、蜂窝结构

   - 应用：散热器、热交换器

5. 声学材料

   - 结构类型：微孔结构、梯度多孔结构

   - 应用：消音材料、声学隔离板

6. 过滤和分离

   - 结构类型：膜状多孔结构、纤维网络

   - 应用：水处理膜、气体分离膜

AM易道结语：开启科研新篇章同时勿忘经验积累的重要性

多孔微结构生成器（PMG）的出现，无疑为3D打印技术与结构、材料、设计的交叉领域注入了新的活力。

作为一款免费且功能强大的宝藏工具，不仅降低了多孔材料研究的门槛，还为跨学科创新提供了一个理想的平台。

与之前分享的参数化工具类似：
3D打印设计开源项目！复杂内流道热交换器！

3D打印参数化设计开源！月球火星都能用的车轮

AM易道认为，此类工具将继续推动3D打印技术在更多高端应用领域的渗透。

然而，真正发挥类似工具潜力的关键在于参数设置的精准把控。

不同的参数组合将会生成截然不同的STL文件，这就要求3D打印从业者根据自己的科研方向和应用领域进行细致的调试和优化。

参数设置的经验积累对于未来的科研和产业发展至关重要：

1. 应用经验：不同应用领域（如航空航天、生物医学、能源存储等）需要完全不同的结构特性，这意味着参数设置经验会随着应用领域的深入而变得越发宝贵。
   
   

2. 性能优化经验：通过反复调整参数并验证打印结果，从业者可以建立起参数与最终性能之间的关联，这种经验在未来的材料设计中将发挥关键作用。
   
   

3. 效率提升：随着经验的积累，从业者能够更快地找到最优参数组合，大大缩短产品开发周期。
   
   

4. 创新能力：深入理解参数对结构的影响，有助于从业者突破常规思维，设计出全新的多孔结构。
   
   

5. 跨工具应用经验：随着越来越多的参数化建模工具问世，在一种工具上积累的参数设置经验将为使用其他工具提供宝贵的参考。
   
   

它不仅是一款软件，更是连接微观设计与宏观应用的桥梁，有望重塑我们对材料、结构和制造的认知，打造更深度的价值。

然而，工具的强大与否最终取决于使用者的技巧。

对于3D打印从业者而言，深入研究参数设置，积累实际应用经验，将成为未来保持竞争力的关键。

这些看似琐碎的参数调整经验，实际上是推动整个行业向前发展的宝贵财富。

AM易道也呼吁行业内的专家学者们积极分享自己在参数设置方面的心得，推动整个行业的知识共享与协同创新。

本文的教程以及分析是AM易道在全网独家首发，请有兴趣的读者帮忙点赞转发在看，支持AM易道创作更多原创深度内容。

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