211service.com
Att lösa den senaste stora utmaningen för 3D-utskrift: Utskrift i färg
3D-utskrift driver en enorm revolution inom design- och teknikvärlden. I processen förändrar det vårt sätt att tänka på design, prototyper och tillverkning av nästan allt.
Men alla som har lekt med en 3D-skrivare kommer att vara medvetna om ett betydande problem. Denna 800-punds gorilla är frågan om färg. 3D-utskrifter kan vara magnifika kopior av mer eller mindre vilken form som helst. Men färgmässigt är de bara skuggor av originalen.
Idag ser det ut att förändras tack vare arbetet från Alan Brunton och kompisar vid Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research i Tyskland, som har utarbetat hur man producerar exakta färger i ett 3-D-utskrift för första gången. Deras arbete lovar att ta 3D-utskrift till en helt ny nivå.
Det nya tillvägagångssättet drar fördel av ett relativt nytt sätt att göra 3D-utskrifter. I allmänhet görs dessa föremål ett lager i taget genom att smälta pulver eller lägga ner extruderad plast. Inget av tillvägagångssätten ger något annat än rudimentär kontroll över ett objekts färg.
Det som istället behövs är ett sätt att skapa objekt på samma sätt som 2D-skrivare gör bilder, pixel för pixel. Detta kräver med andra ord att 3D-utskrifter läggs ner, inte i lager, utan voxel för voxel.
Under det senaste året eller så har exakt denna teknik kommit ut på marknaden. Det fungerar med ett antal bläckstråleskrivare som lägger ner ett föremål, droppe för droppe. Dessa droppar härdas omedelbart av UV-ljus för att bilda ett fast ämne.
Det möjliggör omedelbart möjligheten till mycket mer exakt kontroll av färgen, eftersom varje droppe kan ses som en voxel. Detta är det tillvägagångssätt som Brunton och kompisar har tagit, men det är lättare sagt än gjort av flera anledningar.
Den första är den stora mängden data och siffror som är involverade i att skapa ett virtuellt 3D-färgobjekt, även innan utskriften börjar. Dropparna från bläckstråleskrivare är små – det finns cirka 18 miljoner av dem på en fast kubikcentimeter. Så alla anständiga föremål måste bestå av tiotals miljarder voxlar och vilken inverkan var och en har på den slutliga färgen måste beräknas.
Det andra är att dropparna är genomskinliga eftersom UV-ljus måste kunna passera för att härda dem. Detta har en betydande inverkan på deras visuella utseende eftersom ljus hamnar i att passera genom flera lager av voxlar och sprids längs vägen.
Det betyder att droppfärgen måste kontrolleras noggrant till ett djup av flera voxlar genom hela objektet. Och detta ökar dramatiskt komplexiteten hos de algoritmer som behövs för att beräkna deras nödvändiga färger.
Den sista utmaningen kommer från 3D-utskrifts natur. I 2D-utskrift är det möjligt att kombinera upp till tre olika bläck när som helst på en bild. I ett 3D-utskrift måste varje droppe vara ett enda material och det sätter viktiga begränsningar för vad som är möjligt färgmässigt.
Trots det har Brunto och co gjort betydande framsteg genom att föra fram de många decennier av forskning som har gjorts om färghantering för 2-D-utskrift och för färgbilder i allmänhet.
Deras tillvägagångssätt är att kombinera två tekniker. Den första är 3D-motsvarigheten till en 2D-utskriftsteknik som kallas halvtoning. Det är här kontinuerlig nyans och färg ersätts av ett arrangemang av prickar av olika storlekar och avstånd. Det andra är ett sätt att beräkna färgen på en yta med tanke på hur ljuset har spridits för flera lager av voxlar nedanför.
Och resultatet ser imponerande ut. På bilderna ovan är tre äpplen och tummen äkta. Resten är 3D-utskrifter men det är ingen lätt uppgift att skilja dem åt.
Och Brunton och co säger att resultaten borde bli bättre inom en snar framtid eftersom materialforskare utvecklar mindre genomskinliga tryckmaterial och när skrivare blir ännu högre upplösning. I båda dessa avseenden är lagets algoritmer framtidssäkra. Mindre genomskinliga bläck bör vara lättare att hantera och den högre upplösningen bör också vara hanterbar.
Möjligheten att kombinera genomskinliga och ogenomskinliga bläck bör till och med göra det möjligt att återge ytutseendet hos många biologiska material som också är halvgenomskinliga, som hud.
Det är ett fascinerande arbete. Det kommer att inleda en ny generation av utskriftsapplikationer. Och det kommer att få den nuvarande generationen skrivare att se helt och hållet gammaldags ut på bara några år.
Ref: arxiv.org/abs/1506.02400 : Att tänja på gränserna för 3D-färgutskrift: Felspridning med genomskinliga material