Løsning af den sidste store 3D-udskrivningsudfordring: Udskrivning i farve

3-D-print driver en kæmpe revolution i verden af ​​design og teknologi. I processen ændrer det den måde, vi tænker på design, prototyping og fremstilling af næsten alt.

Men enhver, der har leget med en 3-D-printer, vil være opmærksom på et væsentligt problem. Denne 800-punds gorilla er spørgsmålet om farve. 3-D-print kan være storslåede kopier af mere eller mindre enhver form. Men farvemæssigt er de blot skygger af originalerne.

I dag ser det ud til at ændre sig takket være arbejdet fra Alan Brunton og venner ved Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research i Tyskland, som har fundet ud af, hvordan man producerer nøjagtige farver i et 3-D-print for første gang. Deres arbejde lover at tage 3-D-print til et helt nyt niveau.

Den nye tilgang udnytter en relativt ny måde at lave 3D-print på. Generelt fremstilles disse genstande et lag ad gangen ved at sammensmelte pulver eller lægge ekstruderet plast ned. Ingen af ​​tilgangene giver andet end rudimentær kontrol over et objekts farve.

Det, der er brug for i stedet, er en måde at skabe objekter på på samme måde som 2-D-printere laver billeder pixel for pixel. Dette kræver med andre ord, at 3D-print skal lægges ned, ikke i lag, men voxel for voxel.

I løbet af det sidste års tid er netop denne teknologi kommet på markedet. Det fungerer ved hjælp af en række inkjets, der lægger en genstand ned, dråbe for dråbe. Disse dråber hærdes øjeblikkeligt af UV-lys for at danne et fast stof.

Det giver øjeblikkeligt mulighed for meget mere nøjagtig kontrol af farven, da hver dråbe kan opfattes som en voxel. Dette er den tilgang, som Brunton og venner har taget, men det er lettere sagt end gjort af en række årsager.

Den første er den store mængde data og talknas, der er involveret i at skabe et virtuelt 3D-farveobjekt, selv før udskrivningen begynder. Dråberne fra inkjets er bittesmå - der er omkring 18 millioner af dem i en solid kubikcentimeter. Så ethvert objekt af anstændig størrelse skal bestå af titusinder af milliarder af voxels, og den indvirkning, som hver enkelt har på den endelige farve, skal beregnes.

Den anden er, at dråberne er gennemskinnelige, fordi UV-lys skal kunne passere igennem for at hærde dem. Dette har en betydelig indvirkning på deres visuelle udseende, da lyset ender med at passere gennem flere lag af voxels og bliver spredt undervejs.

Det betyder, at dråbefarven skal kontrolleres omhyggeligt til en dybde på flere voxels i hele objektet. Og dette øger dramatisk kompleksiteten af ​​de algoritmer, der er nødvendige for at beregne deres nødvendige farver.

Den sidste udfordring kommer fra karakteren af ​​3-D-print. Ved 2-D-print er det muligt at kombinere op til tre forskellige blækfarver på ethvert punkt på et billede. I et 3-D print skal hver dråbe være et enkelt materiale, og det sætter vigtige begrænsninger for, hvad der er muligt farvemæssigt.

Ikke desto mindre har Brunto og co gjort betydelige fremskridt ved at bringe de mange årtiers forskning i spil, der er blevet udført i farvestyring til 2-D-udskrivning og til farvebilleder generelt.

Deres tilgang er at kombinere to teknikker. Den første er 3D-ækvivalenten til en 2-D-udskrivningsteknik kaldet halvtoning. Det er her kontinuerlig nuance og farve erstattes af et arrangement af prikker af forskellig størrelse og mellemrum. Den anden er en måde at beregne farven på en overflade givet den måde, lyset er blevet spredt for flere lag af voxel nedenfor.

Og resultaterne ser imponerende ud. På billederne ovenfor er tre æbler og tommelfingeren ægte. Resten er 3D-print, men det er ikke nogen nem opgave at skelne dem fra hinanden.

Og Brunton og co siger, at resultaterne burde blive bedre i den nærmeste fremtid, efterhånden som materialeforskere udvikler mindre gennemskinnelige trykmaterialer, og efterhånden som printere får endnu højere opløsning. I begge disse henseender er holdets algoritmer fremtidssikrede. Mindre gennemskinnelig blæk bør være lettere at håndtere, og den højere opløsning bør også være håndterbar.

Evnen til at kombinere gennemskinnelige og uigennemsigtige blæk bør endda gøre det muligt at gengive overfladeudseendet af mange biologiske materialer, der også er halvgennemsigtige, såsom hud.

Det er fascinerende arbejde. Det vil indlede en ny generation af printapplikationer. Og det vil få den nuværende generation af printere til at se helt igennem gammeldags ud om få år.

Ref: arxiv.org/abs/1506.02400 : Overskridelse af grænserne for 3-D farveudskrivning: Fejlspredning med gennemskinnelige materialer

skjule