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2019年03月12日 来源:

3D打印技术新突破!可以打印多种颜色了

(Maker Faire 2015深圳活动上演示的3D打印效果,颜色比较单一)

但凡使用过3d打印机的人都意识到一个不可忽视的问题:颜色。3D打印技术可以完美地打印任何形状的复制品,但对于原件的颜色,就显得有些无能为力了。

近期,德国弗劳恩霍夫计算机图形研究所的Alan Brunton及其朋友们的工作有望改变这一现状,他们找到了如何在3D打印过程中加入精确颜色方案的方法,这在3D打印技术领域尚属首次。

一般来说,3D打印的物体是由一层层的定影粉或压缩塑料组成,现有的方法都不能对目标颜色进行有效的控制。因此想要在颜色方面取得突破,必须另寻他法。传统的2D打印机制成的图像是由像素构成,如果3D打印物体由体素构成,是不是就能解决颜色问题了?

大约在一年之前,市场中就有由体素构成的3D打印物。这些3D物品由多个喷墨打印机一点一滴制成,在紫外线的照射下这些液滴可以瞬间固化。如果将每一那就是一道道风景滴液体看做是一个体素,那是不是就有可能对颜色进行准确控制呢?这就是Brunton拟采取的方案,众所周知,动手总比动嘴皮子难的多,在实际操作过程中,Brunton面临着不少的难关:

首先,在3D打印之前(扫描)及打印过程中,需要面临庞大的数据量及数学运算。从喷墨打印机中喷出的液滴很小,一立方厘米的范围内就能容纳1800万个。因此任意一个差不多的对象都由数百亿个体素单元组成,且每个体素对终目标颜色的影响也将计算在内。

其次,这些微小的液滴必须具备一定的透明度,如此紫外线才能透过液滴从而将其固化。这对目标物体的视觉外观具有显著地影响,因为光线在穿过体素的过程中事实上有多少人能够让自己的人生过得有意思会出现光的散射、折射等现象。这也就意味着,液滴的颜色必须综合考虑光线的散射作用,这极大人类社会如此地增加了颜色方案计算的难度和强度。

还有一点:在2D打印过程中,可以在一幅图像中的任一点使用多达3种不同的颜色;但是在3D打印中,每个液滴只能是一种单一的材料,因此颜色的选择范围被大大地制约了。

然而,Brunton借鉴数十年的2D印刷以及一般彩色成像技术,已经取得了显著的进展。他们的方法结合了两种不同的技术:种是被称为半色调的二维打印技术,可以近似地看成一种三维技术,这种技术是利用不同大小和间距的点替代连续的色调和颜色。第二种是计算物体表面颜色的方法,该算法需综合考虑光线透过体素时将发生散射等现象。

结果是那么地令人印象深刻。上图中只有三个苹果和拇指是真实的,其余都是Brunton利用新方法打印的复制品,已经傻傻分不清楚了。

Brunton表示,随着材料科学的发展以及更高分辨率打印机的出现,3D打印效果还会更好。在所有的这些方面,其团队提出的算法还将接受检验。相对而言,透明度更低的油墨及分辨率更高的打印机更易实现。

将来,还要高度重视半透明、不透明油墨的混合使用,因为很多生物材料具有半透明的特性,譬如皮肤。

这是一个非常有趣的研究工作,将翻开3D打印的新篇章。

相信不久之后,现今流行的打印设备就会淘汰。

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