3D 印刷技術の新たなブレークスルー: 複数の色で正確な印刷

3D 印刷技術の新たなブレークスルー: 複数の色で正確な印刷

(Maker Faire 2015深圳イベントで実演された3Dプリント効果。色は比較的シンプルです)
3D プリンターを使用したことがある人なら誰でも、無視できない問題、つまり色に気づいているでしょう。 3D プリント技術は、あらゆる形状のレプリカを完璧に印刷できますが、オリジナルの色に関してはやや無力です。

最近、ドイツのフラウンホーファーコンピュータグラフィックス研究所のアラン・ブラントン氏とその友人たちの研究がこの状況を変えると期待されています。彼らは、3D 印刷プロセスに正確な配色を追加する方法を発見しました。これは 3D 印刷技術分野で初めてのことです。

一般的に、3D プリントされたオブジェクトは、固定された粉末または圧縮されたプラスチックの層で構成されており、既存の方法ではターゲットの色を効果的に制御できません。したがって、色彩面で画期的な進歩を遂げたいのであれば、別の方法を見つけなければなりません。従来の 2D プリンターで生成される画像はピクセルで構成されています。3D プリントされたオブジェクトがボクセルで構成されている場合、色の問題は解決できますか?

約1年前、ボクセルで作られた3Dプリントオブジェクトが市場に登場しました。これらの 3D オブジェクトは、複数のインクジェット プリンターを使用して一滴ずつ作成され、これらの液滴は紫外線の下で瞬時に固化されます。それぞれの液体滴をボクセルとして考えた場合、色を正確に制御することは可能ですか?これが、ブラントンが採用しようとしている解決策です。誰もが知っているように、何かを話すよりも実際に行動する方がはるかに困難です。実際の運用プロセスでは、ブラントンは多くの困難に直面します。

まず、3Dプリント(スキャン)の前とプリントプロセス中に、膨大な量のデータと数学的計算に対処する必要があります。インクジェット プリンターから噴射される液滴は非常に小さく、1 立方センチメートルに 1,800 万個が収まります。したがって、適切なオブジェクトは数百億のボクセル ユニットで構成され、最終的なターゲット カラーに対する各ボクセルの寄与が考慮されます。

第二に、これらの小さな液滴は、紫外線が液滴を透過して固化できるように、ある程度の透明性を持たなければなりません。光はボクセルを通過する際に散乱および屈折するため、これは対象オブジェクトの視覚的な外観に大きな影響を与えます。つまり、液滴の色は光の散乱効果を考慮する必要があり、配色の計算の難しさと強度が大幅に増加します。

最後に注意点を 1 つ: 2D 印刷では、画像内の任意のポイントで最大 3 つの異なる色を使用できますが、3D 印刷では、各液滴に使用できる材料は 1 つだけなので、色の選択肢は大幅に制限されます。

しかし、ブラントンは、2D 印刷とカラー画像処理全般における数十年にわたる経験を活かして、大きな進歩を遂げました。彼らのアプローチは、2 つの異なる技術を組み合わせたものです。1 つ目はハーフトーニングと呼ばれる 2 次元印刷技術で、これは連続したトーンと色をさまざまなサイズと間隔のドットを使用して置き換える同様の 3 次元技術と考えることができます。 2 番目の方法は、オブジェクトの表面の色を計算することです。このアルゴリズムでは、光がボクセルを通過するときに発生する散乱などの現象を考慮する必要があります。



結果は非常に印象的です。上の写真では、リンゴ3個と親指だけが本物です。残りはブラントンが新しい方法で印刷したレプリカです。編集者には区別がつきません。

ブラントン氏は、材料科学が進歩し、より高解像度のプリンターが利用できるようになると、3Dプリンティングはさらに向上するだろうと述べた。これらすべての側面において、彼のチームが提案したアルゴリズムは今後もテストされる予定です。相対的に言えば、透明度が低いインクと解像度が高いプリンターの方が実現しやすいです。

今後は、皮膚など多くの生物材料が半透明の特性を持っているため、半透明インクと不透明インクの混合使用に細心の注意を払う必要があります。

これは、3D プリンティングの新たな章を開く非常に興味深い研究です。近い将来、現在普及している印刷機器は時代遅れになると思います。

テクノロジー、インクジェットプリンター、コンピューター、口、紫外線

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