Naukowcy Druk 3D "Cyfrowe drewno" z złożonymi teksturami wewnętrznymi za pomocą Polyjet

"Do niedawna technologie drukarek 3D w technologii druku atramentowego zostały z powodzeniem zastosowane w produkcji części o złożonych topologiach i pełnokolorowych teksturach powierzchni. Jednak drukarze mają problemy z częściami, które mają anizotropowe struktury wewnętrzne, jak widać w wielu materiałach organicznych "- wyjaśniają naukowcy. "Ta wada wynika z nieodłącznej niekompatybilności dostarczania odmiennych materiałów do każdego możliwego do rozstrzygnięcia punktu drukowanego obiektu za pomocą ustalonych procesów drukowania 3D, takich jak selektywne spiekanie laserowe i modelowanie osadzania topionego. Od początku 2018 r. Drukowanie wokselowe jest możliwe na wspomnianych wcześniej drukarkach HP i Stratasys; jednak przygotowywanie plików do drukowania wokseli jest wyzwaniem, którego w dużej mierze nie podjęli się producenci drukarek. "

Drukowanie wokseli umożliwia producentom produkcję części wielomateriałowych o złożonych strukturach wewnętrznych, które na przykład replikują kości lub drewno. Naukowcy zastosowali technikę druku woksela w swoich badaniach, aby powielać zewnętrzne i wewnętrzne tekstury kolorów próbki drewna oliwnego. Proces polegał na usunięciu kolejnych cienkich plasterków z drewnianej próbki i zarejestrowaniu cyfrowych obrazów każdego plasterka. Powstały stos 230 obrazów został następnie przetworzony za pomocą oprogramowania do edycji zdjęć przed wprowadzeniem do drukarki 3D Stratasys J750, która jest w stanie drukować 3D na poziomie wokseli. Następnie drukarka 3D kolejno drukowała warstwy odpowiadające stosowi obrazów.

Wydrukowane bloki 3D zostały zanurzone w ciekłym azocie i rozbite lub złamane za pomocą dłuta. Zerwane bloki ujawniły wewnątrz skomplikowane ziarno drewna, co świadczy o tym, że proces drukowania jest w stanie odtworzyć całą teksturę wnętrza i kolor oryginalnego kawałka drewna.

"To nie przypadek, że algorytmiczne, bioinspirowane projekty, które są wszechobecne w zjawiskach naturalnych, dobrze pasują do pracy nad drukowaniem wokseli "- stwierdzają naukowcy. "Dzieje się tak dlatego, że są one z natury procesami opartymi na komórkach, zdolnymi do układania wzorów podobnych do wokseli w celu uzyskania optymalnego stanu."

Naukowcy wykorzystali technikę niszczącego obrazowania, rozcinając drewno, aby uzyskać cienkie plasterki, które zostały następnie dostarczone do drukarki 3D. Istnieją jednak inne, mniej niszczące sposoby obrazowania próbki, jak twierdzą naukowcy, takie jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, enterografia MR, promieniowanie rentgenowskie lub obrazowanie w podczerwieni. Dalsze informacje można również uzyskać, porównując dane uzyskane z różnychtechniki takie jak obrazowanie termiczne, mechaniczne, akustyczne i elektryczne. Możliwe jest także całkowite generowanie chmur punktów za pomocą oprogramowania, tak jak w przypadku materiałów inspirowanych fraktali.

"Warto zauważyć, że drukowane woksele obiekty złożone z różnych materiałów mogą wykazywać znaczące nieintuicyjne anizotropie, które może stanowić wyzwanie do symulacji ", podsumowują naukowcy. "W związku z tym rozsądne wykorzystanie testów i symulacji jest potrzebne do przewidywania ich zachowania i informowania o wytwarzaniu algorytmicznie zaprojektowanych materiałów. Podczas gdy prace koncentrują się na cyfrowej odtwarzalności drewna, to samo podejście można zastosować do wielu innych materiałów anizotropowych. Co więcej, badanie to wykazało zdolność do "fotografowania" struktur 3D w celu zmiany koloru wraz z możliwością zastosowania wewnętrznych struktur do dowolnie złożonych kształtów. "

Autorami artykułu są Fabian Stute, Joni Mici, Lewis Chamberlain i Hod Lipson.