Tecnica di stampa voxel per replicare sia la superficie che le trame esterne di materiali organici come il legno Digital Wood: mappatura 3d della trama del colore interno


 
In un documento intitolato ” Digital Wood: mappatura della trama del colore interno 3D “, un gruppo di ricercatori della Columbia University discute di come hanno usato una tecnica di stampa voxel per replicare sia la superficie che le trame esterne di materiali organici come il legno.

“Fino a poco tempo fa, le tecnologie di stampa 3D a getto d’inchiostro sono state utilizzate con successo nella produzione di parti con topologie complesse e trame di superfici a colori completi. Tuttavia, queste stampanti hanno lottato con parti che hanno strutture interne anisotropiche come visto in molti materiali organici “, spiegano i ricercatori. “Questo inconveniente deriva dall’incompatibilità intrinseca di fornire materiali dissimili a tutti i punti risolvibili di un oggetto stampato con processi di stampa 3D consolidati, come la sinterizzazione laser selettiva e la modellazione di deposizioni fuse. A partire dall’inizio del 2018, la stampa voxel è possibile su entrambe le stampanti HP e Stratasys menzionate in precedenza; tuttavia, preparare i file per la stampa voxel è una sfida lasciata in gran parte non indirizzata dai produttori di stampanti. “

La stampa Voxel consente ai produttori di produrre parti multimateriali con strutture interne complesse che replicano l’osso, ad esempio, o il legno. I ricercatori hanno utilizzato una tecnica di stampa voxel nel loro studio per replicare le trame di colore esterne e interne di un campione di legno di ulivo. Il processo prevedeva la rimozione di fette sottili consecutive dal campione di legno e l’acquisizione di immagini digitali di ogni fetta. Lo stack risultante di 230 immagini è stato quindi post-elaborato utilizzando il software di fotoritocco prima di essere inserito in una stampante 3D Stratasys J750, che è in grado di stampare in 3D a livello di voxel. La stampante 3D ha quindi stampato in sequenza i livelli corrispondenti alla pila di immagini.

I blocchi stampati in 3D sono stati quindi immersi in azoto liquido e frantumati, o rotti utilizzando uno scalpello. I blocchi rotti hanno rivelato all’interno una intricata venatura del legno, a dimostrazione del fatto che il processo di stampa è in grado di riprodurre l’intera trama interna e il colore del pezzo di legno originale.

“Non è una coincidenza che i design algoritmici e bioispirati, che sono pervasivi nei fenomeni naturali, siano ben adattati al flusso di lavoro della stampa voxel”, affermano i ricercatori. “Questo perché si tratta di processi intrinsecamente basati sulle cellule atti a predisporre modelli simil-voxel per raggiungere uno stato ottimale.”

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica di imaging distruttivo, tagliando il legno a parte per ottenere le fette sottili che sono state poi alimentate alla stampante 3D. Ma ci sono altri modi, meno distruttivi, di immaginare un campione, i ricercatori affermano, come la risonanza magnetica, l’enterografia MR, i raggi X o l’imaging a infrarossi. Ulteriori informazioni possono anche essere ottenute mediante riferimenti incrociati a dati ottenuti da diverse tecniche come l’imaging termico, meccanico, acustico ed elettrico. È anche possibile generare interamente nuvole di punti tramite software, come nel caso dei materiali di ispirazione frattale.

“Vale la pena notare che gli oggetti stampati con voxel composti da materiali dissimili possono esibire anisotropie non intuitive significative, che possono essere difficili da simulare”, concludono i ricercatori. “Pertanto, è necessario un uso giudizioso di test e simulazione per prevedere il loro comportamento e informare la produzione di materiali progettati algoritmicamente. Mentre questo lavoro si concentrava sulla riproducibilità digitale del legno, lo stesso approccio può essere applicato a molti altri materiali anisotropici. Inoltre, questo studio ha dimostrato la capacità di “photoshop” strutture 3D per cambiare colore insieme al potenziale per l’applicazione di strutture interne a forme arbitrariamente complesse. “

Gli autori del documento includono Fabian Stute, Joni Mici, Lewis Chamberlain e Hod Lipson.

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