Группа исследователей из Колумбийского университета провела специальное исследование относительно возможности воспроизведения органических материалов посредством аддитивной технологии. В частности, исследователи попытались напечатать аналог древесины. Результаты своей работы они опубликовали в статье «Цифровое дерево: 3D-отображение внутренних цветных текстур».
Воксельная печать и ее преимущества
Технология струйной трехмерной печати используется для изготовления сложных текстур. Правда, принтерам трудно воспроизвести анизотропную внутреннюю структуру, которая присуща органическим материалам. Этот недостаток связан со сложностями «доставки» материалов в разные точки объекта. Он особо явно проявляется при работе с селективным лазерным спеканием.
В 2018 году начали применять воксельную печать. Для этого применяются принтеры HP и Stratasys. Но подготовка файлов для подобной печатной технологии является довольно проблематичной.
Главной задачей исследовательской группы был поиск подходящих методов подготовки к воксельной печати. В итоге ученые пришли к выводу, что для этого подходят МРТ, рентген и инфракрасная визуализация. Дополнительную информацию можно также получить, задействуя тепловую, механическую, акустическую и электрическую визуализацию.
Результаты исследования
Воксельная печать позволяет изготавливать многокомпонентные детали со сложными внутренними структурами, которые воспроизводят, например, кость или дерево. Исследователи использовали технику воксельной печати в своем исследовании, чтобы воспроизвести внешние и внутренние текстуры образца оливкового дерева.
Процесс включал последовательное сканирование тонких срезов из деревянного образца. Получилось целых 230 изображений, которые впоследствии были обработаны с использованием ПО для редактирования фотографий. В итоге ученые работали с 3D-принтером Stratasys J750, который последовательно печатал слои, соответствующие каждому из 230 изображений.
3D-напечатанные блоки погружались в жидкий азот и разбивались (или ломались долотом). Внутри разбитых блоков была обнаружена сложная древесная текстура, показывая, что воксельная печать может воспроизводить всю текстуру и цвет исходного куска дерева.
Несмотря на то, что это исследование было сосредоточено на цифровой воспроизводимости древесины, тот же подход может быть применен ко многим другим анизотропным материалам.