پرینت سه بعدی چوب دیجیتالی با ساختار درونی خیره‌کننده

یک تیم از محققان دانشگاه مهندسی دانشگاه کلمبیا، تخته چوب واقعی را شبیه‌سازی کردند و با استفاده از پرینت سه بعدی، به ارائه‌ی پرینت سه بعدی و تولید چوب دیجیتالی با ساختار درونی خیره‌کننده پرداختند. این تخته حاصل از چاپگر سه بعدی با استفاده از تصویربرداری توموگرافیک، تقطیر و چاپ در حد واکسل (کوچک‌ترین جز ساختاری یک تصویر سه بعدی) استفاده شده است و تصاویر با رنگ‌های ترکیبی به کار گرفته شده است.

واکسل

واکسل یا وکسل، کوچک‌ترین جز ساختاری یک تصویر سه بعدی را گویند. یک واکسل مقداری را بر روی یک مختصات معین در فضای سه متغیره نشان می‌دهد. همانند پیکسل‌ها در فایل تصویری بیت‌مپ (Bitmap)، واکسل‌ها خودشان برای مثال موقعیتی از خودشان (مختصات خودشان) را ندارند به طور صریح در امتداد با مقادیر خودشان به صورت رمزی درآورده شده‌اند. به طور مثال موقعیت یک واکسل براساس موقعیتش در ارتباط با دیگر واکسل‌ها استنباط می‌شود.(یعنی موقعیتش در ساختار دیتا که باعث ایجاد یک تک تصویر حجمی می‌شود).

توموگرافیک

در اپتیک تصویرگیری روش‌های متعددی با کاربری‌­های متنوعی ابداع شده‌­ است که بسیاری از آزمون‌های میدانی و تست‌های غیرمخرب را فراهم کرده است. یکی از روش‌های پیچیده در تصویرگیری و به ویژه در تصویرگیری از سطح مقطع اجسام، توموگرافی است که از اصول آن در دستگاه‌های پیشرفته‌­ای چون سی تی اسکن (CT scan) و ام آرآی (MRI) و… استفاده می‌شود.

طراحی و خروجی مناسب با چاپ سه بعدی

اگر یک طراح قصد دارد با اجزای مختلفی مواد متفاوتی را پرینت کند، دستگاه چاپگر سه بعدی برای این کار مناسب خواهد بود و کار مربوطه به راحتی انجام می‌شود. یک چرخ‌دنده می‌تواند محکم باشد، یک زبانه کفش می‌تواند انعطاف‌پذیر باشد و یک خانه می‌تواند به گونه‌ای طراحی شود که وسایل داخلی آن نمایان باشد و تمام این موارد تنها با یک کلیک طراح، صورت می‌گیرد، برای تولید از طریق پرینتر سه بعدی هر مورد خاص، مدت زمانی زیادی طول نخواهد کشید.

پروژه پرینتر سه بعدی و چوب دیجیتالی با ساختار درونی خیره‌کننده

یک تیم از محققان دانشگاه مهندسی دانشگاه کلمبیا، تخته چوب‌های واقعی را شبیه‌سازی کرده و با استفاده از تصویربرداری توموگرافیک، تقطیر و در حد واکسل به پرینت سه بعدی چوب دیجیتالی پرداختند. این تخته‌های چوبی، در حد Voxel، که ابعاد کوچکی است که توسط پرینتر سه بعدی درست شده است، با استفاده از رزین و توسط چاپگر سه بعدی Stratasys J750 پرینت سه بعدی شده اند.

پرینترهای PolyJet قادر به چاپ سه بعدی شش نوع ماده مختلف هستند و بسیار شبیه چاپگرهای سه بعدی استاندارد جوهرافشانند، بنابراین رزولیشن آن‌ها بسیار زیاد است. هر قطره رزین یک واکسل است و هر واکسل می‌تواند یک ماده متفاوت باشد، بنابراین هر نوع رنگ‌ و بافتی می‌تواند از طریق پرینت سه بعدی تولید شود. به طور کلی، به جز پرینت اشیا، بخشی که در پرینت سه بعدی نیز مهم است، رنگ است.

طراح چگونه درون یک درخت را با یک ساختار داخلی بی نظیر تولید می‌کند؟

موادی مانند چوب، دارای خواص فیزیکی مختلفی هستند که از جهات مختلف اندازه‌گیری می‌شوند. اولین گام این است که مشخص کنیم، چه چیزی درون چوب دیده می‌شود، در رابطه با این موضوع، محققانی مانند؛ فابیان استوت، جونی میسی، لوئیس چمبرلین و هود لیپسون مطالعاتی انجام دادند. آن‌ها از طریق، تصویربرداری توموگرافی را انجام دادند. آن‌ها لایه‌های نازکی از یک تخته از چوب زیتون را تراشیده و از هر لایه عکس گرفتند و به طور کلی، ۲۳۰ تصویر تقریبا مشابه از چوب گرفته شد و سپس شبیه‌سازی انجام گرفت. در نهایت، این تصاویر را به یک فرمت مبتنی بر بیت مپ تبدیل کردند هر چند بیشتر در حد واکسل است.

شبیه‌سازی رنگ

با پیکسل دو بعدی، dithering روند شبیه‌سازی رنگ (نارنجی) با نمایش دو رنگ مختلف (زرد و قرمز) در حد پیکسل صورت گرفت. برای این امر، می‌بایست در تولید تصویر شیب رنگ صاف و حرکت در صفحه نمایش از پیکسل که می‌تواند تنها از یک رنگ و در یک زمان تولید کند، دقت شود. تقسیم اتفاقی یک مفهوم مشابه را برای تصاویر مرتب شده از چوب اعمال می‌کند، ایجاد یک جابه‌جایی سه بعدی بین هر لایه تصویر برای ایجاد یک بلوک سه بعدی مبتنی بر واکسل منسجم است.

تیم تحقیقاتی، با استفاده از چاپگر سه بعدی J750، تصاویر RGB (قرمز، آبی، سبز) را به رنگ CMYK (فضای رنگی، کریستال، زرد، سیاه) تبدیل کرد و پرینت سه بعدی انجام گرفت. دو تخته سه بعدی، در سایه‌های مختلف و با تنظیمات چاپی متفاوت هستند. هر دو آن‌ها سپس برش داده می‌شدند و یا باز می‌شدند تا درونشان دیده شود. یک تمساح، نیز با چوب با استفاده از ساختار داخلی یک شیء به شکل هندسی دلخواه، چاپ شد.

استفاده از چوب زیتون در پروژه

برای این پروژه، به دلیل خواص بصری بی‌نظیر از چوب زیتون استفاده شده بود، بدین معنی که خواص فیزیکی آن در ظاهر، قابل پیش‌بینی است. جهت گرانش بصری آشکار است، به همین دلیل استحکام می‌تواند بر اساس ظاهر چوب باشد.