Riempimento: identificazione delle parti stampate in 3D tramite i parametri di slicing
Esistono diversi modi per identificare stampe 3D specifiche , come codici QR e codici a barre , tag e filigrane RFID e numeri di serie . Ma un gruppo di ricercatori del MIT CSAIL e dell’Università del Sussex hanno pubblicato un documento, ” Dimostrazione di G-ID: identificazione di stampe 3D utilizzando parametri di affettatura “, che prende una strada diversa.
“Dimostriamo G-ID, un metodo che utilizza i sottili modelli lasciati dal processo di stampa 3D per distinguere e identificare oggetti che altrimenti sembrano simili all’occhio umano. L’idea chiave è contrassegnare diverse istanze di un modello 3D variando i parametri di suddivisione che non cambiano la geometria del modello ma possono essere rilevati come differenze leggibili dalla macchina nella stampa. Di conseguenza, G-ID non aggiunge nulla all’oggetto ma sfrutta i motivi che appaiono come sottoprodotto della divisione, un passaggio essenziale della pipeline di stampa 3D “, afferma l’astratto.
Questo team di ricerca ha effettivamente utilizzato il riempimento di stampa per l’ identificazione . Quando prepari un modello 3D per la stampa, devi prima tagliarlo, ovvero convertire il modello in livelli e un codice G in modo che possa essere stampato. Poiché è possibile modificare i parametri per il taglio “per ogni singola istanza”, il metodo G-ID è in grado di creare trame univoche sulla superficie dell’oggetto, che una telecamera può successivamente rilevare.
Figura 1: gli oggetti stampati in 3D possiedono motivi di superficie dovuti all’angolo del percorso di stampa e allo spessore della traccia stabiliti. G-ID fornisce (a) un’interfaccia utente per tagliare singole istanze dello stesso oggetto con impostazioni diverse e assegnare loro etichette. Dopo (b) la stampa 3D, gli utenti possono (c) identificare ogni istanza utilizzando l’app mobile.
“Poiché il nostro approccio ci consente di avere il controllo su quale istanza stampata è stata modificata con quali impostazioni di slicer, possiamo identificare ciascuna istanza e recuperare le etichette associate precedentemente assegnate dagli utenti”, hanno spiegato.
“Presentiamo l’interfaccia di divisione ed etichettatura G-ID che varia le impostazioni per ogni istanza e l’app mobile G-ID, che utilizza tecniche di elaborazione delle immagini per recuperare i parametri e le etichette associate da una foto dell’oggetto stampato in 3D.”
Figura 2. Interfaccia di etichettatura G-ID.
Il team utilizza un’interfaccia di etichettatura per assegnare un tag univoco a ciascuna istanza di una stampa; ai fini di questo esperimento, hanno usato quaranta coperture chiave, “ognuna con una caratteristica discreta che identifica il suo proprietario”.
“Per assegnare a un copricapo un tag univoco, apriamo l’interfaccia di etichettatura di G-ID (Figura 2) e cariciamo il modello 3D del copri chiave trascinandolo sulla tela. Inseriamo 40 istanze nel riquadro di sinistra dell’interfaccia “, hanno scritto.
Le copertine vengono utilizzate per le chiavi del laboratorio di ricerca e, con il sistema G-ID, è facile e veloce scoprire a chi appartengono le chiavi, se mancano alla fine del semestre. L’app G-ID viene eseguita su un dispositivo mobile per rilevare facilmente il tag di ciascun oggetto.
“Selezioniamo” Telefono cellulare “come impostazione di rilevamento desiderata. G-ID quindi suddivide ogni istanza della copertura dei tasti con un set unico di impostazioni di suddivisione “, hanno spiegato i ricercatori.
“Ora possiamo inserire un’etichetta sotto forma di un testo, un’immagine o un URL accanto all’anteprima di ogni istanza. Dato che vogliamo assegnare a ciascuna chiave il nome di uno dei membri del nostro laboratorio, inseriamo un nome per istanza “.
Infine, una volta selezionato il pulsante “Esporta”, il programma salva il file G-code per ogni istanza, insieme a un file XML che memorizza le informazioni e le etichette per l’oggetto.
Figura 3: app mobile G-ID per l’identificazione: (a) selezionare il modello dalla libreria, (b) affrontare l’oggetto e (c) una volta allineati i contorni, l’app acquisisce automaticamente l’immagine.
“Ora inviamo i codici G alla nostra stampante FDM per ottenere le istanze stampate”, hanno scritto. “Trasferiamo anche il file XML che memorizza le informazioni sull’oggetto sul nostro smartphone per essere successivamente utilizzato per l’identificazione.”
Scelgono il modello corretto da scansionare utilizzando l’app per dispositivi mobili, che mostra una struttura dell’oggetto sullo schermo per facilitare l’allineamento della fotocamera. L’immagine viene acquisita automaticamente e l’app “identifica le caratteristiche nella foto associate ai parametri di suddivisione relativi alla superficie”. Quindi, l’etichetta viene recuperata e mostrata sullo schermo … ta-da, oggetto identificato!
Con i tasti, G-ID utilizzava i parametri di suddivisione che interessavano solo la superficie dell’oggetto, come l’angolo iniziale inferiore e la larghezza, poiché c’erano solo 40 istanze. Ma, per gli scenari che richiedono di più, l’app “può anche rilevare l’interno degli oggetti (riempimento) a scapito dell’aggiunta di una piccola fonte di luce”. Hanno stampato in 3D 300 tazze di caffè da regalare durante la celebrazione annuale del dipartimento e, utilizzando G-ID, i ricercatori hanno assicurato che ogni tazza si riempiva automaticamente con la bevanda preferita dell’utente quando veniva utilizzata con una macchina da caffè intelligente.
Figura 4. Aggiungendo una luce, siamo in grado di rilevare variazioni nel riempimento, come diversi angoli, motivi e densità, che consentono un numero maggiore di istanze. La macchinetta del caffè riconosce il riempimento della tazza e versa la bevanda dell’utente.
“Questa volta G-ID varia anche l’angolo di riempimento dei parametri, il modello di riempimento e la densità di riempimento una volta esaurite le combinazioni di parametri disponibili per la superficie. Mentre gli utenti inseriscono la loro tazza nella macchina da caffè intelligente, la luce integrata rende visibile il riempimento a causa della natura traslucida del normale filamento di stampa 3D PLA “, hanno spiegato. “G-ID scatta una foto, estrae l’angolo di riempimento, il motivo e la densità e, dopo l’identificazione, versa la bevanda preferita dell’utente.”
Chiedo umilmente un invito alla prossima festa del dipartimento in modo da poter vedere questo fantastico esperimento per me stesso.
Spiegarono come venivano usati i parametri di taglio per etichettare le tazze. Per la superficie inferiore, ci sono due parametri che influenzano la direzione del percorso della testina di stampa nel primo strato.
Figura 5. Combinazioni di diverse larghezze e angoli di linea.
“La larghezza iniziale della linea di fondo definisce la larghezza di una singola linea sulla superficie inferiore e quindi la risoluzione risultante. L’angolo iniziale della linea inferiore imposta la direzione durante il disegno delle linee per costruire la superficie “, hanno scritto.
“La distanza della linea di riempimento determina la distanza tra le linee del riempimento e quindi la risoluzione interna. Più spesse sono le linee di riempimento, maggiore è la densità di riempimento. L’angolo di riempimento ruota le linee di riempimento in base alla direzione specificata in gradi. Il modello di riempimento consente diversi layout del percorso di stampa, ad esempio griglia o triangolo. “
Figura 6: Le sezioni trasversali del modello di tazza mostrano (a) diversi angoli e densità di riempimento e (b) diversi schemi di riempimento.