Sovralimentazione della stampa 3D volumetrica

Sovralimentazione della stampa 3D volumetrica

Una nuova ricerca mostra un metodo per semplificare notevolmente le future stampanti 3D volumetriche.

Stampa 3D volumetrica
Potresti non avere familiarità con il termine ” stampa 3D volumetrica “. È una nuova forma di stampa 3D che utilizza la resina fotopolimerica come fanno molte stampanti 3D attuali, ma in un modo abbastanza diverso.

Il concetto è essenzialmente il contrario di una TAC. Una scansione TC spara raggi X attraverso un paziente da diverse angolazioni. Queste immagini successive vengono quindi compilate in un modello 3D. Nella stampa 3D volumetrica iniziamo con il modello 3D e generiamo computazionalmente i modelli di luce che si potrebbero ottenere durante la scansione TC.

Questi modelli di luce vengono sparati in una vasca cilindrica trasparente, rotante di resina fotopolimerica, dove l’oggetto si forma gradualmente mentre la resina si solidifica. Si noti che la vasca gira a una velocità costante e le proiezioni si spostano rapidamente da una vista 2D a un’altra così rapidamente che si tratta essenzialmente di un processo di costruzione 3D continuo. Non è un processo a strati; è oltre.

 
Il vantaggio della stampa 3D volumetrica è che le strutture possono formarsi molto più rapidamente. Invece di aspettare, ad esempio, che un laser tracci noiosamente tutte le parti solide dell’oggetto, un approccio volumetrico più o meno forma l’oggetto in 3D contemporaneamente. In teoria puoi stampare oggetti in 3D molto più rapidamente, forse fino a 100 volte più velocemente.

Sfide della stampa 3D volumetrica
Ci sono alcuni problemi con la stampa 3D volumetrica, come il vincolo di utilizzare la resina trasparente, ma ce n’è un altro che rende le stampanti 3D volumetriche più costose.

Ha a che fare con le proiezioni di luce. Questi devono passare attraverso la superficie trasparente della camera di costruzione per raggiungere i punti desiderati nello spazio 3D all’interno della resina. Tuttavia, la superficie curva della vasca distorce la proiezione.

Questo è un problema, perché modelli di luce distorti solidificherebbero il materiale nei posti sbagliati, portando a una stampa 3D fallita.

Per correggere questa distorsione, le stampanti 3D volumetriche hanno dovuto impiegare fantasiosi sistemi ottici che tengono conto della distorsione prima di proiettarsi nella camera di costruzione. Ciò consente la corretta solidificazione.

A volte questa correzione è fornita da un “fluido corrispondente all’indice” che circonda la camera di costruzione o da un sistema di lenti ottiche.

Correzione della distorsione dei raggi
Dose della griglia del disco target per la stampa 3D volumetrica corretta dal punto di vista computazionale [Fonte: OSA]


Ora gli scienziati canadesi hanno sviluppato un approccio per evitare del tutto questo problema.

Il loro approccio consiste nel correggere computazionalmente le proiezioni prima che si verifichi la proiezione. In altre parole, distorcono ogni fotogramma di proiezione 2D in modo da tenere conto della distorsione della vasca.

Perché questo è importante? La risposta è semplice: significa che non devi avere un sistema ottico di fantasia nella stampante 3D volumetrica.

Utilizzando questo approccio, le stampanti 3D volumetriche sarebbero corrispondentemente meno costose da costruire perché il prezzo dell’ottica di precisione è piuttosto alto. Questa ricerca ha appena eliminato un intero componente precedentemente richiesto dalle stampanti 3D volumetriche.

C’è una matematica complessa coinvolta in questa correzione computazionale, ma non è diversa dal ray-tracing che viene comunemente eseguito per il rendering 3D.


I ricercatori sono stati in grado di implementare una dimostrazione del loro approccio utilizzando una configurazione di proiezione e hanno stampato con successo in 3D diversi oggetti, incluso lo Stanford Bunny.

Sulla base di tale dimostrazione, è probabile che questa tecnologia si farà strada nei progetti di stampanti 3D volumetriche esistenti o in progetti completamente nuovi che devono ancora emergere.

In ogni caso, è probabile che nel prossimo futuro assisteremo a una stampa 3D volumetrica molto rapida e a costi inferiori.

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