Stampa 3D, un progetto europeo studia come misurare l’aspetto dei materiali

Quando si controlla un componente stampato in 3D, l’attenzione viene rivolta soprattutto alle dimensioni, alla precisione geometrica, alla resistenza meccanica, alla porosità e alla rugosità superficiale. Questi parametri permettono di stabilire se il pezzo rispetta le specifiche tecniche, ma non sempre sono sufficienti per descrivere il modo in cui il prodotto viene percepito da una persona.

Un oggetto può risultare corretto dal punto di vista dimensionale e presentare valori di colore o rugosità compatibili con il progetto, ma apparire comunque diverso dal modello previsto. La superficie può sembrare troppo opaca, eccessivamente artificiale, meno uniforme oppure caratterizzata da una traslucenza che cambia con l’illuminazione.

È proprio questa distanza tra misurazione fisica e percezione umana che verrà studiata dal progetto europeo WILD-MAIDN, acronimo di “Why does It Look Different? – Material Appearance International Doctoral Network”.

Il programma riunisce università, centri di ricerca e imprese con l’obiettivo di sviluppare criteri più affidabili per valutare l’aspetto dei materiali e dei componenti prodotti anche attraverso la stampa 3D multimateriale.

Un progetto europeo da 4,79 milioni di euro

WILD-MAIDN è finanziato dall’Unione europea nell’ambito delle Marie Skłodowska-Curie Actions, il programma che sostiene reti internazionali dedicate alla formazione dei dottorandi e alla collaborazione tra ricerca e industria.

La convenzione di finanziamento è stata firmata il 26 giugno 2026. Il progetto dispone di un contributo europeo pari a circa 4,79 milioni di euro e avrà una durata di quattro anni, dal 1° febbraio 2027 al 31 gennaio 2031. Non si tratta quindi della presentazione di risultati già ottenuti, ma dell’avvio di un programma di ricerca che dovrà costruire metodi, dati sperimentali e strumenti utilizzabili in ambito industriale.

Il coordinamento è affidato alla Norwegian University of Science and Technology – NTNU, attraverso le competenze sviluppate nel campo del colore, dell’elaborazione delle immagini e della caratterizzazione visiva dei materiali.

La Justus-Liebig-Universität Gießen – JLU partecipa con un finanziamento di circa 580.000 euro. Il gruppo guidato dal professor Roland W. Fleming, ricercatore nel campo della percezione visiva, studia il modo in cui il cervello interpreta proprietà come lucentezza, trasparenza, elasticità, morbidezza e struttura delle superfici.

Perché colore e rugosità non bastano

La qualità estetica di una superficie non dipende da un solo parametro.

Il colore misurato con uno spettrofotometro può essere quasi identico tra due campioni, ma uno dei due può apparire più profondo, più caldo o più naturale. Una superficie può avere una rugosità media compatibile con le specifiche, ma mostrare riflessi irregolari causati dalla direzione degli strati, dalla geometria locale o dal trattamento successivo alla stampa.

Anche l’illuminazione modifica il giudizio. Un pezzo osservato sotto una luce diffusa può sembrare uniforme, mentre sotto una sorgente luminosa direzionale possono emergere linee di deposizione, cambiamenti di lucentezza o differenze tra materiali che prima risultavano poco visibili.

Nel caso di materiali traslucidi, inoltre, la luce non viene soltanto riflessa dalla superficie. Una parte penetra nel materiale, viene diffusa e torna verso l’osservatore da punti diversi. Il risultato dipende dallo spessore del pezzo, dalla composizione del materiale, dalla presenza di pigmenti e dalla geometria interna.

Per questa ragione non è possibile descrivere completamente l’aspetto di un componente utilizzando soltanto un valore cromatico, una misura di lucentezza o un dato di rugosità.

Il problema diventa più complesso con la stampa 3D multimateriale

La produzione additiva permette di controllare non solo la forma esterna, ma anche la distribuzione dei materiali all’interno dell’oggetto.

Nei sistemi multimateriale si possono combinare zone rigide e flessibili, parti opache e traslucide, differenti colori e proprietà tattili. Alcune tecnologie consentono di modificare la composizione del materiale su scala molto ridotta, costruendo variazioni progressive invece di semplici confini tra un materiale e l’altro.

Questa libertà progettuale apre nuove possibilità per protesi, modelli anatomici, prodotti di design, componenti personalizzati e riproduzioni tridimensionali. Allo stesso tempo rende più difficile stabilire se il risultato stampato corrisponda davvero all’aspetto progettato sullo schermo.

Il modello digitale può infatti descrivere una determinata combinazione di colore, trasparenza e lucentezza, ma il risultato fisico dipende dalla stampante, dai materiali, dall’orientamento del pezzo, dallo spessore delle pareti e dalle operazioni di finitura.

WILD-MAIDN parte da questo problema per cercare di definire nuove metriche di differenza percettiva, vale a dire strumenti capaci di indicare quanto due materiali o due componenti appaiano diversi a un osservatore umano.

Dalla valutazione soggettiva a un controllo ripetibile

Nelle produzioni in cui l’aspetto ha un ruolo importante, il controllo finale viene ancora affidato in molti casi all’occhio di un operatore esperto.

Questa valutazione può essere utile, ma dipende dall’esperienza della persona, dalle condizioni di illuminazione, dall’ambiente circostante e dal tempo dedicato all’osservazione. Due addetti possono esprimere giudizi differenti sullo stesso componente. Anche la stessa persona può cambiare valutazione osservando il pezzo in momenti o condizioni diverse.

Il progetto europeo vuole collegare i giudizi umani alle misure fisiche ottenute con strumenti ottici e sistemi di acquisizione digitale.

Il lavoro dovrebbe comprendere esperimenti di psicofisica, misurazioni della riflessione della luce, analisi della traslucenza, rendering spettrale e studio della riflettanza bidirezionale. Quest’ultima descrive come una superficie riflette la luce in funzione della direzione di illuminazione e del punto di osservazione.

L’obiettivo non è eliminare completamente il giudizio umano, ma tradurlo in modelli utilizzabili da software e sistemi automatici.

Una possibile applicazione potrebbe essere un controllo nel quale il componente viene acquisito sotto differenti angoli e condizioni luminose. Il sistema confronta le misure con il modello di riferimento e restituisce una valutazione basata non soltanto sulla differenza fisica, ma sulla probabilità che quella differenza venga realmente percepita.

Il caso della protesi dentale

Una delle applicazioni più immediate riguarda l’odontoiatria digitale.

Una corona o una protesi può avere una forma corretta e un colore nominalmente compatibile con quello del dente naturale, ma apparire comunque poco convincente. I denti non sono superfici uniformi: presentano variazioni cromatiche, zone più traslucide, differenti livelli di fluorescenza e una diffusione della luce che cambia tra smalto e dentina.

Per ottenere un risultato credibile non è quindi sufficiente selezionare un colore da una scala cromatica. È necessario riprodurre il comportamento ottico complessivo del materiale.

Tra i partner associati di WILD-MAIDN figurano 3Shape TRIOS, conosciuta per gli scanner intraorali e i flussi di lavoro digitali per studi dentistici e laboratori, e VITA Zahnfabrik, azienda specializzata nei materiali dentali, nella determinazione del colore e nelle soluzioni CAD/CAM e per la produzione digitale delle protesi.

La presenza di queste aziende offre al progetto un collegamento con casi reali nei quali colore, traslucenza, superficie e percezione del paziente hanno un peso diretto sulla qualità del prodotto.

La documentazione pubblica non specifica ancora come saranno suddivise le singole attività tra i partner. La composizione del consorzio indica però che l’odontoiatria sarà uno degli ambiti nei quali le nuove metriche potranno essere sperimentate e confrontate con esigenze industriali concrete.

Dal settore dentale al design dei prodotti

Le stesse difficoltà si presentano anche nell’arredamento, nei beni di consumo, negli accessori e nei prodotti personalizzati.

Per un componente tecnico nascosto all’interno di una macchina, una lieve differenza di lucentezza può essere irrilevante. Per una maniglia, una montatura, una lampada o un elemento di arredo, la stessa differenza può determinare l’accettazione o il rifiuto del pezzo.

Nel gruppo dei partner associati compare anche IKEA of Sweden, la società del gruppo IKEA che si occupa dello sviluppo dell’assortimento e del design dei prodotti. La sua presenza mostra l’interesse del progetto per applicazioni che vanno oltre il laboratorio e riguardano oggetti destinati alla produzione e all’utilizzo quotidiano.

Un sistema capace di prevedere la percezione delle superfici potrebbe essere utilizzato già durante la progettazione. Il designer potrebbe confrontare differenti combinazioni di materiale e finitura senza dover produrre una lunga serie di prototipi fisici.

Potrebbe inoltre diventare più semplice trasferire la produzione da un impianto a un altro. Due macchine o due materiali diversi potrebbero essere considerati equivalenti non perché generano valori strumentali identici, ma perché producono risultati che l’osservatore percepisce come sufficientemente simili.

Appearance Gamut Mapping: adattare il progetto alle possibilità della macchina

Un altro concetto inserito nel programma WILD-MAIDN è l’Appearance Gamut Mapping.

Il termine può essere spiegato facendo un confronto con la stampa fotografica. Un monitor può visualizzare colori che una stampante non è in grado di riprodurre. Il software deve quindi adattare l’immagine allo spazio cromatico disponibile, cercando di conservare il più possibile l’aspetto originale.

Nella stampa 3D il problema è più ampio, perché non riguarda soltanto il colore. La macchina può avere limiti nella riproduzione della lucentezza, della traslucenza, della texture e della morbidezza.

Un sistema di Appearance Gamut Mapping dovrebbe modificare il progetto digitale in funzione delle capacità della stampante e dei materiali disponibili, cercando la combinazione fisicamente realizzabile che venga percepita come più vicina all’obiettivo.

Questo approccio potrebbe aiutare a compensare le differenze tra tecnologie additive, lotti di materiale e processi di post-produzione.

Il possibile collegamento con l’intelligenza artificiale generativa

Le metriche studiate da WILD-MAIDN potrebbero avere un ruolo anche nei sistemi di intelligenza artificiale utilizzati per generare o ottimizzare prodotti.

Per addestrare un modello è necessario disporre di una funzione che misuri l’errore tra il risultato prodotto e quello desiderato. Se questa funzione considera soltanto la geometria o il colore medio, l’algoritmo può generare un oggetto tecnicamente corretto ma visivamente poco convincente.

Il progetto intende sviluppare funzioni matematiche capaci di rappresentare meglio la percezione umana. In questo modo un sistema generativo potrebbe essere addestrato non soltanto a produrre una determinata forma, ma anche a scegliere materiali, distribuzioni interne e finiture che portino all’aspetto richiesto.

La Commissione europea indica infatti tra gli obiettivi di WILD-MAIDN la creazione di strumenti per una progettazione automatizzata guidata dalla percezione e per future applicazioni dell’intelligenza artificiale generativa.

Un consorzio tra percezione, materiali, colore e produzione

Oltre alla NTNU, i beneficiari del progetto comprendono:

• Fraunhofer-Gesellschaft;
• Technical University of Denmark – DTU;
• University of Leeds;
• Linköping University;
• Justus-Liebig-Universität Gießen;
• Universidad de Granada;
• Conservatoire National des Arts et Métiers – CNAM.

I partner associati sono United Visual Researchers, Fogra Forschungsinstitut für Medientechnologien, 3Shape TRIOS, VITA Zahnfabrik, Verus Digital, Mihaly e IKEA of Sweden.

Le competenze presenti coprono la percezione visiva, la scienza del colore, l’ottica, la produzione additiva, il design, l’odontoiatria digitale e l’acquisizione tridimensionale.

Fogra, per esempio, lavora sulla valutazione colorimetrica e sulla qualità delle immagini e delle superfici stampate. L’istituto ha già sviluppato metodi per confrontare l’aspetto dei colori e per analizzare materiali caratterizzati da riflessi metallici, lucentezza e comportamento dipendente dall’angolo di osservazione.

Verus Digital opera invece nella digitalizzazione automatizzata di oggetti tridimensionali e ha sviluppato, insieme a Fraunhofer IGD, sistemi per acquisire geometria e aspetto di manufatti realizzati con materiali differenti.

Questa combinazione di soggetti può permettere al progetto di affrontare l’intero percorso: produzione dei campioni, misurazione ottica, valutazione umana, costruzione dei modelli matematici e verifica in applicazioni industriali.

Cosa potrebbe cambiare per la produzione additiva

La stampa 3D industriale ha raggiunto un buon livello di controllo della forma e delle proprietà meccaniche, ma la ripetibilità estetica rimane più difficile da definire.

Un componente può essere conforme al file CAD e, allo stesso tempo, non soddisfare le aspettative del cliente. Questo problema assume un peso crescente con l’ingresso della produzione additiva nei prodotti finiti, dove il pezzo non deve soltanto funzionare, ma deve anche apparire corretto e coerente con gli altri componenti.

Metriche condivise potrebbero rendere più chiari i rapporti tra progettisti, produttori di materiali, service di stampa e clienti. Le specifiche potrebbero indicare non soltanto un codice colore o un valore di rugosità, ma anche una soglia di differenza percettiva ammessa.

La stessa impostazione potrebbe aiutare a ridurre gli scarti. Un pezzo non verrebbe rifiutato per una differenza strumentale invisibile all’occhio umano, mentre potrebbero essere individuate anomalie percettivamente evidenti che sfuggono ai controlli tradizionali.

WILD-MAIDN dovrà dimostrare che concetti complessi come naturalezza, uniformità, trasparenza e somiglianza possono essere trasformati in misure ripetibili. I risultati non saranno immediati: il programma entrerà nella fase operativa nel 2027 e proseguirà fino al 2031.

La questione affrontata è però concreta. Man mano che la stampa 3D passa dalla prototipazione alla produzione di oggetti destinati all’utilizzatore finale, la qualità non può più essere descritta soltanto con tolleranze dimensionali e prove meccaniche. Anche il modo in cui il materiale appare, riflette la luce e viene percepito diventa parte della specifica del prodotto.