3D打印技術(shù)新突破！可以精準(zhǔn)打印多種顏色了

(Maker Faire 2015深圳活動上演示的3D打印效果，顏色比較單一)

但凡使用過3d打印機(jī)的人都意識到一個(gè)不可忽視的問題：顏色。3D打印技術(shù)可以完美地打印任何形狀的復(fù)制品,但對于原件的顏色，就顯得有些無能為力了。

近期，德國弗勞恩霍夫計(jì)算機(jī)圖形研究所的Alan Brunton及其朋友們的工作有望改變這一現(xiàn)狀，他們找到了如何在3D打印過程中加入精確顏色方案的方法，這在3D打印技術(shù)領(lǐng)域尚屬首次。

一般來說，3D打印的物體是由一層層的定影粉或壓縮塑料組成，現(xiàn)有的方法都不能對目標(biāo)顏色進(jìn)行有效的控制。因此想要在顏色方面取得突破，必須另尋他法。傳統(tǒng)的2D打印機(jī)制成的圖像是由像素構(gòu)成，如果3D打印物體由體素構(gòu)成，是不是就能解決顏色問題了?

大約在一年之前，市場中就有由體素構(gòu)成的3D打印物。這些3D物品由多個(gè)噴墨打印機(jī)一點(diǎn)一滴制成，在紫外線的照射下這些液滴可以瞬間固化。如果將每一滴液體看做是一個(gè)體素，那是不是就有可能對顏色進(jìn)行準(zhǔn)確控制呢?這就是Brunton擬采取的方案，眾所周知，動手總比動嘴皮子難的多，在實(shí)際操作過程中，Brunton面臨著不少的難關(guān)：

首先，在3D打印之前(掃描)及打印過程中，需要面臨龐大的數(shù)據(jù)量及數(shù)學(xué)運(yùn)算。從噴墨打印機(jī)中噴出的液滴很小，一立方厘米的范圍內(nèi)就能容納1800萬個(gè)。因此任意一個(gè)差不多的對象都由數(shù)百億個(gè)體素單元組成，且每個(gè)體素對最終目標(biāo)顏色的影響也將計(jì)算在內(nèi)。

其次，這些微小的液滴必須具備一定的透明度，如此紫外線才能透過液滴從而將其固化。這對目標(biāo)物體的視覺外觀具有顯著地影響，因?yàn)楣饩€在穿過體素的過程中會出現(xiàn)光的散射、折射等現(xiàn)象。這也就意味著，液滴的顏色必須綜合考慮光線的散射作用，這極大地增加了顏色方案計(jì)算的難度和強(qiáng)度。

最后還有一點(diǎn)：在2D打印過程中，可以在一幅圖像中的任一點(diǎn)使用多達(dá)3種不同的顏色;但是在3D打印中，每個(gè)液滴只能是一種單一的材料，因此顏色的選擇范圍被大大地制約了。

然而，Brunton借鑒數(shù)十年的2D印刷以及一般彩色成像技術(shù)，已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展。他們的方法結(jié)合了兩種不同的技術(shù)：第一種是被稱為半色調(diào)的二維打印技術(shù)，可以近似地看成一種三維技術(shù)，這種技術(shù)是利用不同大小和間距的點(diǎn)替代連續(xù)的色調(diào)和顏色。第二種是計(jì)算物體表面顏色的方法，該算法需綜合考慮光線透過體素時(shí)將發(fā)生散射等現(xiàn)象。

結(jié)果是那么地令人印象深刻。上圖中只有三個(gè)蘋果和拇指是真實(shí)的，其余都是Brunton利用新方法打印的復(fù)制品，小編已經(jīng)傻傻分不清楚了。

Brunton表示，隨著材料科學(xué)的發(fā)展以及更高分辨率打印機(jī)的出現(xiàn)，3D打印效果還會更好。在所有的這些方面，其團(tuán)隊(duì)提出的算法還將接受檢驗(yàn)。相對而言，透明度更低的油墨及分辨率更高的打印機(jī)更易實(shí)現(xiàn)。

將來，還要高度重視半透明、不透明油墨的混合使用，因?yàn)楹芏嗌锊牧暇哂邪胪该鞯奶匦?，譬如皮膚。

這是一個(gè)非常有趣的研究工作，將翻開3D打印的新篇章。相信不久之后，現(xiàn)今流行的打印設(shè)備就會淘汰。