Resolviendo el último gran desafío de la impresión en 3D: la impresión en color

La impresión 3D está impulsando una gran revolución en el mundo del diseño y la tecnología. En el proceso, está cambiando la forma en que pensamos sobre el diseño, la creación de prototipos y la fabricación de casi todo.

Pero cualquiera que haya jugado con una impresora 3-D se dará cuenta de un problema importante. Este gorila de 800 libras es el tema del color. Las impresiones en 3D pueden ser magníficas copias de más o menos cualquier forma. Pero en cuanto al color, son meras sombras de los originales.

Hoy, parece que eso va a cambiar gracias al trabajo de Alan Brunton y sus amigos del Instituto Fraunhofer de Investigación de Gráficos por Computadora en Alemania, quienes descubrieron por primera vez cómo producir colores precisos en una impresión 3D. Su trabajo promete llevar la impresión 3D a un nivel completamente nuevo.

El nuevo enfoque aprovecha una forma relativamente nueva de hacer impresiones en 3D. En general, estos objetos se fabrican una capa a la vez mediante la fusión de polvo o la colocación de plástico extruido. Ninguno de los enfoques ofrece nada más que un control rudimentario sobre el color de un objeto.

En cambio, lo que se necesita es una forma de crear objetos de la misma manera que las impresoras 2D crean imágenes, píxel por píxel. En otras palabras, esto requiere que se coloquen impresiones en 3D, no en capas, sino vóxel por vóxel.

En el último año más o menos, exactamente esta tecnología ha llegado al mercado. Funciona con una serie de chorros de tinta que depositan un objeto, gota a gota. Estas gotas se curan instantáneamente con luz ultravioleta para formar un sólido.

Eso permite inmediatamente la posibilidad de un control del color mucho más preciso, ya que cada gota puede considerarse como un vóxel. Este es el enfoque que adoptaron Brunton y sus amigos, pero es más fácil decirlo que hacerlo por varias razones.

El primero es el gran volumen de datos y procesamiento de números involucrados en la creación de un objeto virtual en 3D en color, incluso antes de que comience la impresión. Las gotas de los chorros de tinta son diminutas: hay unos 18 millones en un centímetro cúbico sólido. Entonces, cualquier objeto de tamaño decente debe estar compuesto por decenas de miles de millones de vóxeles y se debe calcular el impacto que cada uno tiene en el color final.

La segunda es que las gotas son translúcidas porque la luz ultravioleta debe poder atravesarlas para curarlas. Esto tiene un impacto significativo en su apariencia visual, ya que la luz termina atravesando varias capas de vóxeles, dispersándose en el camino.

Eso significa que el color de las gotas debe controlarse cuidadosamente a una profundidad de varios vóxeles en todo el objeto. Y esto aumenta drásticamente la complejidad de los algoritmos necesarios para calcular los colores requeridos.

El desafío final proviene de la naturaleza de la impresión 3D. En la impresión 2D, es posible combinar hasta tres tintas diferentes en cualquier punto de una imagen. En una impresión 3D, cada gota debe ser de un solo material y eso impone restricciones importantes sobre lo que es posible en cuanto al color.

Sin embargo, Brunto y compañía han logrado avances significativos al aplicar las muchas décadas de investigación que se han realizado sobre la gestión del color para la impresión 2D y para la creación de imágenes en color en general.

Su enfoque es combinar dos técnicas. El primero es el equivalente en 3D de una técnica de impresión en 2D llamada medios tonos. Aquí es donde la sombra y el color continuos se reemplazan por una disposición de puntos de diferentes tamaños y espacios. La segunda es una forma de calcular el color de una superficie dada la forma en que la luz se ha dispersado por varias capas de vóxeles debajo.

Y los resultados parecen impresionantes. En las imágenes de arriba, tres manzanas y el pulgar son reales. El resto son impresiones en 3D, pero no es tarea fácil diferenciarlas.

Y Brunton y compañía dicen que los resultados deberían mejorar en un futuro cercano a medida que los científicos de materiales desarrollen materiales de impresión menos translúcidos y que las impresoras adquieran una resolución aún mayor. En ambos aspectos, los algoritmos del equipo están preparados para el futuro. Las tintas menos translúcidas deberían ser más fáciles de manejar y la resolución más alta también debería ser manejable.

La capacidad de combinar tintas translúcidas y opacas debería permitir incluso reproducir la apariencia de la superficie de muchos materiales biológicos que también son semitranslúcidos, como la piel.

Es un trabajo fascinante. Marcará el comienzo de una nueva generación de aplicaciones de impresión. Y hará que la generación actual de impresoras se vea totalmente anticuada en unos pocos años.

Ref: arxiv.org/abs/1506.02400 : Ampliando los límites de la impresión en color 3D: difusión de errores con materiales translúcidos

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