Résoudre le dernier grand défi de l'impression 3D : imprimer en couleur

L'impression 3D est à l'origine d'une énorme révolution dans le monde du design et de la technologie. Ce faisant, cela change notre façon de penser la conception, le prototypage et la fabrication d'à peu près tout.

Mais quiconque a joué avec une imprimante 3D sera conscient d'un problème important. Ce gorille de 800 livres est le problème de la couleur. Les impressions 3D peuvent être de magnifiques copies de plus ou moins n'importe quelle forme. Mais en termes de couleur, ce ne sont que des ombres des originaux.

Aujourd'hui, cela semble sur le point de changer grâce au travail d'Alan Brunton et de ses amis de l'Institut Fraunhofer de recherche en infographie en Allemagne, qui ont découvert pour la première fois comment produire des couleurs précises dans une impression 3D. Leur travail promet d'amener l'impression 3D à un tout autre niveau.

La nouvelle approche tire parti d'une manière relativement nouvelle de réaliser des impressions 3D. En général, ces objets sont fabriqués une couche à la fois en fondant de la poudre ou en déposant du plastique extrudé. Aucune approche ne donne autre chose qu'un contrôle rudimentaire sur la couleur d'un objet.

Ce qu'il faut à la place, c'est un moyen de créer des objets de la même manière que les imprimantes 2D créent des images, pixel par pixel. En d'autres termes, cela nécessite de déposer des impressions 3D, non pas en couches, mais voxel par voxel.

Au cours de la dernière année environ, c'est exactement cette technologie qui est arrivée sur le marché. Il fonctionne à l'aide de plusieurs jets d'encre qui déposent un objet, goutte à goutte. Ces gouttelettes sont instantanément durcies par la lumière UV pour former un solide.

Cela permet immédiatement la possibilité d'un contrôle beaucoup plus précis de la couleur, puisque chaque gouttelette peut être considérée comme un voxel. C'est l'approche que Brunton et ses amis ont adoptée, mais c'est plus facile à dire qu'à faire pour un certain nombre de raisons.

Le premier est le volume considérable de données et de calculs nécessaires à la création d'un objet 3D couleur virtuel, avant même le début de l'impression. Les gouttelettes des jets d'encre sont minuscules - il y en a environ 18 millions dans un centimètre cube solide. Ainsi, tout objet de taille décente doit être composé de dizaines de milliards de voxels et l'impact que chacun a sur la couleur finale doit être calculé.

La seconde est que les gouttelettes sont translucides car la lumière UV doit pouvoir les traverser pour les durcir. Cela a un impact significatif sur leur aspect visuel puisque la lumière finit par traverser plusieurs couches de voxels, se diffusant en cours de route.

Cela signifie que la couleur des gouttelettes doit être soigneusement contrôlée à une profondeur de plusieurs voxels dans tout l'objet. Et cela augmente considérablement la complexité des algorithmes nécessaires pour calculer leurs couleurs requises.

Le dernier défi vient de la nature de l'impression 3D. En impression 2D, il est possible de combiner jusqu'à trois encres différentes à n'importe quel endroit d'une image. Dans une impression 3D, chaque gouttelette doit être constituée d'un seul matériau, ce qui impose des contraintes importantes sur ce qui est possible en termes de couleurs.

Néanmoins, Brunto et co ont fait des progrès significatifs en mettant à profit les nombreuses décennies de recherche qui ont été faites sur la gestion des couleurs pour l'impression 2D et pour l'imagerie couleur en général.

Leur approche consiste à combiner deux techniques. Le premier est l'équivalent 3D d'une technique d'impression 2D appelée demi-teinte. C'est là que l'ombre et la couleur continues sont remplacées par un agencement de points de tailles et d'espacements différents. La seconde est une façon de calculer la couleur d'une surface compte tenu de la façon dont la lumière a été diffusée pour plusieurs couches de voxels en dessous.

Et les résultats semblent impressionnants. Dans les images ci-dessus, trois pommes et le pouce sont réels. Les autres sont des impressions 3D, mais il n'est pas facile de les distinguer.

Et Brunton et co affirment que les résultats devraient s'améliorer dans un proche avenir à mesure que les scientifiques des matériaux développent des matériaux d'impression moins translucides et que les imprimantes deviennent de résolution encore plus élevée. À ces deux égards, les algorithmes de l'équipe sont à l'épreuve du temps. Les encres moins translucides devraient être plus faciles à manipuler et la résolution plus élevée devrait également être gérable.

La possibilité de combiner des encres translucides et opaques devrait même permettre de reproduire l'aspect de surface de nombreux matériaux biologiques également semi-translucides, comme la peau.

C'est un travail passionnant. Il inaugurera une nouvelle génération d'applications d'impression. Et cela rendra la génération actuelle d'imprimantes complètement démodée dans quelques années seulement.

Réf : arxiv.org/abs/1506.02400 : Repousser les limites de l'impression couleur 3D : diffusion d'erreurs avec des matériaux translucides

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