Вместе с вычислительным термоформованием изготовление цветных 3D-моделей становится дешевле и быстрее

Представьте, что у вас вдруг появилась возможность наносить краски и фактуры на 3D-модели за считанные секунды, и при этом они остаются такими же аккуратными и нисколько не теряют в качестве. Да, полноцветная 3D-печать существует, правда, вам придется забыть о «считанных секундах». Но время – деньги, и открытие быстрого и недорогого способа создавать сложные, детальные и красочные изделия произвело бы настоящий фурор на производстве.Знакомьтесь: вычислительное термоформование. Пусть в этих словах нет ничего выдающегося, новой технологии, разработанной ETH Zurich и Disney Research Zurich, по силам оказать огромное влияние на все сферы производства, начиная от любителей помастерить и заканчивая производителями промышленной упаковки.

Со слов ETH, вычислительное термоформование – это «умное сочетание» традиционного термоформования и продвинутого программного обеспечения. С его помощью можно быстро создавать несерийные уникальные вещи со сложной разноцветной поверхностью, не требующей постобработки. Кроме того, все оборудование и материалы всегда есть в продаже, что делает эту технологию еще более доступной.

Термоформование 2.0

Термоформование – хорошо известный промышленный метод массового производства разнообразных товаров, начиная от упаковки для пищевых продуктов (упаковка для йогуртов и одноразовые стаканчики) и заканчивая автозапчастями (приборные щитки и пластмассовые поддоны).

Традиционный процесс термоформования представляет собой нагревание пластикового листа до тех пор, пока он не станет пластичным. Потом его надевают на форму, ждут остывания и снимают с формы, получив в итоге изделие, готовое к применению.

Термоформование идеально подходит для массового производства промышленных товаров, однако если его использовать для выпуска небольших партий изделий, начинают проявляться изъяны. «Этот метод не подходит для недорогого производства небольших партий изделий, штучных вещей сложной формы или цветных моделей», - объясняет Кристиан Шуллер, аспирант ETH и создатель метода вычислительного термоформования.

Заблаговременный просчет будущей деформации цветного изображения

Как понятно из названия, для осуществления вычислительного формования требуется компьютерная программа. Шуллер и Ольга Соркин-Хорнунг, профессор из Interactive Geometry Lab, разработали программу, которая формирует изображение на поверхности трехмерной модели, печатает его в полноцветном формате и переносит на плоский лист пластика.Потом цветной пластиковый лист нагревается и аккуратно натягивается поверх гипсовой формы. Вакуумная машина быстро выкачивает воздух между пластиком и формой. Пластик принимает нужные очертания, сохранив при этом цвета и текстуру. В результате получается точная полноцветная копия изначальной трехмерной модели. Чем-то этот метод напоминает изготовление трехмерной высокотехнологичной версии штампа или временной татуировки, однако с постоянным великолепным неповторимым финишным покрытием.

Одна из самых впечатляющих особенностей программы в том, как точно она умеет определять степень будущего искажения двухмерного изображения на объемной форме. «Вместе с деформацией пластика происходит деформация напечатанного изображения. Но наша программа исключительно точно просчитывает все вероятные исходы и подбирает наиболее верный вариант будущего искажения изображения», - говорит Шуллер.Быстрее и дешевле, чем цветная 3D-печать

Шуллер и его команда проверяли работоспособность программы на самых разных объектах, чтобы доказать ее эффективность и универсальность. Среди прочего были китайская маска, модель радиоуправляемой машинки, хлеб и пень.

На примере китайской маски хорошо видно, как цвета и детали переносятся с цифрового 3D-объекта на плоский лист, а потом обретают физическую трехмерную форму. Модели ETH Zurich получаются куда более яркими, чем изготовленные с применением гидрографики, а их поверхность – куда более идеальной и совершенной, чем у моделей, напечатанных на профессиональном цветном 3D-принтере.Пока у этой технологии всего один недостаток: изделия получаются чрезмерно блестящими и яркими, т.е. с ее помощью не получится достоверно сымитировать деревянную, каменную или металлическую поверхность. Зато для изделий с заведомо пластиковой поверхностью это просто находка.

Пусть у этого процесса мало общего с полноцветной 3D-печатью, без обычного аддитивного производства здесь не обошлось. Дело в том, что негативная форма изготавливается на 3D-принтере из PLA. Потом она заполняется термостойким гипсом. Когда гипс встает, PLA расплавляется и удаляется, а гипсовая форма используется для термоформования. В будущем эту форму можно использовать много раз, что значительно экономит время и средства.

ETH Zurich считает, что у вычислительного термоформования огромные перспективы. Этот метод отлично подходит для этапа прототипирования перед масштабным производством. Теперь у архитектурных фирм, разработчиков моделей и 3D-дизайнеров появилась возможность быстро и недорого изготовить полноцветный прототип своего детища. Да, в крупном производстве у вычислительного термоформования нет шансов против традиционных методов производства, зато это отличная альтернатива цветной 3D-печати, когда речь заходит о небольшой партии товаров.Технология была недавно описана ETH Zurich в научном исследовании и будет представлена на конференцииSIGGRAPH летом этого года. Обязательно посмотрите видеоролик Шуллера ниже, чтобы своими глазами увидеть, какие перспективы открывает технология вычислительного термоформования:Источник