SIGGRAPH 2019 открывает новые возможности для 3D-печати
Конференция SIGGRAPH2019, крупнейшее событие в мире CG/VFX, которое состоится в конце июля—начале августа, пройдет под лозунгом не иначе как "Время перемен". Об этом свидетельствует огромное количество анонсов заявленных выступлений с весьма резонансными темами. Не останутся в стороне компании, развивающие софт для 3D-печати. Так исследователи из Inria Nancy-Grand Est представят доступные для всех обладателей FDM-принтеров новые методы бесступенчатой печати округлых предметов, создания форм со сложным рисунком и печати метаматериалов на основе "звездной" метрики.
Как считают исследователи, мы находимся всего в нескольких шагах от революции в сфере 3D-печати, когда мы сможем печатать объекты любой формы и свойств, которые нам нужны. Уже в конце июля мы продвинемся еще на три шага ближе, когда ученые из Inria Nancy-Grand Est представят свои новые результаты.
Создание форм со сложным рисунком
Проблема воссоздания в цифровом виде неровностей коры деревьев, песка или эрозии поверхности таким образом, чтобы они выглядели естественными, известна давно. Никто не мешает нарисовать уникальную текстуру вручную. Но зачем тратить трудочасы, если используя новый алгоритм процедурного векторного расшумления (Procedural Phasor Noise), разработанного командой исследователей Inria под руководством Сильвена Лефевра (Sylvain Lefebvre), можно добиться впечатляющих результатов создания неповторимых паттернов на лету? В основе алгоритма лежит все та же математическая волновая модель, но за счет добавления функций управления фазой и амплитудой волны, а также степени ее шума, добиваются изменения ориентации и чередования строк, позволяющих создать произвольный рисунок. На практике, отмечают исследователи, это поможет печатать объекты с заданными свойствами.
Бесступенчатая печать округлых предметов
Однако больше всего порадует любителей разработка, имеющая практическое направление, а именно уменьшение размера ступенек между соседними слоями при FDM-печати, и как следствие устранение необходимости шкурения поверхности. Исследователи реализовали алгоритм, который позволяет перемещать печатающую головку в вертикальной плоскости, учитывая криволинейность предмета и минимальную и максимальную толщину наплавления в местах перехода. И хотя во многих моделях принтера возможность вертикальной печати имеется, на практике она редко применяется из-за риска повреждения объекта. Новый алгоритм способен выдавать серию инструкций, непрерывно регулирующих высоту (z) сопла и количество пластика, наплавляемого в каждой точке, что позволяет формировать изогнутые слои различной толщины.
Звездный паттерн для печати метаматериалов
3D-печать позволяет ученым создавать метаматериалы, то есть материалы, свойства которых могут регулироваться в рамках одной детали. Метаматериалы, как правило, получают путем воспроизведения базовой структуры (паттерна) 3D-печатной детали. Характеристики детали, в том числе ее способность складываться или разворачиваться, например, будет зависеть от свойств базового паттерна. Деталь, содержащая один единственный паттерн, будет демонстрировать однородное «среднее» поведение.
Трудности возникают, когда необходимо получить изменение характеристик внутри одной детали, т.е. использовать ряд различных паттернов. Сложность в том, что не всегда легко создать переход от одного к другому. Граница паттерна 1 может не соответствовать границе паттерна 2, что может привести к расслоению структуры или даже к разрыву детали. Обойти данную проблему помогла тесселяция или замещение плоскости, сформированной набором равномерно разнесенных точек, с помощью ячеек сетки вокруг этих точек (диаграмма Вороного). Вместо использования «классического» паттерна, в результате которого ячейки сетки получают правильную форму (шестиугольники, квадраты и т. д.), использовался тип связей типа "звезда". Он позволяет получать ячейки с изменяемой геометрией и, следовательно, широким спектром физических свойств, в дополнение к более плавному переходу между паттернами.
Как видно, предложенные методы могут иметь далеко идущие последствия для 3D-печати и моделирования. Впрочем, профит смогут получить и дизайнеры одежды и обуви. Разработчики планируют опубликовать программное обеспечение в открытом доступе, и любой желающий сможет создать собственные метаматериалы или разработать инновационные продукты.