體素化3D打印正在通過Fraunhofer、哈佛、麻省理工等研究機(jī)構(gòu)以及Stratasys等企業(yè)全面發(fā)力。

視頻：體素化3D打印

 商業(yè)化的彩色3D打印

      2017年，Stratasys率先推出了體素化的3D打印解決方案，其Polyjet系列的J750將多材料和高精度多色彩3D打印推向了一個(gè)全新的水平。隨后惠普宣布將在2018年推出全彩3D打印系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)體素級(jí)別的分辨精度，從而實(shí)現(xiàn)快速制造。其他方面包括XYZ Printing的da Vinci彩色3D打印以及Mcor都紛紛達(dá)到了前所未有的色彩分辨率水平。

商業(yè)化方面，Stratasys GrabCAD Voxel Print允許在體素級(jí)別操作這些材料濃度、結(jié)構(gòu)和顏色映射，這意味著用戶可以創(chuàng)建新的數(shù)字材料來滿足他們的需求。這些可以包括先前的結(jié)構(gòu)、顏色漸變、內(nèi)部屬性和紋理，這在以前是不可能的。GrabCAD Voxel Print的用戶可以使用他們自己的模型層切片器工具來逐個(gè)分配體素級(jí)別的屬性，允許他們從邊界表示到體積建模。然后軟件生成一個(gè)GrabCAD Voxel文件，可以直接加載到GrabCAD，然后在J750上3D打印。

 Fraunhofer

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，2015年，來自德國Fraunhofer計(jì)算機(jī)圖形研究所的研究人員Alan Brunton及其同事發(fā)表了一篇題為《推進(jìn)3D彩色打印的邊界：誤差擴(kuò)散與半透明材質(zhì)（Pushing the Limits of 3-D Color Printing: Error Diffusion with Translucent Materials）》的論文，描述了一種能夠生成高度清晰和相當(dāng)準(zhǔn)確的彩色3D打印對(duì)象的算法過程，根據(jù)這種算法3D打印出來的對(duì)象相當(dāng)?shù)谋普妗?/span>

研究人員充分利用了幾十年來學(xué)術(shù)界對(duì)于彩色成像、色彩管理和2D彩色打印的知識(shí)成果，以最大限度地提高質(zhì)量和充分挖掘高分辨率多材料3D打印機(jī)的功能，并將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。他們的研究專注于“體素化”的噴墨三維打印。類似于二維圖片的像素由一個(gè)點(diǎn)所蘊(yùn)含的顏色來計(jì)算，可以將其理解為由單個(gè)噴墨液滴來表示的一個(gè)3D像素。對(duì)于噴墨技術(shù)來說，全彩3D打印的難度在于，就算只有1立方厘米大小的一個(gè)3D打印對(duì)象，也包括了大約1800萬滴的樹脂。所以對(duì)于控制算法來說，這是一個(gè)非常巨大的體素?cái)?shù)量，因此對(duì)于大多數(shù)彩色噴墨的3D打印來說，它們的色彩精度并不是最佳的。

Fraunhofer這項(xiàng)研究專注于“體素化”的噴墨三維打印。類似于二維圖片的像素由一個(gè)點(diǎn)所蘊(yùn)含的顏色來計(jì)算，可以將其理解為由單個(gè)噴墨液滴來表示的一個(gè)3D像素。可以理解為這些研究人員創(chuàng)造的這種算法能夠使一臺(tái)3D打印機(jī)直接使用一種分層半色調(diào)方法控制每個(gè)體素的顏色和材質(zhì)。所謂的半色調(diào)，是利用網(wǎng)點(diǎn)來模型一個(gè)對(duì)象的連續(xù)色調(diào)變化。

 哈佛

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，2018年哈佛大學(xué)Wyss實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院多媒體實(shí)驗(yàn)室的研究人員通過一種新的方法，實(shí)現(xiàn)了一小時(shí)的時(shí)間內(nèi)打印出高精度的人類大腦模型。

核磁共振和CT掃描等醫(yī)學(xué)成像技術(shù)可以產(chǎn)生一系列高分辨率的平面化的位圖圖像，通過這些圖像可以獲得如何來建立三維建模的信息。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的建模方法仍存在耗費(fèi)時(shí)間長、過程繁瑣，分辨率低等問題。

半色調(diào)又稱灰度級(jí)，它是反映圖像亮度層次、黑白對(duì)比變化的技術(shù)指標(biāo)。這種半色調(diào)的方法被哈佛大學(xué)Wyss研究所James Weaver采用，從而使得核磁共振和CT掃描的圖像更容易、更快速地被3D打印設(shè)備讀取。半色調(diào)的方式能夠支持3D打印機(jī)使用兩種不同的材料打印復(fù)雜的醫(yī)學(xué)圖像，形成一種易于3D打印的格式，以便于能夠更好地表達(dá)原始掃描數(shù)據(jù)所記錄的所有細(xì)節(jié)。

研究人員使用基于半色調(diào)的3D打印方法來創(chuàng)建大腦和腫瘤模型，該模型忠實(shí)地保存了原始MRI數(shù)據(jù)中存在的所有細(xì)節(jié)層次，幾乎與人眼可區(qū)分的分辨率相同。使用這種相同的方法，還能夠使用瓣膜組織的不同材料與瓣膜內(nèi)形成的鈣沉積物相對(duì)應(yīng)地打印出人體心臟瓣膜的可變剛度模型，從而產(chǎn)生表現(xiàn)出機(jī)械性能梯度的模型，方便醫(yī)生深入了解鈣沉積對(duì)瓣膜功能的實(shí)際影響。

 MIT

與哈佛大學(xué)Wyss實(shí)驗(yàn)室的合作研究下，麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的Mediated Matter小組發(fā)明了新的3D打印方法，無論其復(fù)雜程度如何，其顏色和形狀與照片一樣詳細(xì)。這相當(dāng)于傳統(tǒng)二維的CMYK打印，但通過3D打印實(shí)現(xiàn)，結(jié)果令人驚嘆

到目前為止，我們很難通過3D打印來顯示某些類型的數(shù)據(jù)模型，例如大腦或星際塵埃云中的相互連接的神經(jīng)元組織，這些圖片具有許多分散的結(jié)構(gòu)，漂浮在空間中而不與其他結(jié)構(gòu)連接。這對(duì)3D打印造成了一個(gè)問題：3D打印的對(duì)象通常需要連接所有部件 – 如此復(fù)雜的對(duì)象與奇怪的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幾乎無法通過3D打印制作出來，麻省理工的媒體實(shí)驗(yàn)室開辟出解決方法。

麻省理工的媒體實(shí)驗(yàn)室在2018年5月《Science Advances》（科學(xué)進(jìn)展）上發(fā)表的一篇論文描述了這種方法。這些浮點(diǎn)被捕獲在透明材料內(nèi)部，稱為體素。每個(gè)小點(diǎn)都分配了三個(gè)坐標(biāo)（X，Y和Z），這些坐標(biāo)將點(diǎn)放置在三維空間中。該過程類似于傳統(tǒng)的2D彩色打印。但不是在一張紙上打印，而是在空間中記錄了每個(gè)點(diǎn)的位置。這樣3D打印出來的模型，就像展示侏羅紀(jì)的臭蟲如何被困在琥珀中一樣栩栩如生.

(責(zé)任編輯：admin)

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