Институт Fraunhofer IGD разработал новый тип программного обеспечения для 3D-печати, которое позволяет использовать материалы в градиентном стиле.

 

 

Концепция градиентных материалов малоизвестна, потому что до сих пор не существовало практических средств их достижения. Но если бы они были возможны, могло бы произойти очень много интересного.

 

Идея градиента материала аналогична цветовому градиенту, который можно увидеть в программе графического дизайна: цвета медленно переходят от одной стороны к другой. В мире материалов это будет означать, что разные типы материалов постепенно переходят из одного объема в другой.

 

Это не то, что вы можете увидеть визуально, так как материалы находятся внутри детали и поэтому не видны. Хотя вы не можете увидеть саму смесь, цель градиента материала не является визуальной; это функционально.

 

Представьте себе деталь, для которой одна часть которой требует жёсткости, а другая - гибкости. Можно определить градиент материала, который разместит жесткий материал там, где требуется прочность, но постепенно уменьшается в направлении гибкой секции за счет увеличения доли гибкого материала.

 

Этот подход мог бы хорошо интегрироваться с системой FEA (Finite Element Analysis - Метод Конечных Элементов), которая могла бы предоставить исходные данные для определения оптимального размещения таких градиентов в данной части.

 

Однако с этой идеей возникла небольшая проблема: на самом деле не было никакого подходящего программного обеспечения, которое могло бы учитывать градиенты материала.

 

Теперь исследователи из Института исследований компьютерной графики им. Фраунгофера разработали новое программное обеспечение, которое они назвали «GraMMaCAD». Они объясняют проблему:

 

«Создание моделей САПР с локально изменяющимися свойствами сегодня является сложной и трудоемкой задачей для дизайнеров, конструкторов и поставщиков услуг 3D-печати.

 

Обычной практикой является либо разделение модели на частичные модели, которым затем назначаются различные материалы, либо использование изображений (текстур) для назначения материалов на этапе подготовки к 3D-печати. Первый метод обычно допускает только дискретные переходы материала, тогда как второй метод должен генерировать градацию как вариант информации о текстуре.

 

Задача состоит в том, чтобы просто и быстро создать непрерывные градиенты материала, которые повторяют геометрию, поскольку они могут быть получены с помощью современных принтеров для работы с несколькими материалами».

Новое программное обеспечение GraMMaCAD способно «интуитивно» обрабатывать градиенты материала на любой модели САПР. Они могут добавлять градиенты материала к поверхностям, телам и основаны на вспомогательной геометрии. Программа GraMMaCAD напрямую работает с распространенными форматами файлов САПР, включая STEP, IGES, SOLIDWORKS и т.д.

Это важный шаг вперед, поскольку он устраняет одно из основных препятствий на пути использования градиентных материалов в 3D-печати. Однако необходимо сделать еще несколько шагов.

 

Во-первых, это программное обеспечение, похоже, обрабатывает только часть уравнения САПР. Для достижения 3D-печати необходимо перевести модель САПР в GCODE, что обычно выполняется с помощью программного обеспечения для нарезки.

 

Насколько известно, не существует общедоступных программных систем для нарезки, которые могли бы обрабатывать градиенты материала. Для этого есть веская причина.

 

Причина в том, что существует очень мало 3D-принтеров, технически способных физически выполнять 3D-печать градиентов.

 

Система PolyJet компании Stratasys может сделать это, поскольку их нанесение жидкой смолы в струйном стиле хорошо известно своей способностью смешивать материалы - именно так они генерируют цветовую схему для своих полноцветных цветных 3D-отпечатков, сертифицированных Pantone, на таких машинах, как новый J55.

 

Более ранние модели Stratasys могли печатать твердые и мягкие материалы в рамках одного задания 3D-печати, но контроль над ними был ограничен, как объясняют во Фраунгофере.

 

Еще одним игроком может быть Mimaki, которая производит аналогичную линейку полноцветных 3D-принтеров. Но опять же, это цветовые вариации, а не обязательно вариации функционального материала. Возможно, таким компаниям, как эта, придется в некоторой степени адаптировать свое оборудование и драйверы программного обеспечения для обработки эффектов градиента.

 

Как только все это будет сделано, мы можем оказаться в мире, где можно 3D-печатать высокотехнологичные изделия с использованием градиентов. Детали, произведенные с использованием этого подхода, будут сильно отличаться от типичных сегодня деталей из мономатериалов, и могут быть даже проще, поскольку для сборки может потребоваться меньшее количество деталей.

 

Источник: https://www.fabbaloo.com/blog/2020/10/15/generating-gradient-material-3d-prints-with-grammaca