Uno sistema per visualizzare gli oggetti stampati in 3D

I ricercatori del MIT, insieme ad altre istituzioni, hanno sviluppato uno strumento di anteprima degli oggetti stampati in 3D facile che mostra agli utenti l’aspetto estetico e consente prototipi rapidi.

Gli ingegneri del MIT, in collaborazione con altre istituzioni, hanno sviluppato uno strumento di anteprima degli oggetti stampati in 3D facile e intuitivo, che mostra agli utenti l’aspetto estetico, ideale per la prototipizzazione rapida.

La stampa 3D è molto usata per prototipare una vasta gamma di oggetti funzionali, ma le anteprime di stampa si concentrano sulla funzionalità piuttosto che sull’estetica. Un oggetto stampato potrebbe quindi risultare diverso da quello previsto dall’utente in termini di colore, texture o sfumature, con conseguente necessità di ristampe multiple che sprecano tempo, fatica e materiale.

Lo strumento sviluppato dal MIT privilegia l’aspetto estetico: gli utenti caricano uno screenshot dell’oggetto dal proprio software di stampa 3D, insieme a una singola immagine del materiale di stampa e il sistema genera automaticamente un rendering di come probabilmente apparirà l’oggetto realizzato.

Basato sull’intelligenza artificiale e chiamato VisiPrint, è progettato per funzionare con diversi software di stampa 3D e può gestire qualsiasi tipo di materiale. Non considera solo il colore del materiale, ma anche la lucentezza, la traslucenza e come le sfumature del processo di fabbricazione influenzano l’aspetto dell’oggetto.

“La stampa 3D può essere un processo molto dispendioso. Alcuni studi stimano che fino a un terzo del materiale utilizzato finisca direttamente in discarica, spesso a causa di prototipi che l’utente finisce per scartare. Per rendere la stampa 3D più sostenibile, vogliamo ridurre il numero di tentativi necessari per ottenere il prototipo desiderato. L’utente non dovrebbe essere costretto a provare tutti i materiali di stampa a sua disposizione prima di scegliere un design definitivo” afferma Maxine Perroni-Scharf, studentessa di dottorato in ingegneria elettrica e informatica (EECS) e autrice principale di un articolo su VisiPrint.

Estetica degli oggetti stampati in 3D accurata

I ricercatori del MIT si sono concentrati sulla modellazione a deposizione fusa (FDM), il tipo più comune di stampa 3D. Nella FDM, il filamento del materiale di stampa viene fuso e poi spruzzato attraverso un ugello per fabbricare un oggetto strato per strato. Generare anteprime estetiche accurate non è scontato, poiché il processo di fusione ed estrusione può modificare l‘aspetto di un materiale, così come l’altezza di ogni strato depositato e il percorso seguito dall’ugello durante la fabbricazione.

VisitPrint utilizza due modelli di AI che lavorano insieme per superare queste difficoltà. L’anteprima di VisiPrint si basa su due input: uno screenshot del progetto digitale dal software di stampa 3D dell’utente (il cosiddetto software “slicer”) e un’immagine del materiale di stampa, che può essere prelevata da una fonte online o acquisita da un campione stampato. Da questi input, un modello di visione artificiale estrae dal campione di materiale le caratteristiche importanti per l’aspetto dell’oggetto. Tali caratteristiche vengono poi fornite a un modello di intelligenza artificiale generativa che calcola la geometria e la struttura dell’oggetto, incorporando il cosiddetto schema di “slicing” che l’ugello seguirà durante l’estrusione di ogni strato.

La chiave dell’approccio dei ricercatori del MIT è uno speciale metodo di condizionamento che prevede un’attenta regolazione dei meccanismi interni del modello per guidarlo, in modo che segua lo schema di slicing e rispetti i vincoli del processo di stampa 3D. Il metodo di condizionamento utilizza una mappa di profondità che preserva la forma e le sfumature dell’oggetto, insieme a una mappa dei bordi che riflette i contorni interni e i limiti strutturali: “Se non si trova il giusto equilibrio tra questi due elementi, si rischia di ottenere una geometria errata o uno schema di slicing non corretto. Dovevamo fare attenzione a combinarli nel modo giusto”, afferma Perroni-Scharf.

Il sistema presenta un’interfaccia intuitiva che permette di caricare le immagini necessarie e valutare l’anteprima. L’interfaccia VisiPrint consente agli utenti più esperti di regolare diverse impostazioni, come l’influenza di determinati colori sull’aspetto finale.

L’anteprima estetica è pensata per integrare l’anteprima funzionale generata dal software di slicing, poiché VisiPrint non stima la stampabilità, la fattibilità meccanica o la probabilità di fallimento. Per valutare VisiPrint, il team di ricerca ha condotto uno studio sugli utenti chiedendo ai partecipanti di confrontare il sistema con altri approcci. Quasi tutti i partecipanti hanno affermato che VisiPrint offriva un aspetto generale migliore e una maggiore somiglianza tattile con gli oggetti stampati in 3D. Inoltre, il processo di anteprima di VisiPrint richiedeva in media circa un minuto, ovvero più del doppio rispetto a qualsiasi metodo concorrente.

In futuro, i ricercatori intendono affrontare i fattori che possono verificarsi quando le anteprime dei modelli presentano dettagli estremamente fini. Vogliono anche aggiungere funzionalità che consentano agli utenti di ottimizzare parti del processo di stampa oltre al colore del materiale: “È importante riflettere sul modo in cui produciamo oggetti. Dobbiamo continuare a impegnarci per sviluppare metodi che riducano gli sprechi. A tal fine, questa combinazione di IA e processo di produzione fisico rappresenta un’area di ricerca futura entusiasmante”, conclude Perroni-Scharf.

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