Американські дослідники розробили універсальну методику 3D-друку за тривимірними масивами даних, отриманими в цифровому вигляді за допомогою різних дослідницьких методів. Запропонована методика заснована перетворення даних на набір вокселів, з якого потім витягується інформація про змішування різних матеріалів при друку, пишуть вчені в.
Сучасні методи 3D-друку розроблені, в основному, для друку полімерних об'єктів, які піддаються механічному навантаженню або повинні тримати постійну форму. Це можуть бути, наприклад, протези, предмети домашнього вжитку, деталі для меблів. В якості комп'ютерної моделі, яку використовує 3D-принтер під час визначення програми друку, практично завжди використовується вказана геометрична форма об'єкта, яка обмежена певним форматом файлу. Крім того, переважна більшість 3D-принтерів можуть друкувати тільки одним матеріалом, тобто «одноколірні» об'єкти - це навіть незважаючи на те, що зараз розроблені 3D-принтери, які в єдиній конфігурації можуть друкувати навіть десятьма різними матеріалами.
Всі ці обмеження сильно звужують діапазон об'єктів, які можна з достатньою роздільною здатністю створювати за допомогою тривимірного друку. Зокрема, 3D-друк практично не використовується для візуалізації тривимірних даних, отриманих в результаті тих чи інших методів дослідження, - це можуть бути томограми, моделі біологічних тканин, кристалічні структури або ті чи інші тривимірні графіки. Зараз всі ці об'єкти можна візуалізувати у вигляді тривимірної моделі на екрані комп'ютера, проте не завжди такого уявлення буває достатньо.
Американські дослідники під керівництвом Нері Оксмана (Neri Oxman) з Массачусетського технологічного університету розробили нову методику перетворення тривимірних масивів даних на модель для 3D-друку. Запропонований підхід заснований на переведенні масиву даних у набір вокселів - тривимірних аналогів пікселів - і включає в себе кілька основних стадій. Спочатку відбувається побудова каркаса тривимірного зображення - дані представляються у вигляді набору точок різних кольорів, - яке, виходячи з інформації про роздільну здатність принтера, розбивається на кілька шарів певного розміру. Потім кожному пікселю в кожному шарі присвоюється інформація про «колір», що відповідає тому чи іншому матеріалу, яка потім перетворюється на дані про співвідношення цих «чорнил» при змішуванні для кожного вокселю. На останній стадії для кожного шару використовується методика дизерінгу - додавання до зображення псевдопромінювального шуму для збільшення глибини кольору та збереження деталей зображення при використанні обмеженої палітри.
За допомогою такого методу вчені запропонували обробляти кілька видів даних: об'ємні зображення, тривимірні графіки, післяйні томограми і різні типи масивів даних, представлених у тривимірних координатах. За допомогою моделювання вчені побудували і тривимірні моделі деяких об'єктів, які за допомогою запропонованого методу можуть бути надруковані на 3D-принтері: хімічна структура білка, карта нейронних трактів у білій речовині мозку людини, різні тканини людини і миші. Також для демонстрації можливості методу, вчені спеціально розробили дизайн маски, що складається з великої кількості складних структур і включає кілька кольорів.
За словами авторів роботи, за допомогою запропонованого ними методу можна отримувати об'ємні об'єкти з роздільною здатністю 2,3 мільйона вокселів на кубічний сантиметр - цього дозволу достатньо і для точного зображення хімічної структури складних молекул, і для побудови структури нервових волокон. При цьому дослідники відзначають, що на відміну від попередніх подібних підходів, розроблений ними метод передбачає значно меншу кількість стадій на етапі початкової обробки масивів даних, що дозволяє втратити меншу кількість інформації на даному етапі і значно збільшити не тільки роздільну здатність надрукованого об'єкта, але і швидкість підготовки даних для друку.
Крім дослідницьких цілей, запропонований метод друку тривимірних масивів даних, на думку вчених, може бути використаний і для інших цілей. Зокрема, отримані за допомогою такого підходу тривимірні моделі можуть застосовуватися для освітніх цілей, при плануванні хірургічних операцій і підготовки до них, а також, наприклад, для збереження культурних артефактів. Вчені зазначають, що наразі реалізація їхнього методу обмежена лише технологічними труднощами, зокрема необхідністю використовувати окремий прозорий матеріал як матрицю для всього надрукованого об'єкта.
Варто зазначити, що це далеко не перший приклад, коли воксельне представлення тривимірних зображень використовується для оптимізації виробів, отриманих з використанням 3D-друку. Наприклад, минулого року інша група американських інженерів розробила програмне забезпечення, яке використовує метод повоксельної топологічної оптимізації для створення матеріалів з потрібними механічними властивостями. Запропонований підхід дослідники використовували, наприклад, для друку метаматеріалів з заданими властивостями.