html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Ученые предложили печатать трехмерные массивы данных на 3D-принтере


C. Bader et al./ Science Advances, 2018

Американские исследователи разработали универсальную методику 3D-печати по трехмерным массивам данных, полученным в цифровом виде с помощью различных исследовательских методов. Предложенная методика основана преобразовании данных в набор вокселей, из которого затем извлекается информация о смешивании различных материалов при печати, пишут ученые в Science Advances.

Современные методы 3D-печати разработаны, в основном, для печати полимерных объектов, которые подвергаются механической нагрузке или должны держать постоянную форму. Это могут быть, например, протезы, предметы домашнего обихода, детали для мебели. В качестве компьютерной модели, которую использует 3D-принтер при определении программы печати, практически всегда используется заданная геометрическая форма объекта, которая ограничена определенным форматом файла. Кроме того, подавляющее большинство 3D-принтеров могут печать только одним материалом, то есть «одноцветные» объекты — это даже несмотря на то, что сейчас разработаны 3D-принтеры, которые в единственной конфигурации могут печатать даже десятью различными материалами.

Все эти ограничения сильно сужают диапазон объектов, которые можно с достаточным разрешением создавать с помощью трехмерной печати. В частности, 3D-печать практически не используется для визуализации трехмерных данных, полученных в результате тех или иных методов исследования, — это могут быть томограммы, модели биологических тканей, кристаллические структуры или те или иные трехмерные графики. Сейчас все эти объекты можно визуализировать в виде трехмерной модели на экране компьютера, однако не всегда такого представления бывает достаточно.

Американские исследователи под руководством Нери Оксмана (Neri Oxman) из Массачусетского технологического университета разработали новую методику преобразования трехмерных массивов данных в модель для 3D-печати. Предложенный подход основан на переводе массива данных в набор вокселей — трехмерных аналогов пикселей — и включает в себя несколько основных стадий. Сначала происходит построение каркаса трехмерного изображения - данные представляются в виде набора точек различных цветов, - которое, исходя из информации о разрешении принтера, разбивается на несколько слоев определенного размера. Затем каждому пикселю в каждом слое присваивается информация о «цвете», соответствующему тому или иному материалу, которая затем преобразуется в данные о соотношении этих «чернил» при смешивании для каждого вокселя. На последней стадии для каждого слоя используется методика дизеринга — добавления в изображение псевдослучайного шума для увеличения глубины цвета и сохранения деталей изображения при использовании ограниченной палитры.

Схема обработки трехмерного массива данных для 3D-печати

C. Bader et al./ Science Advances, 2018

С помощью такого метода ученые предложили обрабатывать несколько видов данных: объемные изображения, трехмерные графики, послойные томограммы и различные типы массивов данных, представленных в трехмерных координатах. С помощью моделирования ученые построили и трехмерные модели некоторых объектов, которые с помощью предложенного метода могут быть напечатаны на 3D-принтере: химическая структура белка, карта нейронных трактов  в белом веществе мозга человека, различные ткани человека и мыши. Также для демонстрации возможности метода, ученые специально разработали дизайн маски, состоящий из большого количества сложных структур и включающих несколько цветов.

Трехмерная модель напечатанной с помощью предложенного метода маски, дизайн котрой был разработан специально для демонстрации возможностей метода

Yoram Reshef

Трехмерная модель напечатанного с помощью предложенного метода объемного объекта

The Mediated Matter Group

Трехмерная структура кристаллической структуры аполипопротеина (сверху) и модель трехмерной картины структуры нейронных трактов по данным, полученным с помощью МРТ (снизу)

C. Bader et al./ Science Advances, 2018

Модели напечатанных трехмерная структур легочной ткани человека (сверху) и гиппокампа мыши (снизу), полученные по данным конфокальной микроскопии

C. Bader et al./ Science Advances, 2018

По словам авторов работы, с помощью предложенного ими метода можно получать объемные объекты с разрешением 2,3 миллиона вокселей на кубический сантиметр - этого разрешения достаточно и для точного изображения химической структуры сложных молекул, и для построения структуры нервных волокон. При этом исследователи отмечают, что в отличие от предыдущих подобных подходов, разработанный ими метод предполагает значительно меньшее количество стадий на этапе начальной обработки массивов данных, что позволяет потерять меньшее количество информации на данном этапе и значительно увеличить не только разрешение напечатанного объекта, но и скорость подготовки данных для печати.

Кроме исследовательских целей, предложенный метод печати трехмерных массивов данных, по мнению ученых, может быть использован я для других целей. В частности полученные с помощью модели могут быть использованы для образовательных целей, при планировании хирургических операций и подготовки к ним, а также, например, для сохранения культурных артефактов. Ученые отмечают, что пока реализация их метода ограничена только технологическими трудностями, в частности необходимостью использовать отдельный прозрачный материал в качестве матрицы для всего напечатанного объекта.

Стоит отметить, что это далеко не первый пример, когда воксельное представление трехмерных изображений используется для оптимизации изделий, полученных с использованием 3D-печати. Например, в прошлом году другая группа американских инженеров разработала программное обеспечение, которое использует метод повоксельной топологической оптимизации для создания материалов с нужными механическими свойствами. Предложенный подход исследователи использовали, например, для печати метаматериалов с заданными свойствами.

Александр Дубов

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • ученые
          • университет
          • исследования
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции