Da Pixel a Voxel: da stampa 3D a 4D

Da Pixel a Voxel

Sempre più spesso, parlando di stampa 3D si sente parlare di Voxel. Ma quale è il significato di questo termine e come potrebbe modificare il sistema di produzione industriale mondiale?

Per capire di cosa si tratta partiremo dal significato di pixel.

Cos’è il Pixel (picture element)

Esporre il concetto di pixel ci riporta ad un nostalgico tuffo alla fine degli anni 70, quando per le prime volte il termine venne sdoganato nel settore della computer grafica al fine di identificare il più piccolo elemento di un’immagine. Tanto per intenderci, se pensiamo alla suddivisione per mezzo di una griglia virtuale di un’immagine, ogni elemento delimitato tra righe e colonne consiste in un picture element ovvero un pixel. Ogni pixel è composto da altri 3 componenti (Red Green Blu) denominati sub-pixel che ne determinano, al variare dell’intensità, il colore. L’insieme di pixel puntiformi, regala all’occhio umano una bellissima illusione ottica chiamata immagine digitale. L’immagine in basso a sinistra di colore rosso, non è altro che l’insieme di una miriade di piccoli pixel circoscritti all’interno del perimetro del quadrato. 

I pixel all’interno di un’immagine sono caratterizzati da proprietà quali:

• intensità
  intesa come intensità luminosa misurato su una scala da 0 (min) a 255 (max).
• colore
  risultante del miscelarsi dei 3 sub-pixel (RGB)
• posizione
  determinata dalla posizione in griglia sugli assi XY

Cos’è il Voxel (volumetric picture element)

E se ad un pixel applicassimo la terza dimensione?

Il voxel non è altro che un pixel 3d. Rappresenta infatti il volume minore osservabile in uno spazio tridimensionale. A differenza del pixel, si posiziona all’interno di una griglia tridimensionale ed è caratterizzato da proprietà quali ad esempio colore, opacità, densità, materiale, indice di rifrazione o velocità. Un carnet di possibilità molto variegato che rendono il voxel un elemento “poliedrico” alla base della grafica volumetrica e non solo.

Voxel: verso la stampa 4D

Una delle ultime frontiere della ricerca nel settore dell’additive manufacturing, è strettamente legato alla prototipazione 3d attraverso i voxel. Stampare layer di voxel porterà la progettazione tridimensionale e la produzione additiva verso qualcosa di mai visto fino ad ora. Avere il controllo su ogni voxel aprirebbe infatti alla possibilità di creare oggetti impossibili da realizzare con altre tecnologie.

Soluzione HP

Al momento HP ha presentato delle soluzioni di stampa 3D con controllo Voxel che permettono di agire sul dettaglio e l’accuratezza delle superfici visibili. Sono state appena introdotte sul mercato le HP Jet Fusion 3D serie 300 e 500 che promettono maggiore velocità, ridotti costi di produzione e qualità del dettaglio cromatico a livello voxel. Proprio come accade per gli schermi TV, gestiti da processori che determinano i colori di ogni singolo pixel, la tecnologia Jet Fusion di HP promette di controllare le caratteristiche cromatiche voxel per voxel. Molto interessante anche la scelta di HP in termini di materiali. Le nuove stampanti “accettano” polveri non proprietarie. La casa produttrice fornirà in esclusiva solamente i liquidi reagenti. Riteniamo che l’utilizzo di un sistema semi-aperto, sia un’ottima mossa strategica che ben presto si rivelerà un proficuo investimento in termini di Ricerca e Sviluppo.

Soluzione Stratasys

Stratasys sta lavorando ad un software (GrabCAD Voxel Print) capace di gestire non solo le proprietà estetiche di un modello stampato in 3d ma anche quelle ad esempio ingegneristiche attraverso la gestione di ogni singolo layer di stampa. Pare che questo sia solo il primo passo verso il posizionamento controllato di materiali differenti all’interno di ogni layer di voxel. Un passo importante verso i processi di stampa 4D che porterebbe rapidamente alla creazione di prototipi 3D in grado di cambiare le caratteristiche, ad esempio meccaniche o dimensionali, in funzione del tempo e dello spazio.

Progettare in voxel per la stampa 4D

Secondo Daniel Richards, docente all’Università di Lancaster, che ha partecipato al programma di ricerca GrabCAD Voxel Print™, non solo i sistemi di produzione ma anche quelli di progettazione saranno completamente da rinnovare. I nuovi progettisti dovranno cambiare radicalmente il loro approccio al disegno CAD. Probabilmente avranno a che fare con texture volumetriche che fonderanno le caratteristiche estetiche con l’aspetto ingegneristico delle strutture stampate. Ma quali software al momento sono in grado di supportare la stampa 4d? Almeno su carta, la piattaforma di progettazione 3D di Stratasys denominata GrabCAD Voxel Print, promette di poter gestire al meglio il workflow sia in fase di progettazione sia in fase di stampa 3d o 4D.