Ψηφιακή δημιουργία πρωτοτύπου με αντίστροφη μηχανική: από τρισδιάστατη σάρωση σε τρισδιάστατη εκτύπωση για την αποτύπωση μορφής και υφής ενός μοντέλου

Abstract

Η παρούσα Διπλωματική Εργασία εστιάζει στην ψηφιακή αναπαράσταση μορφής και υφής φυσικού μοντέλου, ακολουθούμενη από την κατασκευή ενός ρεαλιστικού πρωτοτύπου μέσω προσθετικής διαδικασίας (3D Printing). Χωρίζεται σε 3 κύρια κεφάλαια, καθένα από τα οποία αποτελείται από το θεωρητικό και το πρακτικό κομμάτι. Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας θα δημιουργηθεί ένα ρεαλιστικό μοντέλο μετά από τη σάρωση ενός φυσικού προσώπου, με σκοπό τη χρήση του ως φιγούρα σε επιτραπέζιο παιχνίδι. Η σάρωση, η εκτύπωση και η δημιουργία φιγούρας για επιτραπέζιο παιχνίδι επιλέχτηκε με σκοπό τη μελέτη της τρισδιάστατης σάρωσης, του τρόπου με τον οποίο ένας τρισδιάστατος σαρωτής αποκτά δεδομένα σαρώνοντας ένα μοντέλο, το οποίο δεν είναι σταθερό, όπως ένας άνθρωπος, και την αξιολόγηση της εγκυρότητας των δεδομένων αυτών σε σχέση με το φυσικό αντικείμενο, μέσω της διαδικασίας που αναλύεται στην παρούσα Διπλωματική Εργασία. Αναλύονται επίσης οι μέθοδοι επεξεργασίας της υφής και του χρώματος ενός σαρωμένου μοντέλου με σκοπό την αποτύπωσή τους σε τρισδιάστατο εκτυπωμένο μοντέλο και δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην προσέγγιση που απαιτείται για την πιστότητα του χρώματος. Στο πρώτο κεφάλαιο αναλύεται η έννοια της μετρολογίας και της τρισδιάστατης σάρωσης, οι υφιστάμενες τεχνολογίες, και ιδίως η τεχνολογία λευκού φωτός (white light) ή αλλιώς δομημένου φωτισμού (structured lighting), η οποία θα αξιοποιηθεί για την αποτύπωση της υφής του μοντέλου που θα σαρωθεί. Πιο συγκεκριμένα, το πείραμα θα υλοποιηθεί με την τεχνολογία white light Go!SCAN Spark, της εταιρείας «Creaform», καθώς παραχωρήθηκε στον γράφοντα η δυνατότητα χρήσης της συγκεκριμένης τεχνολογίας από την εταιρεία «Fourth Dimension SA», για τους σκοπούς της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η αντίστροφη μηχανική, η οποία ακολουθεί την τρισδιάστατη σάρωση και η οποία συνίσταται στην επεξεργασία του σαρωμένου μοντέλου, με σκοπό την επανασχεδίαση (CAD Design), τον έλεγχο ακεραιότητας (inspection) ή την απευθείας εκτύπωση, με τη χρήση τρισδιάστατου εκτυπωτή (3D Printing). Επίσης, αναλύεται η έννοια του CMF (color, material, finish) και ο τρόπος με τον οποίο το χρώμα, το υλικό και η υφή μπορούν να αξιοποιηθούν στη δημιουργία του τελικού 3D εκτυπωμένου μοντέλου. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται αρχικά η προσθετική κατασκευή (Αdditive Manufacturing), η τρισδιάστατη εκτύπωση και ορισμένες από τις διαθέσιμες τεχνολογίες της, και συγκεκριμένα αυτές που αξιοποιούν για την εκτύπωση πλαστικό. Στη συνέχεια, περιγράφονται οι τεχνολογίες που αξιοποιούν την πολύχρωμη εκτύπωση και ο ρόλος του slicer (λογισμικό επεξεργασίας) πριν την εκτύπωση. Το πείραμα θα πραγματοποιηθεί με την τεχνολογία Polyjet, και συγκεκριμένα με την μηχανή J55 της εταιρείας «Stratasys», προκειμένου να δημιουργηθεί ένα τελικό πρωτότυπο, με το επιθυμητό αποτέλεσμα, ως προς την υφή και το χρώμα, σύμφωνα με τη διαδικασία που έχει προηγηθεί και αναλύεται στα δύο προηγούμενα κεφάλαια. Η συγκεκριμένη τεχνολογία επιλέχθηκε, καθώς παραχωρήθηκε στον γράφοντα η δυνατότητα χρήσης της, για τους σκοπούς της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας, από την εταιρεία «Fourth Dimension SA» σε συνεργασία με την «BIC Violex» για το τελικό εκτυπωμένο μοντέλο.