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Sur cette image, trois pommes sont de vrais fruits, la quatrième a été imprimée en 3D mais il est très difficile de la reconnaître… © Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research
Si l'impression 3D sait reproduire la plupart des formes avec une grande précision, la restitution de la couleurcouleur reste l'un des obstacles techniques majeurs pour lequel aucune solution convaincante n'a encore été trouvée. Mais les choses vont peut-être bientôt changer... Des ingénieurs du Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research ont trouvé le moyen de reproduire les couleurs avec un niveau de détail et une fidélité inédits jusqu'à présent. Leur procédé s'appuie sur une technique d'impression 3D récente ainsi que sur des algorithmes capables de calculer la couleur en se basant sur la diffusiondiffusion de la lumièrelumière à travers plusieurs couches de matièrematière. Il est alors possible de contrôler la couleur au niveau de chaque voxel (volumetric pixel, pixel en trois dimensions), exactement comme cela se fait avec l'impression 2D qui travaille pixel par pixel.
Pour mieux comprendre cette innovation, il faut commencer par parler des techniques d'impression 3D les plus répandues. Il y a d'abord le Fuse Deposition Modeling (FDM) ou modelage par dépôt de matière en fusionfusion : un filament plastiqueplastique (ABS ou PLAPLA) passe à travers une buse chauffée pour être déposé couche par couche pour recréer l'objet en 3D. Deuxième technique, la stéréolithographie (SLA) : une résine liquideliquide est solidifiée à l'aide d'une lampe UV. Citons enfin le Selective LaserLaser Sintering (SLS) ou frittage sélectif par laser qui est identique à la SLA sauf que le matériaumatériau de base est une poudre qui va être agglomérée par le laser. Ce procédé est utilisé notamment pour la fabrication des pièces métalliques.
Depuis peu, une nouvelle technique a fait son apparition : le modelage à jets multiples (MJM). Elle s'inspire de l'impression à jet d'encre avec une tête d'impression pourvue d'un grand nombre de buses (une centaine environ) qui déposent des gouttelettes de résine ou de cire qui sont solidifiées par une lumière ultraviolette. L'intérêt de cette solution est qu'elle offre une résolution très fine qui reconstitue l'objet, voxel par voxel, chaque gouttelette mesurant seulement quelques micronsmicrons.
Voici d’autres exemples d’impressions 3D couleur réalisées avec la technique du Fraunhofer Institute. Le rendu des textures atteint un niveau de détail sans précédent et les chercheurs pensent qu’ils peuvent encore l’améliorer à mesure que les imprimantes 3D et les matériaux vont progresser. © Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research
Une technique qui s'appuie sur le modelage à jets multiples
Dans leur article scientifique publié via arXiv, l'équipe du Fraunhofer Institute explique comment elle s'est appuyée sur la technique MJM pour travailler sur la restitution des couleurs. Il a d'abord fallu résoudre le principal inconvénient de ce type d'impression. En effet, pour pouvoir réagir aux ultravioletsultraviolets, les gouttelettes de résine ou de cire doivent être translucidestranslucides. Ceci a donc un impact important sur leur apparence et le rendu de la couleur. Pour y remédier, le système de contrôle repose sur des algorithmes qui combinent des procédés issus de l'impression 2D et de l'imagerie couleur.
Le premier procédé est un équivalent en 3D de l'impression en demi-ton (en anglais half-toning) qui consiste à rendre les nuances d'une couleur en jouant sur la taille et l'espacement des points d'encre. Le second procédé est une méthode pour calculer la couleur d'une surface en tenant compte de la manière dont la lumière se diffuse sur plusieurs couches de voxels. Au final, l'impression parvient à restituer une large gamme de couleurs qui donnent des résultats bluffant, comme en témoignent les exemples d'impression. Des pommes imprimées en 3D avec cette technique sont placées à côté de vrais fruits et l'on ne distingue aucune différence ! Et ce n'est qu'un début...
En conclusion de son exposé, l'équipe du Fraunhofer Institute explique en effet que les résultats iront en s'améliorant à mesure que la matière première et la résolution des imprimantes 3D progresseront. Les chercheurs misent notamment sur l'arrivée de matériaux plus opaques qui pourront être associés à des résines ou cires translucides afin de reproduire des nuances de couleur encore plus fines. Il sera envisageable de reproduire avec fidélité des matières biologiques semi-translucides, comme par exemple la peau humaine.
