“บล็อกไม้” จากการพิมพ์สามมิติที่ได้ลายไม้เหมือนจริง โดยนักวิจัยมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย

ทีมวิศวกรจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้คิดค้นการพิมพ์บล็อก "ไม้ดิจิทัล" สามมิติ โดยใช้เทคนิค Voxel มาช่วยสร้างวัตถุให้มีความหลากหลายบนพื้นผิว

เรซินบล็อกชิ้นนี้เลียนแบบลวดลายเนื้อไม้ได้เหมือนจริง โดยได้ต้นแบบจากไม้มะกอก

ก่อนหน้านี้การพิมพ์สามมิติจะไม่สามารถสร้างลวดลายใด ๆ ของไม้ออกมาได้ อย่างลายเนื้อไม้หรือการไล่ระดับสีของไม้ แต่ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้ใช้เทคโนโลยีใหม่ล่าสุดในการผลิตเพื่อเลียนแบบลวดลายไม้จริงนี้ออกมา

 
ในขั้นแรก ทีมงานใช้เทคนิค Destructive Tomographic Imaging เพื่อถ่ายภาพความละเอียดสูงของชิ้นไม้ที่มีความบาง ซึ่งหนาเพียง 27 ไมโครเมตร (0.027 มิลลิเมตร) จำนวน 230 ชิ้น ที่ตัดโดยเครื่องกัด CNC (CNC Mill) 

จากนั้นจึงป้อนภาพไม้ทั้ง 230 ภาพเข้าเครื่องพิมพ์ Stratasys J750 PolyJet ที่สามารถพิมพ์สีและวัสดุต่าง ๆ โดยใช้เทคนิค Voxel ได้ 

Voxel หรือ Volume Pixel ก็คือพิกเซลในรูปแบบสามมิติ เป็นองค์ประกอบที่เล็กที่สุดของวัตถุในกระบวนการออกแบบ ซึ่งการพิมพ์แบบ Voxel ช่วยให้นักออกแบบสามารถระบุคุณลักษณะที่ต้องการได้ในทุกจุดภายในพื้นที่ 3 มิติ ทีมนักวิจัยมหาวิทยาลัยโคลัมเบียเผยว่าเครื่องพิมพ์ Stratasys J750 นั้น สามารถรองรับ Voxel ได้ถึง 7.6 แสนล้านจุด

 
ทีมนักวิจัยซึ่งประกอบไปด้วย ฟาเบียน สติวท์, โจนี่ มีซี, ลูอิส เชมเบอร์เลน และ ฮ็อด ลิปสัน ได้อธิบายวิธีการผลิตของพวกเขาไว้ในบทความ “Digital Wood: 3D Internal Color Texture Mapping” ที่ตีพิมพ์ในวารสาร 3D Printing and Additive Manufacturing ไว้ว่า “ผลงานการพิมพ์ในขั้นสุดท้ายนั้นมีลักษณะคล้ายกับบล็อกไม้จริงมาก ทั้งในแง่ของรูปลักษณ์ภายนอก และลวดลายของสีภายในเนื้อไม้ แม้กระทั่งตอนที่บล็อกนี้ถูกตัดหรือแตกหัก” ทีมงานกล่าว

ในการผลิตไม้เหมือนจริงอย่างบล็อกไม้ดิจิทัลนี้ ทีมวิศวกรต้องควบคุมค่าสีในแต่ละจุดของบล็อกไม้ ซึ่ง “ในวันหนึ่ง เราอาจสามารถใช้เทคนิคเดียวกันนี้กับความแตกต่างของคุณสมบัติภายในตัววัสดุ เช่น ความแข็งตึง (Stiffness) ได้เช่นกัน” ทีมงานกล่าวเสริม

"เนื่องจากการพิมพ์ Voxel ส่งผลให้อนุภาคของวัสดุถูกจัดเรียงได้อย่างประณีตทั่วทั้งวัตถุที่พิมพ์ออกมา ดังนั้นนักออกแบบจึงสามารถผลิตรูปแบบต่าง ๆ ได้อย่างไร้ขีดจำกัด" ทีมงานกล่าว

"อย่างไรก็ตาม หากต้องการจะใช้ประโยชน์จากเทคนิคที่ทันสมัยนี้อย่างเต็มประสิทธิภาพ เหล่านักออกแบบจำเป็นต้องปรับปรุงเครื่องมือในการพิมพ์และรูปแบบการออกแบบให้ทันสมัยอยู่ตลอดเวลา”

ทีมนักวิจัยระบุไว้ในงานเขียนว่าทั้งเครื่องพิมพ์ Stratasys และ Multi Jet Fusion ของ Hewlett Packard มีความสามารถในการพิมพ์แบบ Voxel แต่ในปัจจุบันสิ่งที่เป็นปัญหายุ่งยากคือขั้นตอนการเตรียมไฟล์สำหรับการพิมพ์ เนื่องจากยังไม่มีเครื่องมือหรือกระบวนการการออกแบบมารองรับมากนัก

“ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่แล้วดีไซนเนอร์ยังต้องเป็นผู้ออกแบบแผนงานในกระบวนการพิมพ์ Voxel ซึ่งต้องมีความชำนาญในการใช้เครื่องมือ ซอฟต์แวร์และกระบวนการผลิตที่มีมากมายและแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง อย่างเช่น Destructive Imaging, Pixel Manipulation และ Microstructure Design” 

ทีมนักวิจัยคาดการณ์ว่าการพิมพ์ Voxel จะเป็นเทคนิคที่ใช้กันแพร่หลายในอนาคต ซึ่งเหล่าเมกเกอร์จะสามารถดาวน์โหลดไฟล์สำหรับพิมพ์ไปใช้ได้อย่างเสรี เหมือนกับที่เราสามารถเข้าถึงคลังภาพสองมิติของไม้ได้โดยง่ายในปัจจุบัน ด้วยเหตุนี้ พวกเขาจะเปิดให้ทุกคนที่สนใจสามารถดาวน์โหลดภาพไม้ (open-souring) ที่พวกเขาทำจากโครงการนี้ไปใช้ได้ 

อีกโครงการหนึ่งที่เคยใช้เทคนิค Voxel ในการพิมพ์สามมิติคือ การผลิตเก้าอี้ Voxel ที่ออกแบบโดย Bartlett ซึ่งมีลวดลายภายในที่ซับซ้อนโดยใช้การพิมพ์ด้วยพลาสติกเส้นเดียวอย่างต่อเนื่อง

อ้างอิง: บทความ “Columbia University researchers create 3D-printed “wood” with realistic internal grain” จากเว็บไซต์ https://www.dezeen.com