Technologia 3D kojarzona jest z metodami wyświetlania obrazu i produkcją nowoczesnych filmów. Jednak to także metoda produkcji, drukowania i skanowania obrazu w trójwymiarze. Na czym to właściwie polega?

Co oznacza skrót i dlaczego akurat 3D?

Wykorzystywany powszechnie skrót 3D pochodzi od anglojęzycznego wyrażenia „3 dimension”, co można tłumaczyć jako trzeci wymiar czy trójwymiar. Pojęcie to znajduje zastosowanie do określania trójwymiarowości obrazu czy obiektów.

Technologia druku 3D polega na wykonywaniu obiektów przestrzennych na podstawie trójwymiarowego modelu przez utwardzanie materiału (filamentu), warstwa po warstwie. Inaczej mówi się tu o wytwarzaniu addytywnym. Sam druk 3D jest efektem przejścia przez etap modelowania obiektu, jego realnego wydruku z wykorzystaniem odpowiednich urządzeń oraz przez etap wykańczania, czyli obróbki powstałego produktu.

Dlaczego wykorzystuje się w tym przypadku akurat określenie technologia druku 3D? Ponieważ w odróżnieniu od obrazu drukowanego 2D, czyli dwuwymiarowego, obiekt 3D ma trójwymiar i jest przestrzenny. Warto podkreślić, że już w 1984 roku druk 3D został opracowany w ramach nowej techniki wytwórczej, a jej wynalazcą jest Charles Hull. Wówczas jednak nazwał tę metodę stereolitografią, która polegała na utwardzaniu żywicy światłoutwardzalnej przy użyciu wiązek lasera. W ten sposób powstawał przestrzenny obiekt. Technologia stereolitograficzna, w skrócie SLA, nazwana została metodą produkcji przyrostowej. Dała podstawy do drukowania przestrzennego, w ramach którego nakładany jest materiał budulcowy, który podlega selektywnemu spajaniu.

Jak działa odbiór obrazu 3D?

Obiekt fizyczny wydrukowany na drukarce 3D można obejrzeć ze wszystkich stron, zobaczyć jego szczegóły i zapoznać się z jego teksturą. Poniekąd właśnie takie właściwości będzie miał obraz 3D, np. filmowy. Wystarczy wspomnieć o przełomowym w historii światowej kinematografii filmie „Avatar” Jamesa Camerona. Na seansach widzowie otrzymywali okulary 3D do odbioru obrazu w prawidłowy sposób. Okulary te powodowały, że widz mógł poczuć się tak, jakby był dosłownie na wyciągnięcie ręki od tego, co widział na ekranie.

Jak to się dzieje, że po założeniu okularów 3D odbiór obrazu widzianego przed sobą jest zupełnie inny? Otóż wszystko dlatego, że na ekranie w przypadku filmów 3D wyświetlane są dwa różne obrazy dla każdego oka człowieka. Okulary 3D blokują konkretną warstwę oka, przez co każde widzi nieco inaczej, a układ w mózgu łączy widziane obrazy w jednolity obraz 3D.

Istnieją też okulary 3D wyposażone w soczewki polaryzowane, co jest innym sposobem odbioru obrazu. Na ekranie wyświetlane są wówczas dwa różne takie obrazy, różniące się perspektywą i polaryzacją. Soczewki okularowe powodują, że do każdego oka dociera jeden spolaryzowany obraz, a drugi jest odrzucany. Mózg widza łączy oba obrazy w całość.

Modelowanie 3D i ogrom jego możliwości

3D znajduje zastosowanie w produkcjach filmowych i telewizyjnych, ale i przy drukowaniu różnych obiektów o przestrzennych właściwościach. By jednak było możliwe stworzenie takiego „produktu” końcowego, najpierw podejmowane jest modelowanie 3D, stwarzające ogromne możliwości dalszego wykorzystywania zaprojektowanych rzeczy.

Model 3D powstaje na bazie rysunków technicznych. Przy użyciu odpowiednich programów komputerowych w wyniku modelowania 3D projektowana może być trójwymiarowa bryła, która staje się podstawą do wydruku 3D, wizualizacji czy obróbki skrawaniem na maszynach CNC. Można przy tym w procesie projektowania trójwymiarowego wykorzystywać modelowanie bryłowe, swobodne kształtów organicznych czy modelowanie powierzchniowe.

Druk 3D – połączenie druku i produkcji

Po przygotowaniu w technologii 3D gotowego modelu przestrzennego może on posłużyć do wydruku. Drukarka 3D na bazie określonych filamentów – materiałów do wydruku oraz prototypów 3D – wydrukuje obiekt w sposób precyzyjny. Wykorzystywane są do tego celu m.in. tworzywa sztuczne ABS czy żywice światłoutwardzalne. Modele drukowane w technologii 3D mogą być łączone w większe obiekty. W ten sposób można drukować zarówno pojedyncze produkty, jak i organizować produkcję wielko- i małoseryjną, przy stosunkowo niskich kosztach jej uruchomienia.

Skanowanie obiektów przestrzennych

Niejako odwrotnością druku 3D jest skanowanie 3D, przydatne w inżynierii odwrotnej, kopiowaniu części i obiektów, czy przy tworzeniu trójwymiarowych plików z modelu wykonanego ręcznie. W działaniach rekonstrukcyjnych skan 3D przydaje się do odtwarzania elementów, w stosunku do których nie istnieje dokumentacja techniczna. Przy użyciu skanera 3D można przenieść do programu komputerowego obiekt i dowolnie go modelować.

Skanery 3D skanują obiekty w zależności od źródła światła. Polega to na przenoszeniu obiektów rzeczywistych do świata wirtualnego. Skanowanie 3D przydaje się w procesie kontroli jakości.