Barevné efekty z průhledných 3-D tištěných nanostruktur

Calling All Cars: Highlights of 1934 / San Quentin Prison Break / Dr. Nitro (Červen 2019).

Anonim

Většina objektů, které vidíme, je barvena pigmenty, ale s použitím pigmentů má nevýhody: takové barvy mohou ztrácet, průmyslové pigmenty jsou často toxické a nelze dosáhnout určitých barevných účinků. Přírodní svět však také vykazuje strukturální zbarvení, kde mikrostruktura objektu způsobuje různé barvy. Pávové peří, například, jsou pigmentované hnědé, ale - protože dlouhé dutiny v peří - odrážejí nádherné, lesklé blues a zeleniny, které vidíme a obdivujeme. Nedávné pokroky v technologii umožnily vytvořit takový druh nanostruktur, které vedou ke strukturálním zbarvením, a nyní vytvořili počítačové vědce z Ústavu vědy a techniky Rakousko (IST Austria) a Univerzity vědy a techniky Kinga Abdullaha (KAUST) výpočetní nástroj, který automaticky vytváří šablony třídimenzionálního tisku pro nanostruktury, které odpovídají uživatelsky definovaným barvám. Jejich práce demonstruje velký potenciál pro strukturální zabarvení v průmyslu a otevírá možnosti, aby ne-odborníci mohli vytvářet vlastní návrhy. Tento projekt bude představen na letošní nejvyšší počítačové grafiskové konferenci, SIGGRAPH 2018, prvním autorem a pošta Thomasem Auzingerem z IST Austria.

Měnící se barvy chameleonu a duhových bluesů a zelených motýlího motýla, mezi mnoha dalšími v přírodě, jsou výsledkem strukturního zbarvení, kdy nanostruktury způsobují světlo působení rušivých vlivů, což při makroskopickém pohledu vede k různým barvám. Strukturální zbarvení má jisté výhody oproti barvení s pigmenty (kde jsou absorbovány konkrétní vlnové délky), ale až do nedávné doby, limity technologie znamenaly, že výroba takových nanostruktur vyžaduje vysoce specializované metody. Nové nastavení "přímého laserového zápisu" však stojí přibližně stejně jako vysoce kvalitní průmyslová 3D tiskárna a umožňují tisk v měřítku stovek nanometrů (100 až 1000 krát tenčí než lidský vlas). otevírají možnosti vědců experimentovat se strukturálním zbarvením.

Zatím vědci experimentovali především s nanostrukturami, které pozorovali v přírodě, nebo s jednoduchými, pravidelnými nanostrukturními konstrukcemi (např. Řada po řadě pilířů). Thomas Auzinger a Bernd Bickel z IST Austria společně s Wolfgangem Heidrichem z KAUSTu však přijali inovativní přístup, který se liší několika klíčovými způsoby. Nejprve vyřeší inverzní konstrukční úkol: uživatel zadá barvu, kterou chtějí replikovat, a pak počítač vytvoří vzor nanostruktury, který dává tuto barvu, místo aby se pokusil reprodukovat struktury nalezené v přírodě. Navíc "náš návrhářský nástroj je zcela automatický, " říká Thomas Auzinger. "Na straně uživatele se nevyžaduje žádné další úsilí."

Za druhé, nanostruktury v šabloně nesledují určitý vzor nebo mají pravidelnou strukturu; zdá se, že jsou náhodně složené - radikální přestávka z předchozích metod, ale jedna s mnoha výhodami. "Když se podívám na šablonu, kterou produkuje počítač, nedokážu říct strukturu samotnou, jestliže vidím vzor modré nebo červené nebo zelené, " vysvětluje Auzinger. "Ale to znamená, že počítač hledá řešení, která my, jako lidé, nemohli. Tato struktura volné formy je extrémně silná: umožňuje větší flexibilitu a otevírá možnosti dalších barevných efektů." Například jejich návrhový nástroj může být použit k vytištění čtverce, která se objeví červeně z jednoho úhlu a modře od jiného (označovaného jako směrové barvení).

A konečně, předchozí úsilí také narazilo, když se jednalo o skutečnou výrobu: designy byly často nemožné tisknout. Nový návrhový nástroj však zaručuje, že uživatel skončí s tisknutelnou šablonou, což je velmi užitečné pro budoucí vývoj strukturálního zabarvení v průmyslu. "Návrhový nástroj může být použit pro prototyp nových barev a dalších nástrojů, stejně jako pro nalezení zajímavých struktur, které by mohly být průmyslově vyráběny, " dodává Auzinger. Počáteční testy konstrukčního nástroje již přinesly úspěšné výsledky. "Je úžasné vidět, že něco, které se skládá z čistých materiálů, je zbarveno, jednoduše proto, že jsou pro lidské oko neviditelné, " říká Bernd Bickel, profesor na IST Austria. "Těšíme se na experimentování s dalšími materiály, abychom rozšířili rozsah účinků, které můžeme dosáhnout."

"Je obzvláště zajímavé sledovat rostoucí roli výpočetních nástrojů ve výrobě, " uzavírá Auzinger, "a ještě více vzrušující vidět rozšíření" počítačové grafiky "na fyzické i virtuální obrazy."

menu
menu