Foto: Tres de las manzanas de arriba son reales y una procede de la impresión 3D, ¿sabría usted distinguirlas? Nosotros, no.

La impresión 3D está impulsando una enorme revolución dentro del mundo de la tecnología. A su paso, está cambiando nuestra manera de considerar el diseño, los prototipos y la fabricación de casi cualquier cosa.

Pero cualquiera que haya utilizado una impresora 3D será consciente de que existe un grave problema: el color. Las impresiones en 3D pueden ser copias magníficas de más o menos cualquier forma. Pero en cuanto al color, son meras sombras de los originales.

Hoy parece que estamos a punto de cambiar esto gracias al trabajo de Alan Brunton y sus compañeros del Instituto Fraunhofer para la Investigación del Diseño Computacional en Alemania, que han averiguado cómo producir colores precisos dentro de una impresión 3D. Su trabajo promete elevar la impresión 3D a un nivel hasta ahora desconocido.

El nuevo enfoque se aprovecha de un método relativamente nuevo de realizar las impresiones 3D. En general, estos objetos se hacen capa por capa con unos polvos fundibles o con plástico extruido. Ninguno de los dos enfoques proporciona más que un control rudimentario sobre el color del objeto impreso.

Lo que se necesita es un método para crear objetos de la misma manera en la que las impresoras 2D construyen una imagen, píxel por píxel. En otras palabras, esto requiere que las impresiones 3D se hagan no por capas, sino vóxel por vóxel (unidad mínima de una matriz tridimensional).

Durante el último año aproximadamente, este tipo de tecnología ha empezado a aparecer en el mercado. Funciona por medio de un conjunto de cabezales de chorro de tinta que imprimen un objeto gota a gota. Estas gotas son curadas al instante por una luz ultravioleta para que adquieran una forma sólida.

Esto demuestra de pronto el potencial para conseguir un control mucho más preciso, puesto que cada gota se puede considerar como un vóxel. Este es el enfoque que han elegido Brunton y su equipo, pero del dicho al hecho hay un trecho por varios motivos.

El primero es el mismo volumen de datos y procesamiento de números que entraña la creación de un objeto virtual 3D en color, incluso antes de empezar a imprimir.

Las gotas procedentes de los cabezales de chorro de tinta son diminutas - un centímetro cúbico contiene más de 18 millones de gotas. Así que cualquier objeto de tamaño medio debe estar compuesto por decenas de miles de millones de vóxeles y debe calcularse el impacto de cada uno de ellos sobre el color final.

El segundo es que las gotas son translúcidas porque la luz ultravioleta debe atravesarlas para curarlas. Esto tiene un importante impacto sobre su aspecto visual puesto que la luz acaba pasando por varias capas de vóxeles, esparciéndose en el camino.

Esto significa que el color de las gotas ha de controlarse cuidadosamente hasta una profundidad de varios vóxeles a lo largo del objeto. Y esto aumenta de forma dramática la complejidad de los algoritmos empleados para calcular los colores deseados.

El último reto surge de la naturaleza de la impresión 3D. Con la impresión 2D, es posible combinar hasta tres tintas distintas en cualquier punto de una imagen. En la impresión 3D, cada gota debe ser compuesta por un solo material y esto impone unas fuertes limitaciones en cuanto a los colores que se pueden conseguir.

No obstante, el equipo de Brunton ha logrado avances significativos apoyándose en las muchas décadas de investigaciones que se han realizado sobre la gestión del color en la impresión 2D y las imágenes en color en general.

Su enfoque es la combinación de dos técnicas. La primera es el equivalente de una técnica de impresión 2D llamada semitonos, que reemplaza las sombras y el color continuados con un conjunto de puntos de distintos tamaños y espaciados. El segundo consiste en un método para calcular el color de una superficie en función de cómo la luz se ha esparcido por las varias capas inferiores de vóxeles.

Y los resultados parecen impresionantes. En la imagen de arriba, tres de las manzanas y el dedo pulgar son objetos de carne y hueso. El resto son impresiones en 3D, pero llegar a identificarlos supone un reto complicado.

Según el equipo de Brunton, los resultados deberían mejorar en un futuro próximo a medida que los científicos de materiales desarrollen materiales de impresión menos traslucidos y las impresoras consigan una resolución mayor. En ambos aspectos, los algoritmos del equipo están hechos a prueba del futuro. Tintas menos traslúcidas deberían ser más fáciles de manipular y también debería poder gestionarse la mayor resolución.

La capacidad de mezclar tintas traslúcidas y opacas incluso debería permitir la reproducción del aspecto superficial de muchos materiales biológicos que a su vez son semitraslúcidas, como la piel humana.

Es un trabajo fascinante que marcará el comienzo de una nueva generación de aplicaciones de impresión. Y hará que la generación actual de impresoras parezca completamente anticuada dentro de unos pocos años.

Ref: arxiv.org/abs/1506.02400 : Pushing the Limits of 3-D Color Printing: Error Diffusion with Translucent Materials