Värviefektid läbipaistvatest 3-D trükitud nanostruktuuridest

Anonim

Enamik objekte, mida näeme, on värvitud pigmentidega, kuid pigmentide kasutamisel on puudusi: sellised värvid võivad tuhmuda, tööstuslikud pigmendid on tihti mürgised ja teatud värviefekte pole võimalik saavutada. Kuid looduslähedal on ka struktuurne värvus, kus objekti mikrostruktuur tekitab erinevaid värve. Näiteks piikopuulid on pigmenteerunud pruuniks, kuid pikkade õõnsuste tõttu sulgedes peegeldavad imelisi ja värisevaid bluusi ja rohelisi, mida näeme ja imetleme. Tehnoloogia viimased edusammud on muutnud praktilisemaks nanoostruktuuride struktuuri, mille tulemuseks on struktuurne värvus, ning Austria teaduse ja tehnoloogia instituudi (IST Austria) ja kuningas Abdullahi teaduse ja tehnoloogia ülikooli (KAUST) arvutiteadlased on nüüd loonud arvutusvahend, mis automaatselt genereerib nanostruktuuridele 3-D-prindi malle, mis vastavad kasutaja määratletud värvidele. Nende töö näitab suurt potentsiaali struktuurse värvimise jaoks tööstuses ja avab võimalused mitteekspertide jaoks oma disainilahenduste loomiseks. See projekt esitatakse selle aasta tipp-arvutigraafikonverentsil SIGGRAPH 2018, autor IST Austria postdoc Thomas Auzinger.

Chameleoni muutlikud värvid ja morfo-liblika roosilises blues-ja rohelised lood on paljudest teistest tingitud struktuurilisest värvusest, mille puhul nanostruktuurid põhjustavad häireid valguses, mille tulemuseks on makroskoopiliselt vaadeldavad erinevad värvid. Struktuurilise värvusega on pigmentide värvimisega teatud eelised (kus lainepikkused imenduvad), kuid tehnoloogia hiljuti tähendas selliste nanostruktuuride valmistamist, mis nõuavad väga spetsiifilisi meetodeid. Uued "otsesisal laserraamatud" seadistused aga maksavad umbes sama palju kui kvaliteetne tööstuslik 3-D printer ja võimaldavad trükkida sadade nanomeetrites (100 - 1000 korda õhem kui inimese juuksed); avada teadlastele võimalused katsetada struktuurseid värve.

Siiani on teadlased peamiselt katsetanud nanostruktuure, mida nad looduses täheldasid, või lihtsate ja tavapäraste nanostruktuuride kujundustega (nt ream pärast sammaste rida). Thomas Auzinger ja IST Austria Bernd Bickel koos KAUSTi Wolfgang Heidrichiga võtsid siiski kasutusele uuendusliku lähenemisviisi, mis erineb mitmel olulisel viisil. Esiteks lahendavad nad pöördprojekteerimise ülesande: kasutaja sisestab värvi, mida ta soovib, ning loob selle, et looduslikult leitud struktuurid paljundatakse, mitte nanostruktuurimustri loomiseks. Veelgi enam, "meie disaini tööriist on täiesti automaatne, " ütleb Thomas Auzinger. "Kasutaja jaoks ei ole vaja täiendavaid jõupingutusi teha."

Teiseks, malli nanostruktuurid ei järgi konkreetset mustrit ega omavad korrapärast struktuuri; need näivad olevat juhuslikult koostatud - radikaalne paus eelmistest meetoditest, kuid neist on palju eeliseid. "Arvuti loodud malli vaadates ei oska ükski struktuur öelda, kui ma näen sinist või punast või rohelist mustrit, " selgitab Auzinger. "Kuid see tähendab, et arvuti leiab lahendusi, mida me nagu inimesed ei suutnud. See vaba vormi struktuur on äärmiselt võimas: see võimaldab suuremat paindlikkust ja avab täiendavate värvimisvõimaluste võimalusi." Näiteks saab nende kujundustööriista kasutada ühe nurga all punase nurga all oleva ruudu ja teise sinise (tuntud kui suunavärviline) ruudu printimiseks.

Lõpuks on ka varasemad jõupingutused komistanud tegeliku valmimise korral: disainilahendused olid tihti printimiseks võimatu. Kuid uus disaini tööriist tagab, et kasutaja jõuab printimiseks mallini, mis muudab selle äärmiselt kasulikuks struktuurilise värvuse edasiseks arendamiseks tööstuses. "Disaini tööriista saab kasutada uute värvide ja muude tööriistade prototüübi jaoks, samuti huvitavate struktuuride leidmiseks, mida võiks tööstuslikult valmistada, " lisab Auzinger. Disainivahendi esialgsed katsed on juba andnud edukaid tulemusi. "On hämmastav, et midagi, mis koosneb täielikult läbipaistvatest materjalidest, on värviline lihtsalt inimese silmale nähtamatute struktuuride tõttu, " ütleb IST Austria professor Bernd Bickel. "Oleme valmis eksperimenteerima täiendavate materjalidega, et laiendada oma saavutuste hulka."

"Eriti põnev on tunnistajaks arvutusvahendite kasvavale rollile valmistamisel, " järeldab Auzinger, "ja veelgi põnevam näha arvutigraafika laiendamist nii füüsiliste kui ka virtuaalsete piltide hulka."

menu
menu