Impression 3D de matériaux illusoires avec la technologie PolyJet

L'impression lenticulaire existe depuis des années dans le monde du design et est souvent associée à des jouets fantaisie, des affiches de cinéma et des cartes à collectionner. Cette technique combine deux ou plusieurs images avec un ensemble de lentilles grossissantes - ou lentille lenticulaire - pour créer un dessin qui change en fonction de l'angle de vue. Elle peut être utilisée pour créer des images d'animation, donnant l'effet de mouvement, ou révéler des images ou des messages cachés. Dans le passé, elle a toujours été limitée à des dessins en deux dimensions.

Traditionnellement, les conceptions lenticulaires se limitaient à des mises en page en 2D, comme cette carte de visite au texte décalé.

Lorsque le MIT Media Lab a reçu une imprimante 3D Stratasys J8 Series, deux designers y ont vu un potentiel d'innovation. Le concepteur industriel Jiani Zeng et le concepteur informatique Honghao Deng étaient alors chercheurs au MIT, et ont ensuite cofondé une société d'analyse AIoT appelée Butlr Technologies. Les deux designers, ainsi que leurs conseillers, les professeurs Axel Kilian et Stefanie Mueller, ont voulu tirer parti des capacités multi-matériaux de l'imprimante 3D PolyJet pour créer quelque chose qui n'était pas possible avec la conception traditionnelle des matériaux.

Imprimantes 3D Stratasys J Series

L'impression 3D pour la recherche dans le secteur du design

Zeng a expliqué que de nombreux designers s'appuient sur l'impression 3D essentiellement pour le prototypage, et ne sont pas conscients des possibilités de conception plus larges qu'elle offre. "Il n'y a pas beaucoup de gens qui profitent de l'impression multi-matériaux pour la recherche dans l'industrie du design". "Il n'y a pas non plus beaucoup d'outils qui permettent aux concepteurs de manipuler entièrement les caractéristiques, ou de concevoir vraiment librement", a déclaré Deng.

Ils souhaitaient dépasser les limites de la conception traditionnelle, en éliminant la nécessité de simplement reproduire des matériaux qui existent déjà. Zeng et Deng voulaient montrer que, grâce à l'impression multi-matériaux, il est possible de fusionner la fabrication numérique et physique pour créer des propriétés optiques et des expériences utilisateur entièrement nouvelles.

L'impression 3D lenticulaire permet de concevoir des emballages comme nseen : un flacon de parfum qui affiche des informations essentielles dans un design transparent et minimaliste.

Conception illusoire qui est physique

Ils ont imaginé une conception physique dynamique qui réagit à l'interaction de l'utilisateur, mais qui ne repose pas sur des composants robotiques ou électroniques. Les consommateurs d'aujourd'hui sont habitués aux produits réactifs, mais ceux-ci se limitent généralement à des composants électroniques tels que les écrans tactiles. Il existe un très grand nombre d'applications potentielles pour un produit dynamique dont la conception inhérente crée un retour d'information de la part de l'utilisateur, qu'elles soient fonctionnelles ou créatives. "Nous voulions un produit final qui produise une expérience dynamique, où le design illusoire soit purement physique et intégré au modèle", a déclaré Zeng.

C'est là que l'impression lenticulaire entre en jeu. Ils ont utilisé la conception volumétrique et les capacités GrabCAD Voxel Print™ pour créer des pièces imprimées en 3D incorporant un effet lenticulaire. Leur technique repose sur plusieurs couches fonctionnelles différentes, au lieu d'une simple texture de surface extérieure, et nécessite que des informations soient intégrées dans chaque pixel tridimensionnel (voxel). Le logiciel Stratasys Voxel Print, qui est activé sur la série J8, permet la personnalisation au niveau du voxel, ce qui permet de générer des emplacements correspondants de lentilles lenticulaires sphériques. "C'est un peu comme si nous intégrions des séquences temporelles dans le matériau - nous avons dû plonger au niveau du voxel pour obtenir ces résultats interactifs", explique M. Deng.

"Loopop" est la première sucette interactive au monde et donne une tournure ludique au design traditionnel des aliments.

Zeng et Deng ont dû inventer un nouveau pipeline informatique pour calculer la géométrie idéale des lentilles pour chaque modèle. Tous les aspects du design étant interdépendants - la forme générale, la couleur, l'emplacement des motifs et la texture doivent être pris en compte pour générer les lentilles avec précision - les modèles lenticulaires devaient d'abord être conçus par CAO, puis reproduits avec une précision totale dans une forme physique. Seul PolyJet, avec l'ajout de la technologie Voxel Print, a permis aux chercheurs de personnaliser entièrement chaque couche de la conception par CAO, puis d'imprimer en 3D une réplique exacte du modèle numérique. "Cela ne peut être fait avec d'autres méthodes", a déclaré M. Zeng. Ils se sont également appuyés sur les capacités multimatériaux pour développer les modèles lenticulaires.

Impression 3D d'un matériau transparent

"La possibilité d'imprimer en 3D des matériaux transparents est un énorme avantage - avec les méthodes de conception traditionnelles, les conceptions transparentes sont difficiles à créer et vous ne pouvez pas faire beaucoup de tests." La possibilité d'imprimer en 3D des matériaux transparents a permis à Zeng et Deng d'explorer les effets optiques et de déterminer la meilleure méthode pour générer les lentilles lenticulaires.

Le design se compose de deux couches de base : la couche supérieure avec des lentilles lenticulaires, et les couleurs ou le motif intégrés dans une couche de base. Les lentilles ont été imprimées en 3D avec VeroClear™, tandis que les couches de base ont été imprimées avec la gamme VeroVivid™ de matériaux rigides. Cette technique peut être utilisée pour créer une variété de designs lenticulaires 3D, tels que des motifs changeants, du contenu écrit interactif, et même des effets visuels tactiles en utilisant un matériau flexible comme Agilus30 Clear™.

Textiles optiques 3D imprimés sur le matériau flexible Agilus30.

Ce qui n'était au départ qu'une entreprise secondaire est devenu un projet au potentiel beaucoup plus vaste. Les concepteurs qui ont vu les pièces finales n'arrivaient pas à croire qu'elles avaient été imprimées en 3D. "Nous voulons vraiment que davantage de designers voient les possibilités de fabriquer quelque chose qui n'existe pas dans le monde réel - nous montrons qu'il est possible de transformer ce rendu fou en réalité", a déclaré Zeng.

Prix de Reddot Design

Le matériau illusoire a immédiatement bénéficié d'une reconnaissance plus large dans le monde du design, et a remporté deux prix Reddot Design en 2020, dont le prix "Best of the Best".

Matériau illusoire

Zeng et Deng prévoient de continuer à affiner le pipeline et le flux de calcul qu'ils ont inventés, et espèrent en faire une technique accessible à tout concepteur qui souhaite tirer parti de l'impression 3D multi-matériaux. Ils voient une grande variété d'applications pour l'impression 3D lenticulaire, des produits de consommation à l'industrie de la mode.

Vase en matériau illusoire imprimé en 3D

Collection Chro-Morpho

La marque de mode threeASFOUR a déjà exploré certaines des possibilités du design lenticulaire avec l'impression 3D - la collection Chro-Morpho 2019 comprend des pièces inspirées des ailes d'insectes irisées. Stratasys a travaillé avec les designers pour imprimer en 3D des cellules lenticulaires sphériques directement sur du tissu en polyester, ce qui a donné naissance à une robe qui change de couleur à chaque mouvement. Pour Zeng et Deng, l'impression 3D lenticulaire représente une évolution de la conception des matériaux qui s'appuie à la fois sur les mondes numérique et physique. "C'est une nouvelle génération de matériaux", a déclaré Deng. "L'avenir du design est réactif".