La ricerca sarà presentata nella sua completezza al Siggraph 2015, la mostra convegno della Computer Grafica in programma per il prossimo agosto a Los Angeles, ma già Changxi Zheng, docente di informatica presso la Columbia Engineering, ne ha anticipato i contenuti: in collaborazione con i ricercatori della Zhejiang University in Cina, Zheng ha messo a punto una tecnica che permette la stampa idrografica, un metodo ampiamente utilizzato a livello industriale per il trasferimento di inchiostri colorati su una sottile pellicola depositata sulla superficie di oggetti tridimensionali: la nuova tecnica consentirà di colorare gli oggetti con l’allineamento più preciso mai raggiunto finora.
La stampa idrografica – nota anche come stampa con trasferimento ad acqua, water trasfer printing – è utilizzata in molte fabbricazioni per realizzare il trasferimento di motivi di colore ripetuti su una superficie 3D e può essere applicato a diversi materiali come metalli, plastiche, legno e porcellana. Il processo impiega un film sottile di PVA (alcol polivinilico) con stampati dei disegni colorati, che viene posto sopra dell’acqua. Un attivatore chimico viene poi spruzzato sulla pellicola, ammorbidendola per renderla facilmente estensibile. Successivamente, l’oggetto da colorare viene lentamente immerso nell’acqua attraverso la pellicola galleggiante; quando questa tocca l’oggetto, si deforma avvolgendo la superficie dell’oggetto e aderendovi. Durante tutto il processo l’inchiostro a colori stampato sulla pellicola o viene trasferito alla superficie.
Il processo ha però una limitazione fondamentale: è quasi impossibile allineare con precisione un motivo colorato alla superficie proprio perché l’oggetto deforma la pellicola; nel caso di superfici complesse la deformazione può essere pesante e arrivare anche a strappare la pellicola. Per questo finora con la stampa idrografica ci si è limitati a trasferire motivi grafici colorati ripetitivi. Negli ultimi tempi, anche grazie alla diffusione delle stampanti 3D e quindi alla facilità di produrre oggettistica di vario tipo, dai giocattoli ai componenti di apparecchiature, l’interesse per la colorazione di superfici complesse è aumentato.
Basandosi su precedenti lavori di simulazione, come quelli svolti dal Columbia Computer Graphics Group, Zheng ha sviluppato un nuovo metodo di simulazione per modellare la pellicola colorata durante il processo di stampa idrografico. Questo modello prevede la distorsione delle pellicole e la creazione di una mappa che connette le posizioni sulla pellicola e le posizioni sulla superficie a cui i colori vanno trasferiti. In sostanza, il team ha applicato un nuovo metodo di calcolo appositamente sviluppato per simulare il processo di stampa; hanno così progettato un modello che riesce a prevedere la distorsione della pellicola durante l’immersione idrografico e l’hanno utilizzato per generare un film colorato che garantisce l’allineamento esatto delle trame della superficie all’oggetto.
La precisione nell’allineamento della trama del colore sulla superficie di un oggetto con una superficie complessa, era un obiettivo difficilmente raggiungibile finora nei processi di stampa idrografica; ora l’introduzione di questo modello computazionale sembra aver superato gli ostacoli. Per dimostrare che questa simulazione funziona, Zheng ei suoi collaboratori cinesi hanno impiegato delle apparecchiature di uso corrente per costruire un sistema calibrato in cui un dispositivo meccanico controlla con precisione l’immersione dell’oggetto e un sistema 3D misura l’orientamento dell’oggetto e la sua posizione durante l’immersione. Per evitare gravi distorsioni della pellicola e il pericolo di una sua lacerazione, hanno introdotto un design multi-immersione: l’oggetto può essere immerso più volte, ognuna con un orientamento diverso e il film stampato con un motivi grafici colorati diversi.
Zheng ha fatto notare che il sistema è facile da installare per uso personale e anche che è abbastanza economico: “meno di 40 centesimi di dollaro per stampa”. Inoltre funziona per una vasta gamma di geometrie superficiali complesse e di tipologie di materiali. Commentando i risultati, lo scienziato cinese ha detto: «È stato un progetto impegnativo ma divertente. Sono molto interessato alla interazione tra il mondo virtuale e il mondo reale, e questa ricerca è un buon esempio di come l’elaborazione nel mondo virtuale può andare di pari passo con un processo di fabbricazione nel mondo reale e migliorare in modo significativo la qualità della produzione». “
