3D-печать помогла скопировать скальный рельеф

Несмотря на развитие, существующие технологии прототипирования и 3D-печати нередко остаются высокоспециализированными. Так, изготовление крупных конструкций с помощью настольных 3D-принтеров является трудоемким и дорогим, а масштабные установки, как правило, не позволяют создавать небольшие детали.     Наименее реализован доступный подход, который объединяет производство элементов произвольных форм и размеров. В новой работе специалисты из Дартмутского колледжа, Чжэцзянского университета, Пенсильванского университета и других учреждений описали такой метод на примере воспроизведения искусственного аналога естественного рельефа для скалолазания.

В качестве эталона авторы использовали вертикальные участки двух скал в районе Рамни, штат Нью-Гемпшир, и Сент-Джорджа, штат Юта, размером 1x2 метра. На первом этапе с помощью обычного цифрового аппарата они с разных ракурсов сделали 200–500 снимков и видеозапись спуска и восхождения альпиниста по этим участкам. Для оценки направления гравитации, помимо рельефа и перемещений спортсмена, ученые фиксировали положение страховочной системы — несмотря на преимущественно вертикальную ориентацию скал. Затем фотографии и ролик обрабатывали в AgiSoft PhotoScan, что позволило получить трехмерные модели трасс и анимацию движений, и определяли потенциальные точки зацепов.

Выявление оптимальных точек контакта с поверхностью (специфические техники скалолазания не учитывались) проводилось путем сопоставления вектора приложенной силы с осевым направлением костей предплечья и голени альпиниста. После отметки вершин точек контакта с помощью процедуры fmincon в MATLAB ученые приступили к печати конструкции. Для изготовления поверхности трассы группа использовала промышленный 3D-принтер Stratasys Titan (FDM) с АБС-пластиком в качестве чернил. Затем они печатали пресс-формы для зацепов, в которые заливали двухкомпонентный состав на основе кремнийорганического каучука. На последнем этапе изделия покрывали заливочным пластиком.

Посредством проецирования трехмерной модели на двухмерную плоскость изготовленной трассы исследователи рассчитали точки крепления зацепов, максимально соответствующие естественному рельефу, и закрепили их стандартными болтами. Погрешность при размещении зацепов составила 1,1–5,8 сантиметра. Последующая видеозапись восхождения и спуска альпиниста по искусственному рельефу подтвердила, что его путь соответствует оригинальному. Кроме того, ученые попросили пройти копию трассы в Рамни четырем другим спортсменам. Несмотря на то, что в этом случае сопоставить записи удалось частично, последние сообщили о подобии трасс, в том числе по критерию мышечной памяти.

Подробности работы представлены в журнале Proceedings of the ACM CHI 2017 Conference on Human Factors in Computing Systems.

Ранее немецкие инженеры описали подход, который позволяет людям без специальных навыков изготовить сложные фермы с помощью настольного 3D-принтера и пластиковых бутылок.