Il Segreto Nascosto del Colore 3D: Quanto Conta Davvero il ‘Cuore Bianco’?

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi affascina tantissimo nel mondo della stampa 3D: il colore. Sapete, la stampa 3D non è più solo roba monocromatica. Tecnologie come la PolyJet ci permettono di creare oggetti con sfumature e dettagli cromatici incredibili, quasi come nella realtà. Questo apre porte pazzesche in campi come la medicina, il design industriale e persino la conservazione dei beni culturali. Ma ottenere quel colore *perfetto*, beh, quella è un’altra storia.

La Sfida del Colore Perfetto in 3D

Quando stampiamo a colori in 3D, specialmente con tecniche che usano inchiostri colorati (un po’ come la vostra stampante di casa, ma in tre dimensioni!), entrano in gioco un sacco di fattori. Uno dei più importanti è come gli inchiostri interagiscono con la luce. Molti di questi inchiostri sono traslucidi, cioè lasciano passare un po’ di luce, e la diffondono (scattering) in modi particolari.

Ora, pensate a un oggetto stampato in 3D a colori. Di solito, non è fatto interamente di inchiostro colorato. La stampante, per risparmiare materiale e tempo (e soldi!), crea solo uno strato esterno colorato (spesso circa mezzo millimetro) e riempie tutto l’interno con un materiale di base, che di default è bianco. Questo riempimento interno lo chiameremo il nostro “nucleo bianco” (white core).

Ecco la domanda che mi sono posto (e che abbiamo investigato): se gli inchiostri colorati sono traslucidi, la luce non passa solo attraverso di loro, ma arriva fino a questo nucleo bianco interno? E se sì, le proprietà di questo nucleo bianco – in particolare il suo spessore – possono influenzare il colore finale che vediamo sulla superficie? Sembra logico, no? Un po’ come quando i pittori usavano strati di base bianchi (la preparazione) per far brillare i colori ad olio traslucidi applicati sopra. La storia dell’arte ci insegna che l’interazione tra strati, materiali sottostanti e traslucenza è fondamentale per il colore. E indovinate un po’? Questi principi sembrano valere anche per la modernissima stampa 3D!

Mettere alla Prova il Nucleo Bianco: L’Esperimento

Per capirci qualcosa di più, abbiamo deciso di fare un esperimento mirato. Abbiamo preso una stampante 3D PolyJet a colori di ultima generazione, la Stratasys J55, che usa inchiostri della famiglia Vero™ (Ciano, Magenta, Giallo, Nero e Bianco – CMYKW). Questi inchiostri sono noti per essere piuttosto traslucidi e lucidi.

Cosa abbiamo stampato? Una serie di campioni, precisamente delle tavolette (basate su una test chart standard, la X-Rite RGB 2.83, con 294 patch di colore) mantenendo lo strato colorato esterno sempre uguale (0.5 mm), ma variando lo spessore del nucleo bianco interno. Abbiamo creato 8 livelli di spessore diversi, da 1 mm fino a 4.69 mm. Per non farci mancare nulla, abbiamo stampato ogni spessore sia con finitura lucida (glossy) che opaca (matte). In totale, 16 tavolette test.

Una volta stampate, è arrivato il momento cruciale: misurare il colore di ogni singola patch su ogni tavoletta. E qui abbiamo usato due strumenti diversi, per essere sicuri dei risultati:

• Uno spettrofotometro portatile classico (un X-Rite EyeOne Pro), preciso ma con un’area di misurazione piccola.
• Una fotocamera iperspettrale (HySpex VNIR-1800), che cattura l’intero spettro della luce visibile e vicino infrarosso per ogni pixel dell’immagine, permettendo di misurare tutte le patch in un colpo solo e con un’illuminazione più ampia.

Perché due strumenti? Perché c’era il sospetto che con materiali traslucidi e diffondenti, uno strumento con un’apertura piccola come l’EyeOne Pro potesse “perdere” un po’ di luce che esce dal campione lateralmente, falsando leggermente la misura. La camera iperspettrale, illuminando un’area più vasta, dovrebbe risentire meno di questo problema.

Con tutte queste misure spettrali, abbiamo calcolato le coordinate colore L*a*b* (un modo standard per definire numericamente un colore) per ogni patch e abbiamo iniziato ad analizzare le differenze.

I Risultati: Il Nucleo Bianco Fa la Differenza (Ma Fino a un Certo Punto!)

E cosa abbiamo scoperto? La nostra ipotesi era corretta: lo spessore del nucleo bianco ha un impatto misurabile sul colore finale riprodotto!

Abbiamo calcolato la differenza di colore (usando la metrica CIEDE2000, dove un valore intorno a 1 è considerato appena percettibile dall’occhio umano) tra campioni con spessori consecutivi. Abbiamo visto che la differenza di colore tende a diminuire man mano che lo spessore del nucleo aumenta.

In particolare, per spessori del nucleo bianco superiori a circa 2 mm, la differenza di colore tra uno spessore e il successivo diventava molto piccola (intorno a 1 CIEDE2000 con l’EyeOne, un po’ più alta, circa 2, con la HySpex ma comunque bassa). Questo significa che, una volta superata una certa “soglia critica” di circa 2 mm, il colore si stabilizza. Aggiungere altro materiale bianco dietro non cambia più significativamente la percezione del colore in superficie. È come se la luce, dopo aver viaggiato per 2 mm nel nucleo bianco diffondente, si fosse “dimenticata” di quanto materiale c’è ancora dietro.

Ma cosa succede sotto i 2 mm? Qui le cose si fanno interessanti! Le differenze di colore tra spessori diversi erano decisamente più marcate (valori CIEDE2000 anche fino a 6 in alcuni casi), indicando cambiamenti di colore visibili all’occhio. Questo conferma che per oggetti sottili, lo spessore esatto del nucleo bianco è una variabile cruciale che influenza il risultato cromatico.

Abbiamo anche notato alcune cose curiose:

• I campioni con finitura lucida sembravano mostrare un gamut (la gamma totale di colori riproducibili) leggermente più ampio, specialmente verso i toni scuri e gialli, rispetto a quelli opachi.
• Le misure fatte con l’EyeOne Pro e la HySpex davano risultati leggermente diversi, con l’EyeOne che tendeva a mostrare colori un po’ più bluastri. Questo potrebbe confermare l’ipotesi della “perdita di luce” con l’apertura piccola dell’EyeOne su materiali traslucidi. Per questo, abbiamo deciso di fidarci di più dei dati della HySpex per le analisi più approfondite.
• Abbiamo trovato delle “anomalie” nei campioni lucidi con spessori di 1 mm, 1.5 mm e 4.69 mm. Si comportavano in modo strano rispetto agli altri. Sospettiamo che possa esserci stato un cambio involontario nelle impostazioni di stampa per quel lotto specifico, ma questo ci ricorda quanto sia importante controllare ogni fase del processo!
• I colori più saturi e quelli più scuri sembravano essere i più sensibili alle variazioni di spessore del nucleo bianco. I colori chiari e meno saturi, invece, cambiavano di meno.

Cosa Significa Tutto Questo in Pratica?

La conclusione principale è piuttosto chiara: se state stampando in 3D a colori con inchiostri traslucidi (come quelli PolyJet), e volete una riproduzione cromatica super accurata, dovete tenere conto dello spessore dell’oggetto, o più precisamente, dello spessore del suo nucleo bianco interno.

Se l’oggetto (o una sua parte) ha uno spessore inferiore a 2 mm, il colore che otterrete dipenderà sensibilmente da quello spessore esatto. Questo significa che, idealmente, dovreste avere profili colore specifici (come i profili ICC) calibrati per diversi spessori in questa fascia critica. O, quantomeno, essere consapevoli che ci sarà una variazione.

Se invece l’oggetto è più spesso di 2 mm, potete stare più tranquilli. Un unico profilo colore, calibrato per uno spessore qualsiasi sopra i 2 mm, probabilmente andrà bene per tutte le parti più spesse del vostro modello.

Queste scoperte hanno implicazioni importanti. Pensate a:

• Modelli medici realistici: Per pianificare interventi chirurgici, è fondamentale che i colori dei tessuti stampati in 3D siano accurati. Il nostro studio aiuta a capire come gestire lo spessore per ottenere quella precisione.
• Repliche per i beni culturali: Immaginate di dover ricreare una parte mancante di una statua antica. Il colore deve essere identico all’originale. Sapere come lo spessore influisce sul colore è cruciale per un restauro convincente.
• Protesi: Una protesi estetica deve avere un colore il più naturale possibile.
• Produzione di action figures, oggetti d’arte e design: Ovunque il colore sia un elemento chiave del prodotto finale.

Certo, ci sono ancora cose da esplorare. Sarebbe interessante studiare più a fondo la zona critica sotto i 2 mm, magari con passi di spessore ancora più piccoli, e collegare direttamente le misure di colore con misure fisiche di traslucenza e scattering. Ma già così, abbiamo aggiunto un tassello importante alla comprensione di come ottenere colori sempre più fedeli dalla stampa 3D.

Insomma, la prossima volta che ammirerete un oggetto stampato in 3D a colori, ricordatevi che sotto quella superficie vibrante c’è un “cuore bianco” il cui spessore gioca un ruolo segreto ma fondamentale nel risultato finale, specialmente se l’oggetto è sottile! È affascinante vedere come principi ottici noti da secoli trovino nuove applicazioni e sfide in tecnologie all’avanguardia come questa.

Fonte: Springer