17 Izdelava litofana z uporabo 3D-tiska Jure Klokočovnik, Deja Muck • Univerza v Ljubljani, NTF, Katedra za informacijsko in grafi čno tehnologijo, Snežniška 5, 1000 Ljubljana pri izdelavi in tisku reliefne reprodukcije. Analizirali smo natisnjene litofane in določili tistega, ki se je izkazal kot najbolj kakovosten. Drugi cilj je bil enobarvnemu litofanu dodati barvo. To smo izvedli z uporabo kapljičnega in elektrofotografskega tiskalnika. Na koncu smo analizirali, kateri od izbranih načinov daje najboljše barvne litofane, ki se tudi po barvi najbolj približajo resničnemu umetniškemu originalu. Tretji cilj pa je bil preveriti, kako določena vrsta svetila vpliva na barve, ko svetloba potuje skozi litofan. Uvod Ljudje nenehno ustvarjamo in oblikujemo nove umetnine in objekte. V tehnološki dobi lahko te stvaritve pretvorimo iz realnega sveta v računalniški svet in nazaj v realni oziroma materialni, fizični svet. Vse to počnemo za ohranjanje umetnin in kulturne dediščine, podvajanje določenih predmetov, upodabljanje stvaritev za lažjo predstavo na računalniških ekranih in zaradi mnogo drugih razlogov. Eden od načinov reproduciranja umetniških del je tudi pretvorba v reliefno obliko in izdelava kakovostnega litofana. Litofan je prosojna plošča, na kateri je oblikovana slika s pomočjo različnih debelin te plošče na določenih točkah. Svetloba, ki potuje od zadnje strani plošče skozi ploščo, prikaže čisto sivinsko sliko na sprednji strani te plošče. Moč prosojnosti narekuje material plošče in vir svetlobe, ki prihaja od zadaj. Brez osvetlitve od zadaj je motiv na litofanu neprepoznaven. Začetki litofanov segajo v zgodnje 19. stoletje v Francijo, kjer je baron Paul de Bourguignon iz Rubellesa leta 1827 izdelal prvi litofan v Evropi. Odkrili so tudi litofane v obliki porcelanastih vaz na Kitajskem in sklepajo, da je bila ta tehnika uporabljena na Kitajskem mnogo pred prihodom v Evropo. Evropejci pa smo jo pozneje izpopolnili in jo bolj pogosto uporabljali, tudi za reprodukcije znanih portretov in slik. Uporabljali so prav tako ročno izklesan porcelan in pozneje izdelali metodo kalupov v kombinaciji z uporabo voska, ti kalupi pa so bili primerni za približno 20 hitrih reprodukcij. Litophane Litofan 3D Litoph Litofan Litofa 3D-tisk P odročje 3D-tehnologij pridobiva pomembnost z vsakim dnem. Razvija se tudi tehnologija 3D-tiska, ki vstopa tudi v domača gospodinjstva in ni uporabljena samo v industrijske namene. Na Naravoslovnotehniški fakulteti smo to pokazali tudi z izdelavo 3D-tiskanega litofana, ki ga lahko natisne prav vsak z namiznim 3D-tiskalnikom, saj smo tudi sami uporabili cenovno dostopen tiskalnik. Glavni namen je bil izdelati enobarvno in barvno 3D reliefno reprodukcijo oziroma litofan na podlagi digitalne fotografije. To smo storili s pomočjo različnih programskih orodij in tehničnih naprav. Vse od Photoshopa in Blenderja do kapljičnega, elektrofotografskega in 3D-tiskalnika in različnih kemikalij. Prvi cilj je bil izdelati kakovosten enobarvni litofan s spreminjanjem določenih parametrov 18 Izdelava litofanov pa je z vstopom 3D-tiskalnikov v domača gospodinjstva doživela ponovni preporod v 21. stoletju. Za izdelavo litofanov ne potrebujemo veliko mojstrskega znanja, potrebno pa je znanje 3D-modeliranja in tiskanja. 3D-tisk omogoča izdelavo litofanov, saj lahko oblikuje relief sloj za slojem. Prav tako trenutna programska oprema omogoča prenos vsake 2D digitalne slike v 3D-model, primeren za tisk. Ta programska oprema temelji na vrednostih sivine barvne fotografi je. Barvno fotografi jo spremenijo v sivinsko, to nato invertirajo in s tem pridobijo vrednosti nanosa fi lamenta. Programi za izdelavo slik to zaznavajo kot vrednosti od 0 do 255, 3D-tisklanik pa kot višino določene točke na litofanu. Ko gledamo litofan z očmi, jim je črna barva fi zično bližja in bela ravno obratno. Trenutno prevladuje izdelava enobarvnih litofanov, mi pa smo si zadali cilj, da izdelamo tudi barvni litofan, saj na tem področju ni veliko raziskanega. Motiv litofana in materiali Za reproduciranje z uporabo litofana smo si izbrali sliko Zvezdna noč (angl. The Starry Night) slikarja Vincenta van Gogha, saj je znana slika, pri kateri sta uporabljeni kontrastni barvi, rumena in modra. Zaradi izrazitega kontrasta smo lažje analizirali reproduciranje barve na litofanu. Prav tako že slika sama izraža določen relief, ki bo dodatno izražen na končnem litofanu. Na sliki pa so nekateri deli precej detajlni, kar je preizkus za kakovost našega 3D-tiskalnika in za različne nastavitve pri tisku in oblikovanju. Pri raziskavi smo uporabili: 3D-tiskalnik Creality Ender 3, namizni kapljični tiskalnik HP , namizni elektrofotografski tiskalnik HP , namizni računalnik, Adobe Photoshop 2020, Blender 2.8, Ultimaker Cura, PLA fi lament, aceton, akrilni prozorni lak, LED- in halogensko svetilo. Spreminjanje kontrasta Izbrano originalno digitalno sliko je pred nadaljnjo uporabo za 3D-tisk priporočljivo obdelati. Lahko odstranimo neželene artefakte ali pa spremenimo nekatere parametre, ki nam omogočijo kakovostnejši končni litofan. Tipično za litofane je, da delujejo na principu kontrasta oz. razmerju med svetlimi in temnimi točkami na sliki. Prav zato smo tudi mi povečali kontrast slike. Tako bo končni litofan bolj reliefen in s tem bodo bolj vidne tudi razlike med njegovimi svetlimi in temnimi deli. Poudariti je treba, da je spreminjanje nastavitev odvisno od vsakega motiva posebej. Izdelava 3D-modela litofana Za izdelavo litofana smo se odločili uporabiti brezplačen program Blender, različico 2.8. Ta program omogoča izdelavo 3D-objektov, kar je tudi naš litofan. Postopek izdelave modela litofana je kar zahteven. Temelji predvsem na matematičnih pretvorbah. Tako se barvna slika pretvori v sivinsko in s tem dobi program podatke o vrednosti vsakega piksla posebej, med 0 in 255. Na podlagi tega se izračuna višina določenega piksla na motivu. S pomočjo nastavitev v Blenderju smo tako izdelali motiv, ki ni več v 2D-obliki, ampak je reliefen. Svetle točke so nižje kot temnejše. Nato smo dodali litofanu še debelino, saj je potrebna za končno izdelavo s 3D-tiskalnikom. Na tej točki smo izdelali Slika 1: Originalni motiv Slika 2: Obdelani motiv www.grafi car.si Cron: CTP novosti za format 70/100 Pet velikostnih različic Cronovih CTP osvetljevalk pokriva celoten spekter v izdelavi vseh pomembnih formatov tiskarskih plošč: 35 x 50 cm, 50 x 70 cm, 70 x 100 cm ter formatov 6 in 7. Cron je svoje namestitve uspešno izvedel že v vseh razredih formatov po vsej Evropi, vključujejo pa sisteme s termičnimi (830 nm) ali UV diodami (405 nm). Cron ponuja tudi CTP rešitev za format 70 x 100 cm, ki je na novo zasnovan z integrirano izhodno enoto in uporabniškim vmesnikom z na dotik občutljivim zaslonom za boljšo interakcijo med uporabnikom in sistemom. Cron na trgu CTP naprav ponuja privlačno razmerje med ceno in zmogljivostjo, s kompaktno in uporabniku prijazno zasnovo sistemov za različne formatne razrede izdelave plošč oziroma tiskarskih form. Zato se priljubljenost in tržna sprejemljivost Cronovih sistemov povečujeta po vsem svetu. AtéCé Graphic Products, ki dobavlja tudi tiskarske plošče Blackwood in potrošni material, je ekskluzivni partner za prodajo in servis. Na novo zasnovano za 46-palčno proizvodnjo Za enega bolj uveljavljenih formatov plošč 70 x 100 cm Cron zdaj ponuja izjemno tehnično novost. Serija CTP sistemov Cron 46 inch za obdelavo plošč največjega formata 1133 x 940 mm je Višja tehnološka učinkovitost priprave v ofsetnem tisku z novim 46-palčnim sistemom CTP znamke Cron > se nadaljuje na strani 20 19 litofan v obliki kvadraste ploščice, kar je bilo za našo raziskavo idealno. Za konec smo samo še določili smeri osi, nato pa izvozili datoteko 3D-modela v format .stl. Nastavitve za 3D-tisk Zadali smo si cilj proučiti vpliv treh različnih parametrov na potek tiska in kakovost oz. uporabnost končnega litofana. Najprej smo se posvetili enobarvnemu litofanu in skušali ugotoviti najboljše nastavitve za kakovostno reprodukcijo. Za spreminjanje nastavitev smo se odločili uporabiti program Ultimaker Cura, saj ponuja vse funkcije, ki jih potrebujemo in je uporabniku prijazen. Gostota zapolnitve (angl. Infi ll) je bila pri vseh različicah litofanov enaka, to je 100 %. Tako smo se odločili, saj je litofan odvisen od odboja in prepuščanja svetlobe, kar bi manjša vrednost gostote zapolnitve spremenila. PLA fi lament pa smo izbrali zaradi kakovostnih lastnosti in enostavnosti tiskanja, prav tako pa je biorazgradljiv polimer. Filament je bele barve, saj mora litofan prepuščati svetlobo in to najbolje deluje pri belih polimerih. Uporaba prozornega fi lamenta ne bi dala ustreznih rezultatov, ker ne bi prišlo do ločevanja temnih in svetlih delov motiva. Primerjali smo tri različne parametre. Prvi je bila orientacija litofana med tiskom. To smo najprej primerjali, saj je najbolj osnovna in temeljna nastavitev. Litofan smo tiskali v ležečem in pokončnem položaju. Končne ugotovitve te primerjave so, da za kakovostno in natančno reprodukcijo priporočamo izbiro pokončnega tiska in ne ležečega, saj so razlike občutne in jih ni vredno zanemariti. Nam osebno pa se zdi ležeč položaj zanimiv predvsem v likovnem smislu, saj oddaja svoj čar mozaične sestavljanke, kar je po svoje tudi zanimivo. Nadaljevali smo s spreminjanjem debeline najtanjšega dela litofana oz. preprosto povedano debeline hrbtišča. S tem smo želeli ugotoviti, katera debelina hrbtišča litofana (0,5; 1,0; 2,0 mm) nam omogoča najboljše reproduciranje, kakovost in prosojnost litofana. Debelina hrbtišča je pomembna, saj je ploščica hitro lahko pretanka ali predebela. Najbolj očitna, takoj vidna razlika je v barvi motiva. Bel polimer se je s povečevanjem debeline hrbtišča pomikal proti rumenkastemu oziroma oranžastemu tonu barve. To je posledica neprosojnosti belega fi lamenta PLA, ki ob povečevanju debeline hitro začne ustavljati svetlobo, ki potuje skozi polimer. Najtanjši litofan je sicer res najbolje prepuščal svetlobo in se najhitreje natisnil, vendar je bila ploščica preprosto pretanka za naš 3D-tiskalnik, saj so se pokazali artefakti, ker je bila stena pretanka. Debelejši litofan je prepuščal premalo svetlobe in preveč porumenel ob osvetlitvi. Tako je bil zmagovalec sredinski (slika 6) z debelino 1 mm. Zadnja primerjava v tem sklopu pa je bila med različnimi debelinami slojev (angl. Layer Height) in kakovostmi tiska. Debelino slojev smo želeli primerjati, saj znano lahko vpliva na kakovost odtisov; želeli smo preizkusiti, pri kateri stopnji pride do vidnih sprememb oziroma ali sploh pride do sprememb v motivu. Zanimalo nas je tudi, ali bo imel pri višjih vrednostih debeline slojev tiskalnik kakršne koli težave s tiskanjem tako tankih struktur. Primerjali smo debeline slojev 0,12 mm; 0,20 mm in 0,28 mm. Rezultati so pokazali, da je najboljša nastavitev najmanjša, saj so se pri večjih dveh nastavitvah pokazale plastnice. Vidne plastnice ne samo da motijo oko, temveč tudi poslabšajo natančnost motiva. Motile pa niso samo plastnice, temveč tudi artefakt v obliki navpične črte na desni strani litofana. Tega ni opaziti na najmanjši nastavitvi. 3D-tisk Slika 3: Ležeči tisk Slika 4: Pokončni tisk Slika 6: Hrbtišče 1,0 mm Slika 5: Hrbtišče 0,5 mm Slika 7: Hrbtišče 2,0 mm 20 www.grafi car.si nadvse primerna novost za področje industrijskega ofsetnega tiska. Na voljo sta dva modela, prvi je izredno kompakten H+ z vgrajenim samodejnim nakladalnikom za 200 plošč debeline 0,30 mm, drugi je model G+, ki ga je mogoče povezati s številnimi drugimi samodejnimi nakladalniki plošč. Zanj so namreč na voljo nakladalniki s kapaciteto do 500 plošč ali večkasetni samodejni nakladalniki s tremi ali petimi kasetami s kapaciteto po 50 plošč debeline 0,30 mm oziroma po 100 plošč debeline 0,15 mm. Za največjo učinkovitost je zdaj na voljo tudi avtomatski nakladalnik palet s 1500 ploščami. Pri tem je pomembno omeniti, da vsi nakladalniki omogočajo tudi samodejno odstranjevanje vmesnih listov. Samodejni nakladalnik palet plošč Krause APL 165 je zasnovan z dvema conama za hrambo palet z do 500 ploščami formata največ 1860 x 1420 mm. Prav tako popolnoma samodejno odstranjuje vmesni papir in podaja plošče v CTP sistem. Z vgrajenim računalnikom in zaslonom na dotik Osvetljevalke Cron sprejemajo rastrsko obdelane 1-bitne podatke TIFF , ki jih na novih 46-palčnih osvetljevalkah upravljamo s pomočjo programske opreme Cron-Laboo, ki je del na dotik občutljivega upravljavnega zaslona. T a je lahko priročno nameščen na desni ali levi strani sistema, odvisno od njegove postavitve v prostoru ter s tem lažjega dostopa in praktičnega upravljanja. Osvetljevalke z dvema bobnoma za vrhunsko zmogljivost Kot absolutno najbolj zmogljiv model 46- palčnih sistemov CTP so Cronove osvetljevalke na voljo tudi z zasnovo Končna ugotovitev je, da v našem primeru 0,12 mm debelina slojev daje najboljše rezultate in ni vredno uporabljati drugih dveh nastavitev, če želimo kakovostno in natančno reprodukcijo originalne slike, predvsem v detajlih motiva. Barvna reprodukcija Natisnjene litofane smo želeli tudi obarvati. To smo storili s tremi različnimi metodami. Prva je vključevala kapljični tisk na navaden pisarniški papir. Izbrali smo jo predvsem zaradi preprostosti in dostopnosti. Druga in tretja metoda pa sta si precej podobni, natisnili smo sliko prav tako na pisarniški papir, vendar tokrat z elektrofotografskim tiskalnikom. Ti dve metodi sta temeljili na prenosu tonerja s papirja na litofan, medtem ko je prva metoda enostavnejša in prenos barve na litofan ni bil potreben. Barvo smo prenašali enkrat z acetonom in drugič s pomočjo akrilnega laka. Rezultati so bili nekako usklajeni z našimi pričakovanji, ko smo videli, kako slabo se je barva prenesla s papirja na litofan z uporabo druge metode acetona. Premalo barve na litofanu se kaže v tem, da se barve na osvetljenem litofanu sploh ne opazi. Opazi se samo temna lisa na levi strani litofana, kjer se je preneslo največ črne barve, in otežuje pot svetlobi, da bi prodrla na drugo stran. Prav tako se je litofan deformiral, saj je potekla reakcija med acetonom in polimerom, prav zato odsvetujemo to metodo. Preprosta prva metoda je pokazala dober rezultat glede na vloženi trud v primerjavi z drugima metodama, predvsem v nasičenosti barv. Zelo lepe so zvezde in modro nebo, vendar se v temnejših delih detajli popolnoma izgubijo in motiv postane popolnoma nejasen. Prav tako se v primerjavi z zadnjo metodo modri predeli slike zlivajo in bele linije ne pridejo do izraza v končni upodobitvi. Najboljša od vseh pa je zadnja metoda, z uporabo akrilnega laka. Barva na zadnji strani prepušča popolnoma dovolj svetlobe, da se detajli ne izgubijo, kar je posledica tega, da ni več papirja, ki bi dodatno zaustavljal svetlobo. Barve so Slika 9: 0,20 mm Slika 8: 0,12 mm Slika 12: Metoda aceton Slika 11: Metoda kapljični tisk > se nadaljuje na strani 22 21 5000 K, halogenska žarnica pa veliko bolj toplo svetlobo s približno 2700 K. Ti svetili smo izbrali tudi zaradi občutne razlike v temperaturi barve, saj smo želeli primerjati prav vpliv barvne temperature na končno upodobitev motiva tako na barvnem kot na enobarvnem litofanu. Iz tega eksperimenta smo izvedeli, da je LED-osvetlitev za osvetljevanje litofanov veliko bolj primerna kot pa halogenska in posledično tudi navadna volframova žarnica. Načeloma to velja za vsa svetila, tudi za LED, ki imajo barvno temperaturo okoli 3000 K. Ugotovili smo, da je nevtralna bela svetloba najbolj primerna, saj daje dobre rezultate tako pri enobarvnih kot pri barvnih litofanih in ne spreminja barvnega tona polimeru ali pa nanešeni barvi. Prav tako se LED-svetila ne segrevajo čezmerno, kot se halogenske žarnice, in pri tem ni nobenih težav z morebitno deformacijo litofana ob dolgem osvetljevanju z LED-svetilom. sicer bolj blede kot pri prvi metodi, vendar so zato bolj natančno reproducirane, saj se ne prelivajo med seboj. Prav tako tretja metoda omogoča ogled slike z druge strani pri dnevni svetlobi, česar drugi dve metodi ne, res pa je, da je ta slika zrcalna. Osvetljevanje Osvetlitev litofanov je ključni del upodobitve motiva. Brez osvetlitve sami motivi na litofanih niso prepoznavni, saj vidimo samo bel polimer, ki je reliefen, ne pa motiva, ki ga želimo prikazati. Zato smo primerjali dva najbolj pogosta tipa osvetlitve, LED- in halogenska svetila. Ne glede na tip svetila pa je najpomembnejše, da litofan osvetljujemo od zadaj in ne od spredaj, saj lahko samo tako vidimo končni motiv na njem. Pomembno je tudi okolje, v katerem osvetljujemo, saj v presvetlem ne bomo videli učinka osvetlitve od zadaj. Zato je priporočljiv ogled motivov v temnejših prostorih. Uporabljeno LED-svetilo je oddajalo nevtralno belo svetlobo s približno 4500 do 3D-tisk Slika 10: 0,28 mm Slika 13: Metoda akrilni lak Slika 14: LED – enobarvni litofan Slika 15: Halogen – enobarvni litofan Zaključek Z izdelavo naših litofanov smo pokazali, da je 3D-tiskalnik primerno orodje za reproduciranje umetniških del v reliefni obliki, ki je značilna za litofane. Z ustreznimi nastavitvami parametrov (gostota zapolnitve, debelina sloja, debelina hrbtišča) pri procesu tiska in pokončno orientacijo lahko izdelamo kakovostne litofane. Če po končanem 3D-tisku litofan primerno obdelamo, npr. z akrilnim lakom, lahko dosežemo tudi barvno reproduciranje ob uporabi LED nevtralnega svetila. Vsekakor velja raziskave nadaljevati, saj z reliefnimi reprodukcijami, na katerih je zasnovana izdelava litofana, posežemo hitro na področje taktilnega reproduciranja, kjer lahko omogočimo čutenje umetnine tudi slepim in slabovidnim. Slika 16: LED – barvni litofan Slika 17: Halogen – barvni litofan www.grafi car.si