來(lái)自德國(guó)基爾大學(xué)（CAU）的研究人員開(kāi)發(fā)了低成本3D打印圓頂形系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以?xún)?yōu)化野生動(dòng)植物攝影時(shí)的照明。模塊化照明設(shè)備為現(xiàn)有照明設(shè)備提供了一種更便宜，更簡(jiǎn)單的替代方案，同時(shí)仍然能夠支持科學(xué)的顯微和宏觀攝影。在公開(kāi)發(fā)布STL文件之后，基爾小組的系統(tǒng)還可以進(jìn)行定制化，使其可以針對(duì)所拍攝的標(biāo)本進(jìn)行量身定制。

攝影照明圓頂?shù)闹匾?/p>

盡管越來(lái)越多地采用了諸如微計(jì)算機(jī)斷層掃描（μCT）之類(lèi)的現(xiàn)代技術(shù)，但攝影仍然是對(duì)生物物體成像的最佳方法。分類(lèi)學(xué)和形態(tài)學(xué)研究仍然依賴(lài)于物種棲息地的高分辨率照片，自然歷史博物館也越來(lái)越依賴(lài)于數(shù)字化。

高質(zhì)量圖像在學(xué)術(shù)攝影中尤為重要，因?yàn)榉直媛蕦?duì)于捕獲關(guān)鍵特征，診斷特征和詳細(xì)的習(xí)性視圖至關(guān)重要。為了達(dá)到此類(lèi)生物學(xué)研究所需的細(xì)節(jié)水平，適當(dāng)?shù)恼彰髦陵P(guān)重要。需要大量的散射光才能對(duì)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)拍攝，尤其是在使用更高的變焦倍率時(shí)。相比之下，不良的照明會(huì)導(dǎo)致附近任何宏觀結(jié)構(gòu)的意外過(guò)度暴露。所謂的“強(qiáng)光”還會(huì)導(dǎo)致眩光和閃光對(duì)圖像的最終質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，并扭曲被攝物體的特征。先前在加利福尼亞大學(xué)河濱分校進(jìn)行的研究表明，半球形圓頂在散射光和提供均勻照明方面非常有效。

當(dāng)光從圓頂?shù)牡撞堪l(fā)出時(shí)，被攝物體僅被從圓頂內(nèi)部的散射光照亮，從而導(dǎo)致漫射，柔和的照明。盡管具有圓頂形系統(tǒng)的好處，但是商用設(shè)備可能非常昂貴，并且如果對(duì)象太小，分辨率可能會(huì)不是最佳選擇。一些動(dòng)物也比現(xiàn)有的基于圓頂?shù)南到y(tǒng)大得多，從而限制了它們?cè)谀承┉h(huán)境中的應(yīng)用。

基爾大學(xué)3D打印照明系統(tǒng)

為了克服商用照明系統(tǒng)的尺寸和成本限制，研究人員轉(zhuǎn)向了熔融沉積建模（FDM）3D打印。運(yùn)行FDM機(jī)器的低運(yùn)營(yíng)成本越來(lái)越多地導(dǎo)致它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室環(huán)境中被采用。使用CAD軟件，還可以以可定制和可擴(kuò)展的方式生產(chǎn)對(duì)象，從而有可能根據(jù)其主題定制圓頂?shù)膸缀涡螤睢?/p>

利用3D打印，Kiel團(tuán)隊(duì)制造了一個(gè)模塊化的，基于LED的圓頂，與現(xiàn)有設(shè)備相比，具有許多升級(jí)。為了使光輸出最大化，可以在系統(tǒng)上安裝一個(gè)可選的虹膜光闌，其“滑動(dòng)臺(tái)”功能可以將目標(biāo)物體重新排列，以滿(mǎn)足攝影師的需求。此外，僅通過(guò)使用3D打印來(lái)生產(chǎn)系統(tǒng)，與現(xiàn)有照明模型相比，它具有更高的質(zhì)量，耐用性和可重復(fù)性。

研究人員使用Prusa i3 MK3S 3D打印機(jī)和廉價(jià)的白色PLA燈絲，創(chuàng)建了三種不同尺寸的球型罩。測(cè)試團(tuán)隊(duì)的照明系統(tǒng)需要拍攝從當(dāng)?shù)貏?dòng)物學(xué)博物館借來(lái)的動(dòng)物標(biāo)本剝蟲(chóng)的照片。將經(jīng)過(guò)防腐處理的昆蟲(chóng)固定在玻璃盤(pán)上，或者將它們附著在培養(yǎng)皿上（如果它們是水下標(biāo)本）。

然后在每個(gè)圓頂中拍攝相同樣本的聚焦堆疊圖像，并使用暖色或中性白色LED燈條進(jìn)行比較。對(duì)于較大的物體，可以在圓頂桌的頂部放置一塊延長(zhǎng)板和一個(gè)遮光環(huán)，從而可以針對(duì)不同大小的物種進(jìn)行調(diào)整?？傮w而言，該團(tuán)隊(duì)能夠捕獲各種不同標(biāo)本的高分辨率圖像，這些標(biāo)本包括昆蟲(chóng)，軟體動(dòng)物，脊椎動(dòng)物，花卉和化石。

點(diǎn)評(píng)：他們的LED系統(tǒng)比以前的研究成果更耐用，更具成本效益，并且可以與商業(yè)設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)使他們的設(shè)計(jì)盡可能容易獲得，該團(tuán)隊(duì)還希望該設(shè)計(jì)將來(lái)能被學(xué)生和小型實(shí)驗(yàn)室采用，以幫助他們以預(yù)算獲取高分辨率的圖像?；鶢栄芯咳藛T在論文中說(shuō)：“我們的圓頂代表了科學(xué)照明方法的重要改進(jìn)，極大地提高了其進(jìn)入科學(xué)界的機(jī)會(huì)。” “希望它將在將來(lái)成為許多研究的有用工具。學(xué)生，實(shí)驗(yàn)室和預(yù)算低廉的人們現(xiàn)在可以生成有意義的專(zhuān)業(yè)圖像，最終與最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室競(jìng)爭(zhēng)。”

增材制造行業(yè)的照明

盡管3D打印電子產(chǎn)品仍處于起步階段，但許多研究人員已嘗試創(chuàng)建具有最佳照明解決方案的設(shè)備。紐約照明研究中心（LRC）和美國(guó)電源管理公司Eaton Corporation已開(kāi)發(fā)出一種完全3D打印的LED集成照明器。整個(gè)項(xiàng)目由美國(guó)能源部資助，旨在開(kāi)發(fā)增材制造的應(yīng)用以創(chuàng)建固態(tài)照明（SSL）。

LRC還與私募股權(quán)公司CARBON Group Global合作，成立了一個(gè)聯(lián)盟，探討3D打印SSL產(chǎn)品的潛力。該小組擁有眾多關(guān)鍵的3D打印利益相關(guān)者，正在努力制定將增材制造集成到關(guān)鍵行業(yè)的路線(xiàn)圖。

航海技術(shù)公司OceanLED已使用3D打印為高端游艇制造低能耗原型照明系統(tǒng)。鉆機(jī)照亮船底周?chē)乃?，?dāng)魚(yú)被光吸引時(shí)產(chǎn)生“水族館效應(yīng)”。
責(zé)任編輯：tzh