Voxel-based modelling in additive manufacturing

Abstract

Voxel-based modelling is a method to represent a three-dimensional model with tiny cubes, which are called voxels. This thesis explores the construction of voxel models, their advantages in additive manufacturing and their various applications. Voxel models can be generated using different algorithms, though the most common approach is voxelizing where an existing 3D model is converted into a voxel-based form. Compared to other modelling methods, voxel models provide numerous benefits, some of which are unique to voxels. These advantages include volumetric data representation, usage of multimaterials, and the ability to modify material properties. Additionally, voxels are used for simulation purposes particularly in 4D printing. Despite these advantages, computational and memory demands are increased due to high resolution of voxel models. Applications of voxel models are utilized in various fields, including medicine, aerospace and automotive industries. The future of voxel models is promising, as additive manufacturing continues to evolve and models with additional data are needed to meet growing industry demands.

Vokselipohjainen mallinnus on tapa ilmaista kolmiulotteinen malli pienten kuutioiden eli vokselien avulla. Tämä tutkielma tarkastelee miten vokselimalli rakennetaan sekä mitä hyötyjä ja käyttökohteita vokselipohjaisella mallinnuksella on lisäävässä valmistuksessa. Vokselimalli voidaan luoda erilaisten algoritmien avulla, mutta suosituin tapa on vokseloida jo olemassa oleva 3D-malli vokselimuotoon. Muihin mallinnusmenetelmiin verrattuna vokseleilla on lukuisia etuja, joista osa on vokseleille ainutlaatuisia. Esimerkkejä näistä ominaisuuksista ovat tieto kappaleen tilavuudesta, monimateriaalien käyttö sekä materiaaliominaisuuksien muokkaaminen. Lisäksi vokseleita käytetään simulointitarkoitukseen erityisesti neliulotteisessa tulostuksessa. Hyödyistä huolimatta laskennalliset- ja muistikustannukset ovat suuria vokselimallien korkean resoluution vuoksi. Vokselimalleja hyödynnetään useilla eri aloilla, kuten lääketieteessä, ilmailu- ja autoteollisuudessa. Vokselimallien tulevaisuus on lupaava, sillä lisäävä valmistus kasvaa entisestään ja lisätietoa sisältäviä malleja tarvitaan vastaamaan alan kasvaviin vaatimuksiin.