Konstruktion, Simulation, Generatives Design und Digitale Fabrik
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03.08.2022 – Kategorie: Fertigung & Prototyping
Treppenstufenartefakte sind im 3D-Druck unvermeidbar. Für akkuratere Oberflächen haben Forschende nun ein neues Verfahren entwickelt.
Treppenstufenartefakte sind in herkömmlichen 3D-Druck-Verfahren unvermeidbar. Sie sind visuell störend und können für den Druck sogar strukturell nachteilig sein. Um akkuratere Oberflächen erzeugen zu können, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD ein neues Verfahren für Polyjet-Drucker entwickelt. Die Herangehensweise minimiert Quantisierungsfehler, sodass Treppenstufenartefakte im tatsächlichen Druck nicht mehr wahrnehmbar sind und weit unter den physikalischen Effekten des Druckprozesses liegen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßigere und glattere Oberfläche der Objekte.
Um den gewünschten Effekt zu erhalten, moduliert man die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal, beispielsweise mit blauem Rauschen. Dadurch erfolgt eine Verteilung der Quantifizierungsfehler auf hohe Frequenzen, die dann später durch die Funktion des menschlichen Auges und vieler Druckprozesse entfernt werden. „Die Druckzeit bleibt, unabhängig vom Verfahren, gleich. Auch zusätzliche Rechenzeit benötigt das Dithering-Verfahren nicht“, erklärt Alan Brunton aus dem dreiköpfigen Autorenteam.
Eingesetzt wird das Verfahren beispielsweise in der Unterhaltungsbranche. Für animierte Filme, Videospiele oder für Gesellschaftsspiele werden Figuren und Objekte gedruckt. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren profitieren diese durch den Shape Dithering-Ansatz von geometrischer und farblicher Präzision und erscheinen so besonders realistisch.
Als rein algorithmische Methode lässt sich das Dithering-Verfahren unabhängig von der Hardware nutzen, also mit unterschiedlichen Polyjet-3D-Druckern. Die im Paper vorgestellte Lösung wird mit dem 3D-Druckertreiber „Cuttlefish“ des Fraunhofer IGD eingesetzt. Ausgehend von den nun veröffentlichten Ergebnissen werden die Wissenschaftler zukünftig die weiterführende Hypothese untersuchen, ob die gedruckten Objekte – bedingt durch ihre glattere Oberfläche – auch belastbarer sind. Das Paper „Shape Dithering for 3D Printing“ wurde zur Präsentation auf der Siggraph 2022, der wichtigsten Veranstaltung für Computergraphik, akzeptiert. Die Konferenz findet als Hybridveranstaltung sowohl virtuell als auch vor Ort in Vancouver vom 8. bis 11. August statt. Mostafa Morsy Abdelkader Morsy, Erstautor des Papers, präsentiert dieses am 9. August um 10.45 Uhr Ortszeit stellvertretend für das Forschungsteam.
Bild oben: Treppenstufenartefakte – wie in Bild (a) sichtbar – stören nicht nur optisch, sondern können auch für den Druck nachteilig sein. Bestehende Techniken zur Minimierung von Quantisierungsfehlern vermeiden diese nur teilweise (b). Die neue Shape Dithering Methode (c) hingegen entfernt Treppenstufenartefakte vollständig. (Bild: Fraunhofer IGD)
Paper und ergänzende Materialien (Supplemental Material): https://www.cuttlefish.de/publications und https://dl.acm.org/doi/10.1145/3528223.3530129
Video: https://www.youtube.com/watch?v=ps4m5WDqrbM
Erfahren Sie hier mehr über eine neuartige Scan-Pipeline für den 3D-Druck.
Lesen Sie auch: „Rapid Prototyping: Materialauswahl im 3D-Druck“
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