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Fraunhofer IGD zeigt neues Verfahren für 3D-Druck

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

Mit einer rein geometrischen und algorithmischen Methode verhindern Wissenschaftler des Fraunhofer IGD Treppenstufenartefakte im Multimaterial-3D-Druck. Um Quantisierungsfehler zu vermeiden, modulieren sie die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal. Das Ergebnis sind geometrisch und farblich akkurate Oberflächen.

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, wird die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal, beispielsweise mit blauem Rauschen, moduliert. 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, das das Paper «Shape Dithering for 3D Printing» im Rahmen der Computergrafik-Messe Siggraph veröffentlicht wird.

Flexibel einsetzbar

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 kann das Dithering-Verfahren unabhängig von der Hardware, also mit unterschiedlichen Polyjet-3D-Druckern, genutzt werden. Die im Paper vorgestellte Lösung wird mit dem 3D-Druckertreiber «Cuttlefish» des Fraunhofer IGD eingesetzt. Ausgehend von den nun veröffentlichten Ergebnissen werden die Wissenschaftler künftig die weiterführende Hypothese untersuchen, ob die gedruckten Objekte – bedingt durch ihre glattere Oberfläche – auch belastbarer sind. 

igd.fraunhofer.de