Software plus Thermoformen 09.05.2016, 11:54 Uhr

Günstig: Farbiger 3D-Druck ohne Drucker

Eine neuartige Kopiertechnik für dreidimensionale farbige Objekte haben Schweizer Forscher entwickelt. Damit treten sie in Konkurrenz zu teuren 3D-Farbdruckern. Mit dem Verfahren lassen sich Prototypen und komplette Architektenentwürfe kostengünstig herstellen.

Farbige 3D-Kopie: Das Plastik-Replikat einer chinesischen Maske gleicht dem Original aufs Haar.

Farbige 3D-Kopie: Das Plastik-Replikat einer chinesischen Maske gleicht dem Original aufs Haar.

Foto: Christian Schüller/ETH Zürich

Komplexe dreidimensionale Objekte, etwa eine chinesische Maske, lassen sich mit einem 3D-Farbdrucker kopieren. Derartige Geräte sind teuer, also für kleinere Unternehmen oder gar den Bildungsbereich weniger geeignet. Schweizer Forscher haben jetzt eine Technik entwickelt, die weniger aufwändiges Equipment benötigt. Ein einfacher 3-D-Drucker, der Kunststoff verarbeitet, und ein Thermoformer genügen.

Aus verzerrtem Bild wird exakte Kopie

Das Geheimnis liegt in der Software, die der Doktorand Christian Schüller am Interactive Geometry Lab der Professorin Olga Sorkine-Hornung an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich entwickelt hat. Die Basisinformation liefert ein 3D-Scanner, der das Objekt digitalisiert. Schüllers Programm rechnet die dreidimensionale Vorlage in ein zweidimensionales Bild um, das bizarr verzerrt erscheint. Es wird auf eine Kunststofffolie übertragen.

Software kompensiert Verzerrung

Aus dem digitalisierten Objekt stellt der 3D-Drucker eine negative Form aus dem Kunststoff Polylactide (Polymilchsäure) her. Diese wird mit flüssigem Gips gefüllt. Nach dem Abbinden wird die biologisch abbaubare Haut abgeschält, sodass das noch weiße Objekt zum Vorschein kommt. Zuletzt wird die Folie erwärmt, sodass sie sich verformen lässt. Unterdruck saugt sie schließlich schlagartig auf das Gipsmodell.

Karrosserie eines Spielzeugautos, die mit dem neuen Verfahren hergestellt wurde.

Karrosserie eines Spielzeugautos, die mit dem neuen Verfahren hergestellt wurde.

Foto: Christian Schüller/ETH Zürich

Dabei entzerrt sich das Bild, sodass das Objekt vom Original kaum noch zu unterscheiden ist. „Durch das Verziehen des Plastiks verändert sich das gedruckte Bild. Unsere Software berechnet und kompensiert diese Verzerrung jedoch genauestens“, sagt Schüller. Thermoformen nennt sich dieser Prozess, der in der Industrie weit verbreitet ist. Mit dieser Technik werden beispielsweise Joghurtbecher und Einsätze für Pralinenschachteln hergestellt.

Hochwertiges Erscheinungsbild

Das Verfahren sorgt für eine exakte Übereinstimmung von Original und Kopie. Bei der chinesischen Maske beispielsweise sind auch feine goldfarbene Verzierungen der Zähne zu sehen. „Farben und Strukturen sind nahezu identisch zu denjenigen des Originals“, sagt Schüller. Er ist sicher, dass die Industrie das Verfahren aufgreifen wird, um Prototypen aus einem digitalen 3D-Modell herzustellen, ehe die Massenproduktion beginnt.

Architekten könnten es nutzen, um Modelle von Häusern herzustellen. Geeignet sei es auch für Modellbauer, die keine teuren 3D-Farbdrucker anschaffen wollen. „Das Erscheinungsbild der Replikate ist hochwertig und für viele Anwendungen günstiger und schneller als heutige 3D-Farbdruck-Verfahren“, wirbt Schüller für sein Verfahren.

Ein formoptimierter Kreisel. 

Ein formoptimierter Kreisel. 

Foto: TU Wien

Forscher der TU Wien und der RWTH Aachen haben eine Software entwickelt, die beliebige Objekte aus dem 3D-Drucker so an ihre Umgebung anpassen, dass sie optimale geometrische und physikalische Eigenschaften besitzen. 

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