Software aus Wien 11.02.2016, 07:49 Uhr

So bekommen Objekte aus dem 3D-Drucker die optimale Form

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. Wie das funktioniert, lesen Sie hier.

Auf den Hohlraum kommt es an: Damit die Fische aus dem 3D-Drucker perfekt im Wasser liegen, errechnet eine neue Software die optimale Form fürs Innere. 

Auf den Hohlraum kommt es an: Damit die Fische aus dem 3D-Drucker perfekt im Wasser liegen, errechnet eine neue Software die optimale Form fürs Innere. 

Foto: Uni Wien

Der Fisch, die Schildkröte, die Flasche, das alles wirkt ein wenig wie aus der Zeit gefallenes Spielzeug für Techniknerds. Ist es aber nicht. Im Gegenteil: Mit diesen Objekten aus dem 3D-Drucker zeigen Forscher des Instituts für Computergraphik und Algorithmen der TU Wien, dass es sehr einfach möglich ist, die physikalischen Eigenschaften von Objekten sehr exakt auf ihre Umgebung anzupassen.

Eine geometrisch optimierte Kreisel-Schildkröte.

Eine geometrisch optimierte Kreisel-Schildkröte.

Foto: TU Wien

Das Geheimnis liegt im Innern der Gegenstände. Und da schwebt der Fisch dann eben ganz knapp unter der Wasseroberfläche, weil er einen Hohlraum mit der für die Dichte von Wasser gewählten richtigen Form und Größe hat. Und die Schildkröte dreht sich zuverlässig wie ein optimaler Kreisel um ihre Achse. 

Wiener Wunderflasche balanciert unter Alkoholeinfluss

Noch cooler ist die Wunderflasche aus Wien, die aussieht, wie eine merkwürdig verbogene Getränkeflasche. Befüllt man sie mit Wasser, kippt sie um. Wenn man Alkohol in sie schüttet, bleibt sie stehen. Auch hier kommt die Physik ins Spiel, genauer die unterschiedliche Dichte von Wasser und Alkohol.

Wird diese seltsam geformte Flasche mit Wasser gefüllt, so kippt sie um. Schüttet man Alkohol hinein, so bleibt sie wundersamerweise stehen. Sie wurde von ihren Wandstärken auf den Dichteunterschied der beiden Flüssigkeiten hin optimiert.

Wird diese seltsam geformte Flasche mit Wasser gefüllt, so kippt sie um. Schüttet man Alkohol hinein, so bleibt sie wundersamerweise stehen. Sie wurde von ihren Wandstärken auf den Dichteunterschied der beiden Flüssigkeiten hin optimiert.

Foto: TU Wien

Denn die Wunderflasche aus Wien wurde so optimiert, dass dieser kleine Dichteunterschied über Stehen oder Fallen entscheidet. Die Wand der Flasche ist auf der einen Seite viel dicker als auf der anderen. So justieren die Forscher den Schwerpunkt der Flasche genau aus. 

Mathematisches Optimierungsverfahren

Das Ganze riecht nach monatelangen Experimenten im Labor, um die korrekte Justage zu ermitteln. Es ist tatsächlich ein mathematisches Optimierungsverfahren, das Przemyslaw Musialski mit seinem Team an der TU Wien gemeinsam mit der RWTH Aachen entwickelt hat.

Ein formoptimierter Kreisel. 

Ein formoptimierter Kreisel. 

Foto: TU Wien

„Eingegeben wird die äußere Form der Figur und zusätzlich bestimmte Vorgaben – etwa die Rotationsachse oder die Schwebeausrichtung“, erklärt Musialksi.

Und damit er sich besonders lange drehen kann, sieht der Kreisel im Innern so aus.

Und damit er sich besonders lange drehen kann, sieht der Kreisel im Innern so aus.

Foto: TU Wien

„Die Software liefert dann zusätzlich zur äußeren Form auch die Form des Hohlraums im Inneren des Objektes, so dass es die Wunschvorgaben erfüllt.” Mit den von der Software errechneten Daten werden die Objekte dann von einem 3D-Drucker ausgedruckt.

Die Zukunft gehört dem 3D-Druck

Als Motiv hinter der Software steht die Gewissheit, dass dem 3D-Druck ganz klar die Zukunft gehört. Vom Ziergegenstand über die Kaffeetasse bis hin zum komplexen technischen Bauteil – so etwas wird in Zukunft nicht mehr im Geschäft gekauft oder im Internet bestellt, sondern es wird zu Hause mit dem 3D-Drucker selbst produziert.

Optimierter Hase aus dem 3D-Drucker. 

Optimierter Hase aus dem 3D-Drucker. 

Foto: TU Wien

Schon heute gibt es im Netz Gestaltungsvorlagen, die jeder herunterladen kann, um sie dann individuell zu gestalten und auszudrucken.

Optimale Ergebnisse ohne physikalische Grundkenntnisse

Nicht jeder 3D-Novize verfügt jedoch über ausreichende physikalische Grundkenntnisse, um zum Beispiel den Zierfisch in der richtigen Waage im Wasser auszubalancieren. Die Software aus Wien soll dafür sorgen, dass die vom technischen Laien erzeugten Objekte auch zuverlässig die richtigen physikalischen Eigenschaften mitbringen. „Unsere Methode hat eine ganze Reihe von Vorteilen“, sagt Przemyslaw Musialski.

„Sie ist schnell, denn die Berechnung dauert nur einige Sekunden, sie ist wenig fehleranfällig und wie wir zeigen konnten, lässt sie sich im Vergleich zu ähnlichen Methoden für viele ganz unterschiedliche Optimierungsverfahren verwenden.“

Austrian Computer Graphics Award gewonnen

Die Methode hat bereits für Aufsehen gesorgt. Przemyslaw Musialski wurde bei der “PixelVienna”, einer von der TU Wien ausgerichteten internationalen Konferenz für Computergraphik und Animation mit dem Austrian Computer Graphics Award (ACCA) in der Kategorie “Best Technical Solution” ausgezeichnet.

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