Forscher der chinesischen Zhejiang University und der Carnegie Mellon University haben eine Methode entwickelt, mit der 3D-Oberflächen mit Textur hergestellt werden können. Sie fertigten Beispielobjekte an und hoffen, so die Gestaltungsmöglichkeiten der 4D-Drucktechnologie mit einem Hobby-FDM-Drucker zu erweitern. Die Ergebnisse haben sie in einer Studie zusammengefasst und veröffentlicht.

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Forscher der chinesischen Zhejiang University und der amerikanischen Carnegie Mellon University haben mit 4DTexture einen Entwurfsansatz entwickelt, der die digitale Fertigung und Texturierung von Materialien ermöglichen soll. Den Entwurfsansatz beschreiben sie als „ganzheitliche, rechnergestützte Entwurfs- und Herstellungsmethode“. Mithilfe eines hochmodernen 3D-Druckverfahrens entstehen 3D-Oberflächen mit Textur. Die Studie der Forscher trägt den Namen „4DTexture: Eine formverändernde Herstellungsmethode für 3D-Oberflächen mit Textur„.

Gestaltungsfreiheit mit 4DTexture

Mit der Methode entstehen Aktuatoren mit vertikalen Texturstrukturen und der Möglichkeit zur Umwandlung in komplizierte Formen. Benutzer können das Texturelement und die Form des Aktuators entwerfen, das Transformationsprinzip definieren und den Anordnungstyp und die Tendenz der Textur festlegen. Es wird eine G-Code-Datei generiert, die von einem FDM-Drucker gedruckt werden kann. Durch das Hinzugeben von Wärme lässt sich das fertige, zunächst flache Stück, in die 3D-Zielform bringen.

Die Forscher bauten eine Bibliothek verschiedenen Formen (Halbkugeln, Halbzylinder, Pyramiden und andere) auf und führten zugleich Experimente durch. Mit den Tools von 4DTexture können Parameter angepasst werden, Designer können 4D-Morphing-Mechanismen aus früheren Projekten verwenden oder die Einstellungen verändern. Texturen auf der gewählten Aktuatorform können nach Wunsch angeordnet oder verschoben werden. Auch die Höhe und die Größe lassen sich individuell einstellen.

Transformationsarten
Die Beispieltexturen waren selbst ansteigend, sich selbst wickelnd oder sich selbst biegend (Bild © Bilder der Studie entnommen).

Beispieltexturen aus PLA

Die Forscher fertigten Beispieltexturen aus PLA mit dem MakerBot Replicator 2X her. Die Objekte waren entweder selbst ansteigend, sich selbst wickelnd oder sich selbst biegend. 2016 hat MakerBot neue Extruder für den MakerBot Replicator 2X vorgestellt.

„Der Transformationsmechanismus kann durch die Druckrichtung gesteuert werden, die in unser System eingebettet wurde, um das Verhalten zu simulieren“, erklärten die Forscher.

Unter den Beispielobjekten befinden sich Modeaccessoires, ein modulares Spielzeug, ein Befestigungselement und ein haptischer Griff, zum Beispiel für den Fahrradlenker. Die Forscher hoffen, dass ihr Verfahren die Gestaltungsmöglichkeiten der Hobby-FDM-Drucker um die 4D-Drucktechnologie erweitern kann. Ein systematisches Materialexperiment soll dabei helfen, die Transformationsgenauigkeit und die parametrische Einstellung zu optimieren, damit das Designtool benutzerfreundlicher wird. Über die weitere Entwicklung zu den Forschungen berichten wir im Newsletter des 3D-grenzenlos Magazins (hier abonnieren).

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