US-Forscher vom MIT entwickeln 3D-Druckverfahren um den Glanz zu reproduzierender Objekte besser drucken zu können

Beinahe beliebige Objekte können mit 3D-Druckern sehr eindrucksvoll reproduziert werden. Bei Form und Farbe gelingt das gut, den Glanz richtig zu replizieren hingegen ist schwierig bis unmöglich, bisher jedenfalls. Das amerikanische Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat eine 3D-Druck-Lösung vorgestellt, mit dem laut einer Pressemitteilung des MIT auch der Glanz von zu kopierenden Objekten realistischer abgebildet werden kann. Die Arbeit zu ihrer Lösung werden die Forscher auf der SIGGRAPH Asia – Konferenz präsentieren. Vor einiger Zeit hatten Polymaker und Kuraray das PVB-Filament „PolySmooth“ für glatte und glänzende Oberflächen auf den Markt gebracht.

Glanz auf Oberflächen durch handelsübliche Lacke

Die 3D-Druck-Hardware ist nicht für die unterschiedlichen Viskositäten (Zähflüssigkeit) der Lacke ausgelegt, die für glänzende oder matte Oberflächen verantwortlich sind. Das Team um MIT-Forscher Michael Foshey hat sich dem Problem angenommen und ein kombiniertes Hardware- und Software-3D-Drucksystem entwickelt, das mit handelsüblichen Lacken Objekten für realistische, räumlich variierende Glanzmuster sorgt, heißt es in der Mitteilung.

Die Technologie wäre laut Foshey für die originalgetreue Reproduktion von bildender Kunst geeignet. Realistischere medizinische Prothesen wären ein zweiter Einsatzbereich.

Viskosität und der 3D-Druck

Hochglänzende Oberflächen reflektieren wie Spiegel. Lacke, die für ein glänzendes Finish sorgen, sind weniger viskos und für eine glatte Oberfläche zu trocken. Lacke für ein mattes Finish sind viskoser, nahe am Honig. Darin enthalten sind große Polymere, die nach dem Trocknen zufällig aus der Oberfläche herausragen und Licht absorbieren.

Die Düsen und dünnen Flüssigkeitskanäle der 3D-Drucker sind nicht für derartige „Honig-ähnliche“ Materialien ausgelegt, da sie leicht verstopfen. Eine Oberfläche mit räumlich unterschiedlichem Glanz zu reproduzieren, ist arbeitsintensiv. Der Nutzer kann den 3D-Drucker nicht anweisen, einen Bereich matt und einen glänzend abzuschließen.

3D-Druck-Lösung mit Lack

Die Forscher des MIT entwickelten einen 3D-Drucker mit großen Düsen und der Möglichkeit, Lacktröpfchen unterschiedlicher Größe abzuscheiden. Der Lack wird im Druckbehälter des Druckers aufbewahrt. Ein Nadelventil öffnet und schließt sich, um Lacktröpfchen auf der Druckoberfläche freizusetzen. Faktoren wie der Reservoirdruck und die Geschwindigkeit der Bewegung des Nadelventils schaffen eine Vielzahl von Tröpfchengrößen zu erreichen. Je mehr Lack freigesetzt wird, desto größer ist das Tröpfchen. Je schneller die Geschwindigkeit der Tröpfchenfreisetzung gelingt, desto mehr breitet es sich aus, sobald es auf die Oberfläche auftrifft.

Durch Halbtonbildung erreicht der 3D-Drucker einen räumlich variierenden Glanz. Diskrete Lacktröpfchen werden in Mustern angeordnet, die aus der Ferne wie eine durchgehende Oberfläche wirken. Die Augen des Betrachters mischen selbst, erklärt Foshey. Der Drucker nutzt drei Lackvarianten. Einen matten Lack, einen glänzenden und einen dazwischen. Die Lacke werden in das vorprogrammierte Halbtonmuster eingearbeitet und der Drucker kann kontinuierliche, räumlich variierende Glanzschattierungen über die Druckoberfläche erzielen.

Eine Software-Pipeline steuert die Druckausgabe. Der Anwender gibt das gewünschte Glanzmuster auf der geplanten Oberfläche an. Der 3D-Drucker führt eine Kalibrierung durch, probiert verschiedene Halbtonmuster mit den Lacken aus und bestimmt für die bestmögliche Wiedergabe das richtige Halbtonmuster auf Basis des Reflexionsvermögens der Kalibrierungsmuster. Jetzt soll die Hardware weiterentwickelt werden.