gCode-Manipulation: Japanische Ingenieure entwickeln FDM-3D-Druckverfahren für taktile 3D-Druck-Oberflächen

Mit der neuen 3D-Drucktechnik der Ingenieure Haruki Takahashi und Homei Miyashita aus Japan kann man eine taktile 3D-gedruckte Oberfläche erzeugen. Dafür wird der gCode des 3D-Druckers umprogrammiert. Anwendern von FDM-Desktop-3D-Druckern stehen so sehr viel mehr Möglichkeiten offen, aufwendige Objekte mit ihrem 3D-Drucker herzustellen.

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Die japanischen Ingenieure Haruki Takahashi und Homei Miyashita haben eine 3D-Drucktechnik entwickelt, die die Druckstärke durch Erhöhung und Verringerung der während des Drucks extrudierten Materialmenge steuert. Das 3D-Druckverfahren ermöglicht das 3D-Drucken von taktilen Oberflächen auf Standard-FDM-3D-Druckern.

3D-Drucker können mit dem Verfahren komplizierte, gemusterte Oberflächen erzeugen. Doch das klappt nicht immer so einfach. Das Schicht-für-Schicht-Verfahren der additiven Fertigung macht es schwierig, komplexe Muster in kleinem Maßstab und einzelne Schichten des 3D-Druckers zu erhalten. In glatten, ungebrochenen Kurven kann der 3D-Druck zum heutigen Stand schnell misslingen. Haruki Takahashi und Prof. Homei Miyashita, beide aus der japanischen Meiji-Universität, haben eine neuartige Technik für taktile 3D-Druckflächen entwickelt, die diesen „Treppeneffekt“ umgehen kann, der durch die Einschränkungen der Druckerauflösung und zu schnelles extrudieren verursacht wird.

Drucktechnik führt zu dynamischeren Kontrolle der Druckstärke
MIt der neuen Drucktechnik kann die Druckstärke dynamisch gesteuert werden (Bild © Miyashita-Labor).

Dynamische Steuerung ohne zusätzliche Hardware

Mit der neuen 3D-Drucktechnik können 3D-Drucker die Druckstärke dynamisch steuern, so dass sie ästhetische Musterblätter und taktile Objekte ohne zusätzliche Hardware 3D-drucken können. Komplette Oberflächenmuster entstehen so durch die Modifikation des gCodes des 3D-Druckers. Anstatt eine feste Extrusionsdicke einzustellen, programmieren die Ingenieure den gCode so, dass die Schichthöhe auf einer Linie variiert. So kann der FDM-3D-Drucker zum Beispiel eine Linie herstellen und abwechseln dicker und dünner wird. Der 3D-Drucker wird über den G-Code angewiesen, innerhalb der Linie mal mehr und mal weniger Filament zu extrudieren.

Der Vorteil der Verwendung dieser Technik besteht darin, dass sie den sogenannten „Treppeneffekt“ vermeidet. Versucht man Ähnliches mit CAD-Software, könnte ein 3D-Drucker, der auf eine feste Extrusionsbreite eingestellt ist, Schwierigkeiten bekommen, glatte Ergebnisse zu erzeugen. Seine Flexibilität also geht im verloren. Durch die Manipulation des gCodes sind die Ingenieure jedoch in der Lage, einige Einschränkungen der Druckerauflösung zu umgehen, indem sie alle möglichen komplizierten taktilen Muster mit einer gleichmäßigen Oberflächentextur erzeugen.

Viele Möglichkeiten mit der neuen 3D-Drucktechnik
Die Ingenieure druckten mit der neuen 3D-Drucktechnik ein Lederarmband, doch es gibt noch so viele weitere Möglichkeiten (Bild © Miyashita-Labor).

Geht es nach den Entwicklern, kann diese Technik in verschiedenen Anwendungsbereichen genutzt werden. Die dünnen Platten, die aus 3D-gedrucktem Kunststoff entstehen, können leicht mit Laser geschnitten und als Ersatz für alle Arten luxuriöser Materialien wie zum Beispiel Leder verwendet werden. Mit dieser Technik produzierten die Ingenieure ein taktiles 3D-gedrucktes Uhrenarmband. Es ist jedoch nahezu alles möglich, was als 3D-Drucker-Material bei FDM-3D-Druckern verwendet werden kann.

Einfache 3D-gedruckte taktile Gegenstände waren auch ohne diese Technik machbar. Das tactile pictures book project druckte tastbare Bücher für blinde Kinder mit dem 3D-Drucker. 3D Photoworks machte mit dem 3D-Drucker Kunstwerke für Blinde sichtbar. Und das Viginia Museum nutzt taktile Artefakte aus dem 3D-Drucker, um Menschen mit Sehbehinderung ein besseres Besuchererlebnisse zu ermöglichen.

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