Forscher des Fraunhofer IGD haben eine neue Methode entwickelt, mit der sie die Effizienz des 3D-Drucks bei nativer Geräteauflösung erhöhen. Gerade bei Multi-Material-Jetting und PolyJet-Druckern soll diese Herangehensweise geeignet sein. Feinste Texturen sollen mit dem 3D-Druckertreiber „Cuttlefish“® effizient und robust bei verringerter Dateigröße möglich sein.

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Aktuelle 3D-Drucker können immer realistischere Oberflächen reproduzieren dank zunehmender Auflösung und Genauigkeit. Dabei steigen Faktoren wie Dateigröße, Übertragungs- und Verarbeitungszeit, was die Druckaufgabe erschwert. Laut einer Pressemitteilung des Fraunhofer IGD an das 3D-grenzenlos Magazin geschieht das aufgrund höherer Polygonen-Dichte, die zur Approximation der gewünschten Oberfläche gerade bei größeren Drucken nötig sind.

„Displaced Signed Distance Fields for Additive Manufacturing“

Zwei Teekannen mit Muster
Eine mit Texturen versehene Teekanne mit und ohne Verwendung einer Displacement Map für feinere Geometrie. Der gesteigerte visuelle Realismus geht mit einer geringen Erhöhung des Gesamtspeichers einher (Bild © Fraunhofer IGD).

Forscher des Fraunhofer IGD der Einheit 3D-Druck-Technologie haben auf der SIGGRAPH 2021 in ihrem Paper „Displaced Signed Distance Fields for Additive Manufacturing“ ihre Lösung für dieses Problem vorgestellt. Sie erfassen makroskopische und mesokopische Informationen bei der Oberflächendarstellung kombiniert und reproduzieren so feine Oberflächendetails und sanft gekrümmte Oberflächen.

Bei großen Druckaufträgen ergibt sich ein mit der Skalierung steigender Effizienzvorteil gegenüber einer einheitlichen Tesselierung durch Flächenprimitive. Die im Paper vorgestellten Lösungen werden bereits im 3D-Drucker-Treiber „Cuttlefish“ eingesetzt. Die kürzlich veröffentlichte optimierte Version von Cuttlefish haben wir erst vor wenigen Tagen vorgestellt.

Die Displaced Signed Distance Fields vergrößern die Signed Distance Field-Darstellung um den Faktor eines Versatzfelds. Das Versatzfeld gibt den Versatz zwischen der Eingabeapproximation und der tatsächlichen Oberfläche an. Sanft gekrümmte oder fein detaillierte Oberflächen werden implizit kodiert in Bezug auf eine Grobtesselierung. Die von menschlichen Bedienern oder einer Scan-Pipeline erzeugten Modelle müssen explizit für den 3D-Druck in Polygonnetze umgewandelt werden. Bei einer festgelegten Druckgröße reicht eine festgelegte Anzahl von Polygonen aus, um das Objekt präzise zu drucken. Größere Druckgrößen benötigen eine feinere Tesselierung mit einer viel höheren Anzahl von Polygonen.

Erklärung des Problems anhand einer einfachen Kugel

Kugel mit unterschiedlichen Durchmessern
Eine Kugel mit einem Durchmesser von 3 cm und 5 cm, gedruckt mit demselben 80-primitive-Input unter Verwendung von punktnormalen gekrümmten Polygonen, die mit dem Framework des Fraunhofer IGD implementiert wurden (Bild © Fraunhofer IGD).

Am Beispiel einer schlichten Kugel erklären die Forscher das Problem. Mit einer gewissen Polygonmenge erscheint die Kugel rund. Wird das Objekt bei demselben Polygonnetz größer gedruckt, wirkt sie nicht mehr rund. Die Displaced Signed Distance Fields kodieren die Differenz zwischen dem stückweise flachen Eingabenetz und der tatsächlichen Oberfläche der Kugel mit der Präzision des 3D-Druckers.

Die Oberfläche der Form wird mit den Displaced Signed Distance Fields implizit dargestellt, wodurch eine volumetrische Regularisierung der impliziten Funktion und eine robuste Berechnung aus unvollständigen oder sich selbst überlappenden Oberflächendaten möglich wird. Das ist gerade bei 3D-Druck wichtig, da in situ verarbeitete Informationen nicht korrigiert werden können. Das Konzept mit den neuen Algorithmen des 3D-Druckertreibers Cuttlefish macht damit eine Berechnung hochdetaillierter und glatter Oberflächen aus Streaming-kompatiblen niedrigpolygonalen Netzen möglich. Erhalten Sie alle Updates zur 3D-Drucktechnologie täglich neu im 3D-grenzenlos Magazin seit 2013 (Newsletter abonnieren).

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