Forscher der TU Wien haben ein Optimierungsverfahren erarbeitet, mit dessen Hilfe sich physikalische Effekte in 3D-Objekte integrieren lassen. Über ein mathematisches Optimierungsverfahren werden aus den digitalen Dateien druckbare Dateien, mit denen sich zum Beispiel „schwebende Fische“ drucken lassen.

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Logo TU WienDie TU Wien hat ein Verfahren entwickelt mit dem man per 3D-Drucker unmögliche Dinge, wie schwebende Fische oder balancierende Monster, drucken kann. Die Methode der TU Wien erlaubt es 3D-Objekte mit einem Hohlraum zu versehen, damit ihre Balance oder andere physikalische Eigenschaften zum gewünschten Einsatzbereich passen.

Der schwebende Fisch zum Beispiel wurde aus Kunststoff gedruckt und schwebt nach den Wurf ins Wasser knapp unter der Wasseroberfläche. Das Schweben wird über einen Hohlraum erreicht, der die exakte Form und Größe aufweist. Die Dichte der Fische kann an die Flüssigkeiten angepasst werden.

Schwebende Fische
Schwebende Fische: Dabei handelt es sich um Kunststofffische, die unmittelbar unter der Wasseroberläche schwimmen. Gefertigt werden sie mit einem 3D-Drucker (Bild © TU Wien)

Bei einer Plastikschildkröte wurde die Drehachse so optimiert, dass sie als Kreisel funktioniert. Die Wunderflasche hat eine verbogene Geometrie, die ausläuft, sobald sie mit Wasser gefüllt wird. Enthält sie jedoch Alkohol dann bleibt sie stehen. Der Grund für dieses Verhalten ist die unterschiedliche Dichte von Wasser und Alkohol. Die Seitenwände der Flasche haben eine unterschiedliche Dicke, um den Schwerpunkt genau bestimmen zu können. Die Anpassung erfolgt am Computer mit einem mathematischen Optimierungsverfahren, welches von Przemyslaw Musialski von der Technischen Universität Wien mit seinem Team entwickelt wurde.

Am Computer wird die äußere Form der Figur und zusätzlich bestimmte Vorgaben wie die Rotationsachse oder Schwebeausrichtung eingegeben. Das Programm generiert digital die richtige äußere Form und den passenden Hohlraum, damit die Vorgaben des Nutzers erfüllt werden.

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Vom digitalen Entwurf zum 3D-Objekt

Das digitale 3D-Objekt muss nach seinem Entwurf am Rechner anschließend noch mit einem 3D-Drucker herstellbar sein. Die Programmiersprache des neuen Verfahren bevorzugt weiche einfache Formen, während eine zackige und komplizierte Geometrie weniger gewünscht sind. Die äußere Form kann je nach Eigenschaft des 3D-Objekts angepasst oder nicht optimiert werden.

Nach Angaben von Musialski sei die Methode flink. Die Berechnung dauert nur ein paar Sekunden, ist weniger fehleranfällig und für viele ganz unterschiedliche Optimierungsverfahren einsetzbar. In wenigen Jahren wird jeder Haushalt über einen 3D-Drucker verfügen mit dem sich beinahe alle gewünschten Objekte selbst herstellen lassen. Mit einem Optimierungsverfahren können den Objekten dann die geforderten Eigenschaften zugewiesen werden.

Auszeichnungen für das Verfahren

Przemyslaw Musialski wurde für die Entwicklung des innovativen Verfahrens mit dem Austrian Computer Graphics Awards (ACCA) in der Kategorie „Best Technical Solution“ ausgezeichnet und bekam seinen Preis auf der „PixelVienna“, einer internationalen Konferenz für Computergrafik und Animation überreicht.

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