Forscher des Fraunhofer IGD haben ein Verfahren entwickelt mit denen sie Treppenstufenartefakte beim PolyJet-3D-Druck reduzieren können. Die algorithmische Methode kann unabhängig von den PolyJet-3D-Druckern genutzt werden und soll weder die Druckzeit erhöhen noch zusätzliche Rechenzeit benötigen. Wir stellen die Shape Dithering-Methode einmal vor.

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In einer Pressemitteilung, die das 3D-grenzenlos Magazin erreicht hat, berichtet das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD über ein neues Verfahren für PolyJet-3D-Drucker. Dieses soll das Problem mit den Treppenstufenartefakten, die visuell störend und strukturell für den 3D-Druck nachteilig sein können, reduzieren.

Das innovative Verfahren soll zu akkurateren Oberflächen führen und Quantisierungsfehler minimieren. Treppenstufenartefakte sind so im tatsächlichen Druck nicht mehr wahrnehmbar und liegen weit unter den physikalischen Effekten des Druckprozesses. Der Anwender erhält gleichmäßigere und glattere Objektoberflächen.

Modulierung mit hochfrequentem Signal

Damit dieser Effekt erzielt wird, wird die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal wie zum Beispiel blauem Rauschen moduliert. Es erfolgt eine Verteilung der Quantifizierungsfehler auf hohe Frequenzen, die dann durch die Funktion des menschlichen Auges und vieler Druckprozesse entfernt werden.

Alan Brunton aus dem dreiköpfigen Autorenteam erklärt:

„Die Druckzeit bleibt, unabhängig vom Verfahren, gleich. Auch zusätzliche Rechenzeit benötigt das Dithering-Verfahren nicht.“

Das Verfahren kann zum Beispiel in der Unterhaltungsbranche genutzt werden, da dort für animierte Filme, Videospiele oder Gesellschaftsspiele Figuren und Objekte gedruckt werden. Durch die Shape Dithering-Methode profitieren diese von geometrischer und farblicher Präzision und erscheinen so viel realistischer.

Bilder mit und ohne Shape Dithering Methode
Treppenstufenartefakte – wie in Bild (a) sichtbar – stören nicht nur optisch, sondern können auch für den Druck nachteilig sein. Bestehende Techniken zur Minimierung von Quantisierungsfehlern vermeiden diese nur teilweise (b). Die neue Shape Dithering Methode (c) hingegen entfernt Treppenstufenartefakte vollständig (Bild © Fraunhofer IGD).

Weiteres zum Dithering-Verfahren

Das Dithering-Verfahren kann unabhängig von den unterschiedlichen PolyJet-3D-Druckern eingesetzt werden, da es eine rein algorithmische Methode ist. Die Lösung, die im Paper „Shape Dithering for 3D Printing“ vorgestellt wurde, wird mit dem 3D-Drucker-Treiber „Cuttlefish“ des Fraunhofer IGD eingesetzt. Die Forscher möchten mit ihren veröffentlichten Ergebnissen weiterführende Hypothesen untersuchen, wie zum Beispiel, ob 3D-gedruckte Objekte durch ihre glattere Oberfläche auch belastbarer sind.

Vom 8. bis 11. August wird das Paper zur Präsentation auf der SIGGRAPH vorgestellt. Die SIGGRAPH 2022 findet als Hybridveranstaltung sowohl virtuell als auch vor Ort in Vancouver vom 8. bis 11. August statt. Der Erstautor des Papers, Mostafa Morsy Abdelkader Morsy, wird es am 9. August um 10.45 Uhr Ortszeit stellvertretend für das Forschungsteam an der SIGGRAPH 2022 präsentieren.

Video zu Cuttlefish 3D-Drucker-Treiber

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