VR-CAD-Modellierung und 3D-Druck: „RoMA“ vereint Augmented Reality, 3D-Druck und Robotik in einer interaktiven Fertigungsplattform

Der Forscher Huaishu Peng von der Cornell University hat sich wiederholt dem Thema 3D-Druck gewidmet und diesmal mit „RoMA“ einen Roboter entwickelt, der Augmented Reality und 3D-Druck vereint. Mit eine VR-Brille lassen sich 3D-Objekte als CAD-Modell modellieren. Ein Roboterarm fertigt das so modellierte Objekte anschließend selbstständig als 3D-gedrucktes Objekt.

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Oft sehen wir die Kombination der Robotik und dem 3D-Druck sowie die Kombination der erweiterten Realität (Agmented Reality) und dem 3D-Druck. Doch der Forscher Huaishu Peng von der Cornell University, dessen 3D-Druckarbeit schon mehrfach für Schlagzeilen sorgte, arbeitet an einem neuen Projekt, das alle drei Bereiche miteinander vereint. Hier sieht man eine große Vielfalt an interessanten und innovativen Forschungs- und Projektmöglichkeiten und dabei kann man ohne Bedenken behaupten, das der Robotic Modelin Assistant (RoMA) von Peng und seinem Team, der coolste ist, den man je gesehen hat.

Augmented Reality und 3D-Druck
RoMA: Augmented Reality und 3D-Druck (Bild © Screenshot: 3D-grenzenlos Magazin; Videoquelle: Youtube/
Huaishu Peng).

Laut Pengs Webseite interessiert er sich für die technischen Aspekte der Mensch-Computer-Interaktion (HCI) und entwirft Hardware- und Softwaresysteme, um 3D-Modellierung mit interaktiven Erlebnissen zu ermöglichen sowie funktionale Objekte mit maßgeschneiderten Fertigungsmaschinen herzustellen.

„Ich stelle mir vor, dass die Menschen in Zukunft sowohl die Form als auch die Funktion alltäglicher Objekte entwerfen werden und eine persönliche Fertigungsmaschine wird nicht nur die Erscheinung, sondern auch die Interaktivität der Abzüge konstruieren“, schrieb Peng. RoMA ist ein Fertigungssystem, das den Anwendern eine praktische 3D-Modellierung in Form eines Roboterarms und eines AR-CAD-Editors ermöglicht.

Wenn der RoMA AR-CAD-Editor von einem Konstrukteur verwendet wird, um ein neues 3D-Modell zu zeichnen, erstellt der 3D-Roboterarm Funktionen, um das Modell bei gleichem Designvolumen erweitern zu können. Danach kann das teilweise 3D-bedruckte Modell als der physische Bezugspunkt des Designers benutzt werden, während weitere Elemente zu dem Design hinzugefügt werden.

Peng und seine Kollegen schrieben folgendes über RoMA:

„Wir präsentieren den Robotic Modeling Assistang (RoMA), ein interaktives Fertigungssystem, das eine praktische, präzise und vor allem schnelle Modellierung ermöglicht. Wenn mit dem RoMA AR-CAD-Editor ein neues Modell erstellt wird, werden gleichzeitig mit demselben Konstruktionsvolumen die Funktionen von einem 3D-Druckroboterarm erstellt. Das teilweise gedruckte physische Modell dient für die Designer dann als greifbare Referenz, da sie ihrem Design neue Elemente hinzufügt. Der von RoMA inspirierter Handschlagmechanismus zwischen dem 3D-Druckroboterarm und dem Designer ermöglicht es dem Konstrukteur, den Druckvorgang schnell zu unterbrechen, um auf einen bedruckten Bereich zuzugreifen oder anzuzeigen, dass die volle Kontrolle über das Modell vom Roboter übernommen werden kann. Benutzer können mit RoMA reale Bedingungen in ein Design integrieren und so proportionierte Teile erstellen oder bestehende Objekte erweitern.“

Um ein RoMA-System zu verwenden, trägt ein Designer ein AR-Headset (erweiterte Realität) und beginnt mit Hilfe von zwei AR-Controllern mit der Gestaltung des Druckvolumens. Sobald ein Designmerkmal erstellt wurde, druckt der Roboterarm das neue Merkmal vor Ort, beginnend in der hinteren Hälfte des Designvolumens. Der Designer kann zu jeder Zeit in die vordere Hälfte des Designvolumens gedruckte Merkmale als physische Referenz zur Verwendung mit einbeziehen. Währenddessen aktualisiert der Roboterarm seinen Zeitplan und druckt ein anderes verfügbares Modellteil. Sobald ein Design fertiggestellt wurde, tritt der Designer zurück und ermöglicht dem Robotersystem die volle Kontrolle über die Fertigungsplattform, damit der Druck beendet wird.

Während es für einen Zuschauer so aussieht, als ob der Designer die Controller auf nichts ausrichten würde, entwirft er auf der rotierenden Plattform tatsächlich ein 3D-Modell unter dem Roboterarm. Danach druckt der Roboterarm in einem 3D-Format jedes fertiggestellte Designmerkmal, das scheinbar in der Luft liegt und das nur der Designer mit dem Headset sehen kann.

Fast wie eine 3D-Stift – nur viel mehr High-Tech und Potenzial für industrielle Anwendungen

Wenn Sie vorhaben einen Stand für Ihren Modelljet zu bauen, eine Teekanne mit einem perfekt auf Ihren Finger abgestimmten Fingerloch oder eine Garage für Ihr LEGO-Fahrzeug, dann sollten Sie RoMAs Hilfestellung nutzen und das System die Arbeit erledigen lassen. Es ist fast wie ein 3D-Druckstift, aber in einem viel größeren Maßstab, mit AR-Technologie und einem Roboterarm, der den 3D-Druckprozess steuert. Laut der Projektseite können die Benutzer reale Bedingungen in ein Design schnell integrieren, so dass man gut positionierte und greifbare Teile erstellen sowie ein Objekt erweitern kann. Das umfasst einen Adept S850 6DOF 3D-Roboterarmdrucker, der an der Decke montiert ist, ein AR-Headset mit Controllern und eine rotierende Plattform. In Bezug auf die Software hat RoMA eine integrierte AR- und Robotersteuerung, einen benutzerdefinierten AR-CAD-Editor und den von Proxemics inspirierten Handschlagmechanismus, der die Interaktion zwischen Mensch und Roboter unterstützt.

Jet auf einem 3D-gedrucktem Podest
Ein Anwendungsbeispiel des Prototypen „RoMA“ von Huaishu Peng (Bild © Huaishu Peng)

Das benutzerdefinierte AR-Modelliertool ist tief in die CAD-Modellierungssoftware von Rhino integriert und betont das interaktive Design, ähnlich wie SketchUp. Um mit dem ganzen Prozess zu beginnen, muss der Designer in der Nähe der rotierenden Bauplattform bleiben, die durch das 3D-Drucksystem und beweglich gehalten wird. Das System druckt dann das Modellteil, dass sich in der hinteren Hälfte der Plattform befindet. Danach muss der Designer lediglich den Griff der Plattform berühren und ihn drehen, um das Modell nach vorne zu bringen. Der Roboterarm wird dabei automatisch vom Benutzer weg geparkt, bis der Designer weggeht. Dann kann der Roboterarm die volle Kontrolle über die Plattform übernehmen und den Druckprozess abschließen. Außerdem können alle vom 3D-Roboterarm zurückgelassenen Bezüge einfach mit dem Systemcontroller entfernt werden.

RoMA ist ein sehr interessantes System, das bestimmt mehr und mehr Anwendung in verschiedenen Bereichen finden wird.

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