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Innovation im 3D-Druck - Neues Verfahren des Fraunhofer IGD verhindert Treppenstufenartefakte

Treppenstufenartefakte (Bild a), stören nicht nur optisch. Die Shape Dithering Methode (c) entfernt diese vollständig.

Flexibel einsetzbar

Mit einer rein geometrischen und algorithmischen Methode verhindern Wissenschaftler des Fraunhofer IGD Treppenstufenartefakte im Multimaterial-3D-Druck. Um Quantisierungsfehler zu vermeiden, modulieren sie die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal. Das Ergebnis sind geometrisch und farblich akkurate Oberflächen. Ihre Forschungsergebnisse präsentieren die Wissenschaftler in dem Paper "Shape Dithering for 3D Printing", das im Rahmen der Computergrafik-Messe SIGGRAPH veröffentlicht wird.

Treppenstufenartefakte sind in herkömmlichen 3D-Druck-Verfahren unvermeidbar. Sie sind visuell störend und können für den Druck sogar strukturell nachteilig sein. Um akkuratere Oberflächen erzeugen zu können, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD ein neues Verfahren für Polyjet-Drucker entwickelt. Die Herangehensweise minimiert Quantisierungsfehler, sodass Treppenstufenartefakte im tatsächlichen Druck nicht mehr wahrnehmbar sind und weit unter den physikalischen Effekten des Druckprozesses liegen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßigere und glattere Oberfläche der Objekte.

Unterhaltungsbranche profitiert von hochwertigen Druckergebnissen

Um den gewünschten Effekt zu erhalten, wird die Oberfläche des Objekts mit einem hochfrequenten Signal, beispielsweise mit blauem Rauschen, moduliert. Dadurch erfolgt eine Verteilung der Quantifizierungsfehler auf hohe Frequenzen, die dann später durch die Funktion des menschlichen Auges und vieler Druckprozesse entfernt werden. "Die Druckzeit bleibt, unabhängig vom Verfahren, gleich. Auch zusätzliche Rechenzeit benötigt das Dithering-Verfahren nicht", erklärt Alan Brunton aus dem dreiköpfigen Autorenteam.

Eingesetzt wird das Verfahren beispielsweise in der Unterhaltungsbranche. Für animierte Filme, Videospiele oder für Gesellschaftsspiele werden Figuren und Objekte gedruckt. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren profitieren diese durch den Shape Dithering Ansatz von geometrischer und farblicher Präzision und erscheinen so besonders realistisch.

Flexibel einsetzbar

Als rein algorithmische Methode kann das Dithering-Verfahren unabhängig von der Hardware, also mit unterschiedlichen Polyjet-3D-Druckern, genutzt werden. Die im Paper vorgestellte Lösung wird mit dem 3D-Druckertreiber "Cuttlefish" des Fraunhofer IGD eingesetzt. Ausgehend von den nun veröffentlichten Ergebnissen werden die Wissenschaftler zukünftig die weiterführende Hypothese untersuchen, ob die gedruckten Objekte - bedingt durch ihre glattere Oberfläche - auch belastbarer sind.

Das Paper "Shape Dithering for 3D Printing" wurde zur Präsentation auf der SIGGRAPH 2022, der wichtigsten Veranstaltung für Computergraphik, akzeptiert. Die Konferenz findet als Hybridveranstaltung sowohl virtuell als auch vor Ort in Vancouver vom 8. bis 11. August statt. Mostafa Morsy Abdelkader Morsy, Erstautor des Papers, präsentiert dieses am 9. August um 10.45 Uhr Ortszeit stellvertretend für das Forschungsteam.

Weiterführende Informationen:

Das gesamte Paper und ergänzende Materialien (Supplemental Material) finden Sie unter:

- https://www.cuttlefish.de/publications
- https://dl.acm.org/doi/10.1145/3528223.3530129 

Schauen Sie hier das Video: https://www.youtube.com/watch?v=ps4m5WDqrbM 

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Fraunhofer IGD auf der SIGGRAPH / 8-11. August 2022 

Präsentation Paper - 9. August 2022, 10:45 Uhr

 

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