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3D-Druck

Neues Verfahren verhindert Treppenstufenartefakte

Mit einer rein geometrischen und algorithmischen Methode verhindern Wissenschaftler des Fraunhofer IGD Treppenstufenartefakte im Multimaterial-3D-Druck. Das Ergebnis sind geometrisch und farblich akkurate Oberflächen.

Bild: Fraunhofer-Institut IGD

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.


Treppenstufenartefakte sind in 3D-Druck-Verfahren oft unvermeidbar. Sie sind visuell störend und können sogar strukturell nachteilig für den Druck sein. Um akkuratere Oberflächen erzeugen zu können, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD ein Verfahren für Polyjet-Drucker entwickelt. Die Herangehensweise soll Quantisierungsfehler minimieren, 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. Ihre Forschungsergebnisse präsentieren die Wissenschaftler in einem Paper, das im Rahmen der Computergrafik-Messe Siggraph veröffentlicht wurde.

Einsatz in der Unterhaltungsbranche

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.

Ein Einsatzfeld für das Verfahren ist etwa die Unterhaltungsbranche. Für animierte Filme, Videospiele oder für Gesellschaftsspiele werden Figuren und Objekte gedruckt. Der Shape Dithering-Ansatz sorgt hier für geometrische und farbliche Präzision.

Flexibel einsetzbar

Als rein algorithmische Methode kann das Dithering-Verfahren unabhängig von der Hardware genutzt werden. Ausgehend von den veröffentlichten Ergebnissen wollen die Wissenschaftler zukünftig die weiterführende Hypothese untersuchen, ob die gedruckten Objekte – bedingt durch ihre glattere Oberfläche – auch belastbarer sind.


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