SIGGRAPH 2021 – Rapid Prototyping im 3D-Druck: Gesteigerte Effizienz und Robustheit durch neue Scan-Pipeline

Die neue Methode im Detail

Eine neue Herangehensweise erhöht die Effizienz des 3D-Druckens bei nativer Geräteauflösung, besonders bei Nutzung des Multi Material Jetting-Verfahrens und somit bei Polyjet-Druckern: Selbst feinste Texturen gelingen mit dem 3D-Druckertreiber "Cuttlefish"® effizient und robust bei verringerter Dateigröße – ein entscheidender Faktor für große Druckaufträge. Die Ergebnisse werden auf der SIGGRAPH 2021 präsentiert.

Die Hardware der aktuellen 3D-Drucker erlaubt immer realistischere Reproduktionen der Oberflächen dank zunehmender Auflösung und Genauigkeit. Gleichzeitig steigen jedoch Faktoren wie Dateigröße, Übertragungs- und Verarbeitungszeit, was die Druckaufgabe erschwert. Grund hierfür ist die höhere Dichte an Polygonen, welche zur Approximation der gewünschten Oberfläche benötigt werden, besonders bei größeren Drucken.

Wissenschaftler der Einheit 3D-Druck-Technologie des Fraunhofer IGD stellen in ihrem Paper "Displaced Signed Distance Fields for Additive Manufacturing" ihre Lösung für dieses Dilemma vor. Der Clou: Eine geschickte Kombination aus der Erfassung makroskopischer und mesoskopischer Informationen bei der Oberflächendarstellung, wobei letztere genutzt werden, um sowohl feine Oberflächendetails als auch sanft gekrümmte Oberflächen zu reproduzieren. Hierdurch ergibt sich gerade bei großen Druckaufträgen gegenüber einer einheitlichen Tesselierung durch Flächenprimitive ein mit der Skalierung steigender Effizienzvorteil. Das Paper wurde zur Präsentation auf der SIGGRAPH 2021, der wichtigsten Veranstaltung für Computergraphik, akzeptiert. Die Konferenz findet virtuell vom 9. bis 13. August statt. Das Paper wird am 13. August von 12:00 h bis 13:00 h Pazifischer Sommerzeit (PDT) präsentiert. Die im Paper vorgestellten Lösungen kommen im 3D-Druckertreiber "Cuttlefish" bereits zum Einsatz.

Die neue Methode im Detail

Im Mittelpunkt der beschriebenen Algorithmen stehen sogenannte Displaced Signed Distance Fields, die die nahezu allgegenwärtige Signed Distance Field-Darstellung um den Faktor eines Versatzfelds vergrößern, das den Versatz zwischen der Eingabeapproximation und der tatsächlichen Oberfläche angibt. Dieses kodiert implizit sanft gekrümmte oder feindetaillierte Oberflächen in Bezug auf eine Grobtesselierung. Für den 3D-Druck müssen die von menschlichen Bedienern oder einer Scan-Pipeline erzeugten Modelle in Polygonnetze umgewandelt werden. Bei einer festgelegten Druckgröße reicht eine festgelegte Anzahl von Polygonen aus, um das Objekt mit der Präzision des Druckers zu drucken, doch bei größeren Druckgrößen müssen diese feiner tesseliert werden, ggf. mit einer viel höheren Anzahl von Polygonen.

Am Beispiel einer schlichten Kugel wird das Problem deutlich: Das Objekt mag bei einer gewissen Anzahl an Polygenen rund erscheinen, wird das Objekt jedoch bei demselben Polygonnetz größer gedruckt, erscheint die Kugel nicht mehr rund. Die Displaced Signed Distance Fields kodieren die Differenz zwischen dem stückweise flachen Eingabenetz und der tatsächlichen Oberfläche der Kugel mit der Präzision des 3D-Druckers.

Displaced Signed Distance Fields stellen die Oberfläche der Form implizit dar, was eine volumetrische Regularisierung der impliziten Funktion und eine robuste Berechnung aus unvollständigen oder sich selbst überlappenden Oberflächendaten ermöglicht. Das ist im Speziellen im 3D-Druck relevant, da in-Situ verarbeitete Informationen nicht korrigiert werden können. Das profunde Konzept mit den neuen Algorithmen des 3D-Druckertreibers Cuttlefish® erlaubt damit eine Berechnung hochdetaillierter und glatter Oberflächen aus Streaming-kompatiblen niedrigpolygonalen Netzen.

Für weitere Informationen:

Das gesamte Paper und ergänzende Materialien (Supplemental Material) finden Sie unter: https://www.cuttlefish.de/publications

Fraunhofer IGD auf der SIGGRAPH 2021:

– 13. August 2021 / 12:00 bis 13:00 Uhr Pazifischer Sommerzeit

– Die Konferenz findet virtuell statt: https://s2021.siggraph.org/presentation/?id=papers_356&sess=sess144

* * * * *

Publiziert durch connektar.de.

Veröffentlicht von:

Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD

Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
Telefon: +49 6151 155-146
Homepage: http://www.igd.fraunhofer.de

Ansprechpartner(in):
Daniela Welling
Pressefach öffnen

Firmenprofil:

Das Fraunhofer IGD ist die weltweit führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing. Visual Computing ist bild- und modellbasierte Informatik und umfasst unter anderem Graphische Datenverarbeitung, Computer Vision sowie Virtuelle und Erweiterte Realität.

Vereinfacht ausgedrückt, machen die Fraunhofer-Forscher in Darmstadt, Rostock, Graz und Singapur aus Informationen Bilder und holen aus Bildern Informationen. In Zusammenarbeit mit seinen Partnern entstehen technische Lösungen und marktrelevante Produkte.

Prototypen und Komplettlösungen werden nach kundenspezifischen Anforderungen entwickelt. Das Fraunhofer IGD stellt dabei den Menschen als Benutzer in den Mittelpunkt und hilft ihm mit technischen Lösungen, das Arbeiten mit dem Computer zu erleichtern und effizienter zu gestalten.

Durch seine zahlreichen Innovationen hebt das Fraunhofer IGD die Interaktion zwischen Mensch und Maschine auf eine neue Ebene. Der Mensch kann so mithilfe des Computers und der Entwicklungen des Visual Computing ergebnisorientierter und effektiver arbeiten. Das Fraunhofer IGD beschäftigt über 200 Mitarbeiter. Der Etat beträgt rund 19 Millionen Euro.

Informationen sind erhältlich bei:

Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Frau Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt

Telefon: +49 6151 155-146
Web: www.igd.fraunhofer.de
E-Mail : presse@igd.fraunhofer.de

12 Besucher, davon 1 Aufrufe heute