Günstig zum Farbmodell

Durch "Computational Thermoforming" lassen sich dreidimensionale, farbige Objekte reproduzieren. Die Methode ist interessant für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien und soll eine kostengünstige Alternative zum 3D-Farbdruck darstellen.

17. Mai 2016

Forscher der ETH Zürich und von Disney Research Zürich haben mit dem Computational Thermoforming eine neue Methode entwickelt, mit der sich farbige 3D-Modelle kopieren lassen. Das Thermoformen ist eine industriell häufig genutzte Methode, um Verpackungseinlagen und andere Kunststoffartikel kostengünstig aus Folien oder Platten zu produzieren. Bei diesem Verfahren haben die Forscher darauf geachtet, dass es auf gängigen Maschinen und Materialien beruht und in der Anwendung keine besonderen Fachkenntnisse erfordert.

Der Kern des Verfahrens ist eine Computersimulation des Thermoforming-Vorgangs, die ETH-Doktorand Christian Schüller am Interactive Geometry Lab von ETH-Professorin Olga Sorkine-Hornung entwickelt hat. Mit Software wird aus der Form und der Färbung eines digitalen Modells ein Bild berechnet, das auf eine Kunststofffolie gedruckt wird. Beim Thermoformen wird diese Folie erhitzt und in eine dreidimensionale Form gezogen. Der Schlüssel liegt daher in der berechneten Verzerrung des Bildes, so dass Farben und Muster perfekt mit den geometrischen Details der Form übereinstimmen.

Für die Herstellung einer Kleinserie oder eines Prototyps wird mit einem 3D-Drucker zunächst aus Polyactide-Kunststoff (PLA) eine Negativform des gewünschten Modells produziert. Von dieser Form fertigt man eine wärmebeständige Gipsform, die dem gewünschten Modell entspricht. Über dieses Gipsmodell wird mit Hilfe von Vakuum die berechnete Folie gezogen. "Durch das Verziehen des Plastiks verändert sich das gedruckte Bild. Unsere Software berechnet und kompensiert diese Verzerrung jedoch genauestens", sagt ETH-Doktorand Schüller. Durch die Herstellung weiterer Gipsformen und Folien lässt sich der Prototyp leicht zur Kleinserie erweitern.

Welcher Detailreichtum und welche Genauigkeit möglich ist, zeigt als Beispiel die abgebildete chinesische Maske. So sind die Zähne beim Original mit Goldfarbe verziert. "Dieses Detail ist auch bei der Kopie exakt wiedergegeben. Farben und Strukturen sind nahezu identisch zu denjenigen des Originals", kommentiert Schüller. Die Oberfläche sehe hochwertig aus, glänze aber wegen des verwendeten Kunststoffs stark. Deshalb eigne sich die Methode zurzeit weniger, um Objekte aus Materialien wie Holz oder Stein nachzubilden, schätzt der Informatiker.