Perfekt ausbalanciert

An der TU Wien wurde ein Verfahren entwickelt, um Objekte aus dem 3D-Drucker mit genau berechneten Hohlkörpern zu versehen. Dadurch nehmen diese Objekte bei der Anwendung genau die gewünschte Position ein.

22. Februar 2016

Die am Institut für Computergraphik und Algorithmen der TU Wien entwickelten Anschauungsobjekte sehen simpel aus, aber sie zeigen spezielle Eigenschaften. Ein Beispiel ist ein Plastikfisch. Wird er ins Wasser geworfen, bleibt er knapp unter der Wasseroberfläche in Schwebe, ohne unterzugehen oder an die Oberfläche aufzusteigen. Das Objekt bleibt perfekt in Schwebe. Ein ähnlicher Fall ist eine seltsam verformt wirkende Flasche. Wenn man sie mit Wasser füllt, dann kippt sie um und läuft aus. Wenn man sie allerdings mit Alkohol füllt, dann bleibt sie stehen. 

Das Geheimnis ist in beiden Fällen das Gleiche: Beide Objekte werden im 3D-Druck hergestellt und haben im Inneren Hohlräume. Genau berechnete Wandstärken sorgen dafür, dass diese Hohlräume die richtige Lage und Größe haben, damit die Objekte perfekt ausbalanciert sind. Der als Beispiel produzierte Plastikfisch bleibt so im Wasser in der Schwebe. Bei der Flasche kommt hinzu, dass der Hohlraum auf die etwas geringere Dichte von Alkohol abgestimmt ist. Deswegen bleibt sie mit Alkohol befüllt stehen und fällt mit dem etwas schwereren Wasser um.

Das hierbei angewandten mathematischen Optimierungsverfahren haben Przemyslaw Musialski und sein Team am Institut für Computergraphik und Algorithmen der TU Wien entwickelt. „Eingegeben wird die äußere Form der Figur und zusätzlich bestimmte Vorgaben – etwa die Rotationsachse oder die Schwebeausrichtung“, erklärt Musialski. „Die Software liefert dann zusätzlich zur äußeren Form auch die Form des Hohlraums im Inneren des Objektes, so dass es die Wunschvorgaben erfüllt.“ Damit die Form auch im 3D-Druck produziert werden kann, meidet der Algorithmus allzu komplizierte, zackige Formen und bevorzugt statt dessen einfache und weiche Formen.

„Unsere Methode hat eine ganze Reihe von Vorteilen“, sagt Przemyslaw Musialski. „Sie ist schnell, denn die Berechnung dauert nur einige Sekunden, sie ist wenig fehleranfällig, und wie wir zeigen konnten, lässt sie sich im Vergleich zu ähnlichen Methoden für viele ganz unterschiedliche Optimierungsaufgaben verwenden.“ Für die Entwicklung der Methode wurde Przemyslaw Musialski mit dem Austrian Computer Graphics Award (ACCA) in der Kategorie "Best Technical Solution" ausgezeichnet.