Forschende der ETH Zürich und Disney Research Zurich haben ein neues Verfahren namens «Computational Thermoforming» entwickelt. Damit können sie Replikate von digitalen 3D-Modellen aus Plastik herstellen, bei denen Form und Farbe detailgetreu wiedergegeben werden. Diese Technik erweitert die Palette der digitalen Fabrikationsmethoden und ist eine effiziente und kostengünstige Alternative zum 3D-Farbdruck.
Das neue Verfahren der Forschenden ist eine geschickte Kombination einer bewährten industriellen Produktionstechnik, dem Thermoformen, und einer neuen Software. Mit diesem Verfahren können selbst ambitionierte Laien von Gegenständen mit komplex strukturierten und farbigen Oberflächen Einzelstücke oder Kleinstserien rasch und günstig herstellen.
Der Kern des Verfahrens ist eine präzise Computersimulation des Thermoforming-Vorgangs, die ETH-Doktorand Christian Schüller am Interactive Geometry Lab von ETH-Professorin Olga Sorkine-Hornung entwickelt hat.
Diese Simulation berechnet aus der Oberflächenfärbung eines digitalen 3D-Modells ein Bild, das auf eine Plastikfolie 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.
Computational Thermoforming
Die Forschenden testeten ihre Technik mit zum Teil sehr komplexen Objekten, unter anderem einer chinesischen Maske und diversen Modellbaukomponenten wie einer Autokarosserie oder Lebensmittelimitaten.
Abstract:
We propose a method to fabricate textured 3D models using thermoforming. Differently from industrial techniques, which target mass production of a specific shape, we propose a combined hardware and software solution to manufacture customized, unique objects. Our method simulates the forming process and converts the texture of a given digital 3D model into a pre-distorted image that we transfer onto a plastic sheet. During thermoforming, the sheet deforms to create a faithful physical replica of the digital model. Our hardware setup uses off-the-shelf components and can be calibrated with an automatic algorithm that extracts the simulation parameters from a single calibration object produced by the same process.
Literaturhinweis: «Computational Thermoforming» by
Schueller C, Panozzo D, Grundhoefer A, Zimmer H, Sorkine E, Sorkine-Hornung O. Computational Thermoforming. SIGGRAPH 2016 Papers, July 24-28, 2016, Anaheim, CA
http://igl.ethz.ch/projects/thermoforming/computational-thermoforming-2016.pdf