Farbiger 3D-Druck ohne Drucker

3D-Druck hat sich im Maschinenbau, de Medizin und teilweise auch im privaten Bereich etabliert. Doch die 3D-Drucker sind noch teuer. Forscher haben nun eine günstigere Alternative entwickelt. Computational Thermoforming heißt das neue Verfahren.

3D-Druck nimmt in der Industrie und auch in der Wissenschaft sowie im privaten Raum langsam aber sicher eine immer wichtigere Rolle ein. Vielfältig sind die Möglichkeiten und die Preise für manche Geräte nähern sich dem Konsumenten an. Doch preisgünstige, gut funktionierende Drucker lassen noch auf sich warten. Wissenschaftler der ETH Zürich und Disney Research Zurich haben deshalb ein neues Verfahren entwickelt: Computational Thermoforming. Damit lassen sich Replikate von digitalen 3D-Modellen aus Plastik herstellen, wenn gewollt sogar in Farbe.

Man benötigt nun einen einfachen 3D-Drucker, der Kunststoff verarbeitet und einen Thermoformer. An der ETH wurde dafür eine spezielle Software entwickelt. Zuerst wird mithilfe eines 3D-Druckers ein Negativmodell des Objektes aus dem einfarbigen Kunststoff Polylactid erstellt. Dieses ist dann die Basis für die wärmebeständige Gipsform, die zum Thermoformen verwendet wird. Dann wird die Gipsform gefüllt, sodass eine perfekte Replik entsteht.

In einem zweiten Schritt digitalisiert ein 3D Scanner das Objekt, das repliziert werden soll. Die Software rechnet aus der 3D-Vorlage dann ein zweidimensionales Bild heraus, das mit einem Farblaserdrucker auf ein Transferpapier gedruckt wird. Anschließend wird das Bild mit Hitze und Druck auf eine Plastikfolie übertragen. Diese sieht zunächst sehr verzerrt aus. „Durch das Verziehen des Plastiks verändert sich das gedruckte Bild. Unsere Software berechnet und kompensiert diese Verzerrung jedoch genauestens“, sagt Christian Schüller von der ETH Zürich.

In einer Thermoformmaschine wird zuerst die Gipsform platziert. Anschließend wird die Plastikfolie über der Gipsform eingespannt und erhitzt, das macht die Folie formbar. Durch ein erzeugtes Vakuum wird die Luft zwischen Folie und Gipsabdruck abgesaugt. Dadurch legt sich die Folie wie eine zweite Haut um die Gipsform herum.

Selbst sehr komplexe Gegenstände konnten mit dieser Technologie repliziert werden, wie etwa eine chinesische Maske. So waren 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“, sagt Schüller. Die Oberfläche sehe hochwertig aus, glänze aber wegen des verwendeten Plastiks stark. Deshalb eigne sich die Methode zurzeit weniger, um Objekte aus Materialien wie Holz oder Stein nachzubilden, schätzt der Informatiker. „Das Erscheinungsbild der Replikate ist hochwertig und für viele Anwendungen sogar günstiger und schneller als heutige 3D-Farbdruck-Verfahren.“

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