Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Krümmung einen Schritt voraus

27.06.2017

CurveUps: Computerwissenschaftler am IST Austria entwickeln flache Strukturen, die sich selbsttätig in gekrümmte Freiformobjekte mit glatten Oberflächen verwandeln. Die neue Methode wird bei der diesjährigen SIGGRAPH-Konferenz präsentiert.

Obwohl es 3D-Drucker schon seit den 1980er Jahren gibt, sind wir noch weit davon entfernt, ihr gesamtes Potenzial auszureizen. Einen aktuellen Forschungs- und Entwicklungsbereich stellen „selbsttätige“ Objekte dar: flache Materialien, die sich selbsttätig durch die inneren Materialkräfte in die gewünschten 3D-Objekte transformieren können.


CurveUps sind flache Materialien, die sich selbsttätig durch die inneren Materialkräfte in die gewünschten 3D-Objekte transformieren können.

IST Austria

Bisher war dies auf Objekte mit scharfen Kanten und geringer Krümmung beschränkt, und die Transformation beruhte hauptsächlich auf Faltmethoden und Prozessen, die nicht sehr genau gesteuert werden konnten, wie zum Beispiel chemische Reaktionen oder Aufblähung. Nun hat es eine Gruppe von Computerwissenschaftler am IST Austria erstmals geschafft, selbsttätige Objekte mit glatter Oberfläche und beliebiger Form herzustellen.

Zu diesem Zweck entwickelten sie ein raffiniertes Materialdesign und eine neue Methode der Selbsttransformation – sie bezeichnen ihre innovativen Ergebnisse als „CurveUps“. Das Team aus Ruslan Guseinov, Eder Miguel und Bernd Bickel entwickelte darüber hinaus auch Berechnungswerkzeuge, die aus dem gewünschten 3D-Modell eines Benutzers automatisch eine flache 2D-Vorlage erzeugen, die sich bei ihrer Freisetzung dann in die originale 3D-Version verwandelt.

Das Ziel des Projekts war in mehrfacher Hinsicht hoch gesteckt. Ein 3D Objekt zu erzeugen, das in seiner endgültigen Form mechanisch stabil ist, stellt eine große Herausforderung dar. Darüber hinaus musste das Team einen steuerbaren Mechanismus entwickeln um die 3D-Form zu erzeugen.

„Ich habe mit vielen verschiedenen Materialien und Methoden experimentiert, bevor wir das gegenwärtige Design gefunden haben“, erklärt Erstautor Ruslan Guseinov. CurveUps bestehen aus winzigen Plättchen, die zwischen vorgedehnten Schichten aus Latex eingeschlossen sind. Während des Transformationsprozesses zieht die Spannung der gedehnten Latexschichten die Plättchen zu einer durchgängigen Schale zusammen.

Die innovative Design- und Transformationsmethode war aber nur ein Teil der Arbeit des Teams. Als diesen Ideen vorlagen, konzentrierten sich die Computerwissenschaftler schließlich darauf, die Werkzeuge für die Erzeugung der 2D-Druckvorlagen zu entwickeln. Ihr Programm wandelt ein 3D-Modell eines Benutzers automatisch in ein 2D-Plättchen-Design mit der nötigen Orientierung, dem Ort und der Form sämtlicher Plättchen und Verbindungsstifte um.

Da auch die kleinsten Modelle aus hunderten oder tausenden Plättchen bestehen, stellt dies ein Optimierungsproblem ungeheuren Ausmaßes dar – undurchführbar auf einem PC. Um dies zu lösen, setzte die Gruppe einen zweistufigen Optimierungsprozess ein, der zuerst eine ungefähre Lösung ergibt und anschließend punktuell Verbesserungen vornimmt, noch bevor die endgültige Vorlage erzeugt wird. Der gesamte Prozess vom 3D-Modell bis zum CurveUp kann im unten verlinkten Video betrachtet werden.

CurveUps beeindrucken nicht nur technisch und mathematisch, sondern stellen einen wichtigen Durchbruch im 3D-Druck dar. „Unsere Forschung ist ein Schritt hin zur Entwicklung neuer Herstellungstechniken: Es gab viele Fortschritte in der Herstellung flacher Objekte, beispielsweise in der Elektronik, die bisher auf 2D-Formen beschränkt waren“, sagt Ruslan Guseinov. „Mit CurveUps ermöglichen wir die Erzeugung von 3D-Objekten, die mit denselben Technologien ausgestattet sind. Damit erweitern wir die Grenzen der digitalen Fabrikation weit über das bisher Mögliche hinaus.“

Dem stimmt Bernd Bickel zu: “Es gibt viel Wissen zur 2D-Drucktechnik, und diese Einsatzmöglichkeiten verbinden wir nun mit denen der 3D-Objekte. Das ist ein extrem spannender Bereich in der Forschung des 3D-Drucks, und unsere Gruppe arbeitet aktiv daran, die Möglichkeiten noch mehr zu erweitern“.

Ruslan Guseinov ist im dritten Jahr seines PhD-Studiums am IST Austria und ist in der Forschungsgruppe Computergrafik und digitale Fabrikation tätig. Eder Miguel war vormals Postdoc in der Gruppe und ist nun als Postdoc an der Rey-Juan-Carlos-Universität beschäftigt. Leiter der Gruppe ist Assistant Professor Bernd Bickel, der 2015 ans IST Austria wechselte. Ihr Forschungsbericht wird in Los Angeles, Kalifornien, auf der diesjährigen SIGGRAPH, der weltweit führenden Konferenzen zu Computergrafik und interaktiven Techniken, präsentiert werden.

Weitere Informationen:

http://visualcomputing.ist.ac.at/publications/2017/CurveUp/ Weitere Informationen über das Projekt

https://www.youtube.com/watch?v=OSo1HZFhVaU / Video: CurveUps: Shaping Objects from Flat Plates with Tension-Actuated Curvature (SIGGRAPH 2017)

Dr. Elisabeth Guggenberger | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: 3D-Druck 3D-Modell CurveUps Krümmung Plättchen SIGGRAPH chemische Reaktionen latex

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Intel und Universität Luxemburg kooperieren, um selbstfahrende Autos sicherer zu machen
24.11.2017 | Universität Luxemburg - Université du Luxembourg

nachricht Europäisches Konsortium baut effizientestes Rechenzentrum der Welt
22.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

Kinderanästhesie aktuell: Symposium für Ärzte und Pflegekräfte

23.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Riesen-Drehmomentsensor aus der PTB bringt Präzision vom Labor in den Prüfstand

24.11.2017 | Energie und Elektrotechnik

Projekt RadVerS – Welcher Radfahrtyp sind Sie?

24.11.2017 | Verkehr Logistik