Metamolds: Eine Gussform für eine Gussform

Gegenständen mittels Silikongussformen herzustellen hat eine lange Tradition. Das Erstellen der zur Fertigung komplexer Objekte nötigen Gussformen erforderte bisher jedoch viel Erfahrung sowie manuelle Eingriffe, was den Prozess kostspielig und langsam machte. Forscher des Istituto di Scienza e Tecnologie dell'Informazione (ISTI-CNR) und des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) haben nun ein Tool entwickelt, das automatisch die optimale Gussformen bestimmt, und Vorlagen für sogenannte „Metamolds“ liefert.

Diese starren Formen, die also eine Gussform für eine Gussform darstellen, werden 3D-gedruckt und zur Herstellung der optimierten Silikongussformen verwendet. Die Methode, die die Kosten dieser Fertigungstechnik senken kann, wird auf der renommierten Konferenz SIGGRAPH 2018 vorgestellt, auf der IST Austria-Forscher mit insgesamt fünf Präsentationen vertreten sind.

Soll eine Serie identischer Objekte hergestellt werden, ist das Formgießen eine wichtige Methode. Eines der bevorzugten Materialien für die Gussform ist Silikon, da es verformbar ist und Fehler verzeiht, wenn komplexe Objekte am Ende des Herstellungsprozesses aus der Form entnommen werden müssen.

Um den fertigen Gegenstand aus der Form lösen zu können, muss man entscheiden, in welche Richtung die Formteile getrennt werden können, sodass sich keine hervorstehenden Teile des Gegenstandes darin verhaken. Dann musste ein Schnitt präzise platziert werden, um die Form zu öffnen. Dieser Prozess, der bisher von einem Experten manuell durchgeführt werden musste, läuft nun automatisch.

„Bisher war das Fertigen komplexer Formen mittels Silikongussformen ein Handwerk, für das man jahrelange Erfahrung und eine geschickte Hand brauchte. Man musste wissen, wo man die Schnitte idealer Weise platziert und musste die Arbeit händisch erledigen. Unser neues Tool eröffnet diese Methode für jedermann“, sagt Bernd Bickel.

Der Benutzer muss die gewünschte Form nur hochladen. Das Tool hilft dann in zwei Schritten: Erst berechnet es, wo die Schnitte für ein optimales Ergebnis platziert werden müssen. Optimal bedeutet, dass eine möglichst kleine Anzahl von Formteilen verwendet wird und dass das Objekt nach seiner Fertigstellung sicher aus der Form gelöst werden kann.

Dann geht die Software noch einen Schritt weiter: Sie erstellt automatisch die 3D-druckbaren Vorlagen der Metamold, des Behälters, aus dem die idealen Silikonformteile gefertigt werden. Die gedruckten Metamolds werden mit flüssigem Silikon gefüllt, um die endgültigen Silikonformteile herzustellen. Diese sind wiederverwendbar und können für mehrere Abdrücke genutzt werden.

Die Forscher erwarten, dass sich ihre Methode bei kleinen Serien als sehr nützlich erweisen wird, etwa im Schmuckdesign oder in der Kunst. „Wenn man nicht gerade Millionen von Exemplaren produziert, dann ist dies die Methode der Wahl“, sagt Thomas Alderighi von ISTI-CNR, dem ersten Autor von der Studie, der zwei Monate als Praktikantin am IST Austria in der Arbeitsgruppe von Bernd Bickel verbracht hat.

„Die Produktion einer kleinen Anzahl von Replikaten für Museen könnte ein interessantes Anwendungsgebiet sein“, merkt Paolo Cignoni, Forschungsdirektor bei ISTI – CNR, an. „Diese Replikate können von Besuchern berührt werden, was zu einem intensiveren Erleben der Ausstellung führt.“

Die Silikonformteile können dann verwendet werden, um Replikate aus einer Vielzahl von verschiedenen Materialien zu erzeugen, sowohl aus traditionellen Materialien wie verschiedenen Arten von Harz, aber auch aus unkonventionellen wie Schokolade oder Eis.

Über das IST Austria
Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, Mathematik und Computerwissenschaften. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach einem Tenure-Track-Modell und Post-DoktorandInnen sowie PhD StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben dem Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung, die rein durch wissenschaftliche Neugier getrieben wird, hält das Institut die Rechte an allen resultierenden Entdeckungen und fördert deren Verwertung. Der erste Präsident ist Thomas Henzinger, ein renommierter Computerwissenschaftler und vormals Professor an der University of California in Berkeley, USA, und der EPFL in Lausanne, Schweiz. www.ist.ac.at

Bernd Bickel
bernd.bickel@ist.ac.at

Thomas Alderighi, Luigi Malomo, Daniela Giorgi, Nico Pietroni, Bernd Bickel, and Paolo Cignoni. August 2018. “Metamolds: Computational Design of Silicone Molds”. ACM Trans. Graph., Vol. 37, 4, Article 136, 13 pages. DOI: 10.1145/3197517.3201381
https://repository.ist.ac.at/1038/1/metamolds_authorversion.pdf

http://visualcomputing.ist.ac.at/publications/2018/Metamolds/ Projektseite
https://www.youtube.com/watch?v=7M2TbQnRLNg Video