Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Grafischer 3D-Druck - Farbgetreue Monitordarstellung für im Polyjet- und Multijet-Fusion-Verfahren hergestellte 3D-Objekte

Das Ziel des vorliegenden Vorhabens besteht in der Entwicklung eines farbgetreuen 3D-Softproofs für die beiden Vollfarb-3D-Druckverfahren Polyjet (Stratasys, Mimaki etc.) und Multijet-Fusion (HP), um die Farbkommunikation zwischen Maschinenherstellern, vorwiegend kleinen und mittleren 3D-Druck- und Scandienstleistern sowie den Endkunden zu verbessern. Um dieses Ziel zu erreichen, werden drei Forschungsschwerpunkte definiert:

Im ersten Schwerpunkt soll eine solide Datenbasis über die Reflexionseigenschaften der Grundmaterialien der Polyjet- und Multijet-Fusion Drucker ermittelt werden. Diese Oberflächeneigenschaften bestimmen den visuellen Gesamteindruck der Druckerzeugnisse, die am Bildschirm simuliert werden. Aufgrund der Transluzenz der verwendeten Materialien sollen hierfür neuartige Messgeometrien für die Farbmessung untersucht werden, die in diesem Schwerpunkt zur Praxisreife geführt werden. Zusätzlich sollen die genauen Beleuchtungseigenschaften der Abmustersituation definiert und vermessen werden.

Gegenstand des zweiten Schwerpunktes ist die Entwicklung eines 3D-Visualisierungsalgorithmus für die beiden Druckverfahren. Dies soll durch ein physikalisch motiviertes Rendering realisiert werden, das die tatsächlichen Materialeigenschaften berücksichtigt, die in Schwerpunkt 1 vermessen wurden. Die Bildschirmdarstellung wird durch psychophysikalische Experimente optimiert und anhand von gedruckten Praxisbeispielen der beteiligten vorwiegend klein- und mittleren Unternehmen validiert.

Der dritte Schwerpunkt soll die Interoperabilität der erhaltenen Ergebnisse über verschiedene Plattformen und vorhandenen Formate (OBJ, VRML, 3MF) hinweg verbessern. Dazu sollen die vermessenen Materialeigenschaften, Beleuchtungssituationen und der 3D-Visualisierungsalgorithmus in die neue ICC Farbmanagement-Architektur iccMAX (ISO 15076-2) eingebettet werden.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens können die Grundlage für solche Softproof-Lösungen bilden. Es ist zu erwarten, dass sie in die Arbeit von Industriekonsortien und in die nationale und internationale Normung Eingang finden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden die praktischen Grundlagen für die physikalisch korrekte digitale Darstellung von im 3D-Druck erzeugten Objekten untersucht. Dazu wurde zu Beginn ein Konzept für einen Renderer entwickelt, der physikalische Objektparameter mit berücksichtigt. Er umfasst die Charakterisierung der notwendigen 3D-Umgebung samt aller relevanten Objekte. Zweitens wurde ein Forschungs-Renderer entwickelt, der diesen Anforderungen genügt. So konnte die beispielhafte Umsetzung mittels technischer und bildhafter Testobjekte sowohl an frei verfügbaren Visualisierungsprogrammen wie dem etablierten Mitsuba-Renderer als auch mit dem im Rahmen des Projektes entwickelten Renderer ("Cuttlefish Proof") untersucht werden. Abschließend wurden farbpsychologische Vergleiche zwischen realen 3D-Drucken und simulierten Renderings durchgeführt.

Der wissenschaftlich technische Nutzen für die beteiligten KMUs liegt in der Bereitstellung einer Darstellung der minimalen Anforderungen für ein farbgenaues Rendering bzw. eine real erscheinende Wiedergabe eines 3D-Objektes. Die Publikationen die im Rahmen des Projektes entstanden sind, fassen zusammen, welche Größen beachtet werden müssen und legt ein Fundament für eine Nachimplementierung im Bereich 3D-Druck bzw. liefert ebenfalls die Grundlage für die Bildschirmsynthese von andersartigen Materialien. Zusätzlich besteht durch den vom IGD entwickelten Renderer eine Referenzimplementierung anhand deren Ergebnissen sich KMU’s für eine eigene Implementierung orientieren können. Zusätzlich besteht die Möglichkeit für 3D-Druckdienstleister den Renderer ("Cuttlefish Proof") in ihre Prozesse einzubinden und dadurch eine Farbvorhersage ihrer Druckprodukte zu treffen. Darüber hinaus ist in diesem Projekt eine Methode zur Bewertung eines farbgenauen Renderings entwickelt worden, mit deren Hilfe KMUs ihre eigens entwickelten Softwarelösungen überprüfen können.