01.06.2016 – Kategorie: Fertigung & Prototyping

Inkrementeller 3D-Druck während der CAD-Modellierung

cornell

3D-Druck hat sich zu einem machtvollen Werkzeug für Ingenieure und Designer entwickelt, indem es ihnen das schnelle Herstellen von Prototypen, einer physischen Kopie der Designidee, erlaubt. Doch was, wenn es etwas zu ändern gilt? Dann heißt es, wieder an den Rechner, das Design ändern und es als Ganzes erneut ausdrucken, vielleicht mehr als einmal. Deshalb haben Wissenschaftler an der Cornell University ein interaktives Prototyping-System entwickelt, das den 3D-Druck on the fly, während des Design-Vorgangs ermöglicht.

3D-Druck hat sich zu einem machtvollen Werkzeug für Ingenieure und Designer entwickelt, indem es ihnen das schnelle Herstellen von Prototypen, einer physischen Kopie der Designidee, erlaubt. Doch was, wenn es etwas zu ändern gilt? Dann heißt es, wieder an den Rechner, das Design ändern und es als Ganzes erneut ausdrucken, vielleicht mehr als einmal. Deshalb haben Wissenschaftler an der Cornell University ein interaktives Prototyping-System entwickelt, das den 3D-Druck während des Designvorgangs ermöglicht. Der Konstrukteur kann jederzeit im Prozess pausieren, um zu testen, zu messen oder wenn notwendig, Änderungen vornehmen die noch im Drucker dem physischen Modell hinzugefügt werden.

„Wir wechseln von der Mensch-Computer-Interaktion zur Mensch-Maschine-Interaktion“, sagt Graduate Studemt Huaishu Peng, der das Drucken während des Designprozesses in einem Paper an der 2016 ACM Conference for Human Computer Interaction erläutert hat. Die Co-Autoren sind François Guimbretière, Associate Professor of Information Science, Steve Marschner, Professor of Computer Science und Doktorand Rundong Wu.

Detaillierung während des Drucks

Ihre Lösung arbeitet mit einer verbesserten Version des „WirePrint“-Druckers, der in Zusammenarbeit zwischen Guimbretière’s Labor und dem Hasso-Plattner-Institut entstanden ist. Im konventionellen 3D-Druck überfliegt die Düse zeilenweise die Arbeitsfläche und baut so das Objekt Schicht für Schicht auf. Mit dem WirePrint-Verfahren extrudiert die Düse einen Strang aus schnell härtendem Kunststoff. So entsteht ein Gitternetz, das die Oberfläche des Objekts darstellt, so wie in der CAD-Datei beschrieben. WirePrint zielt darauf, die Prototypen-Erstellung zu beschleunigen, indem es ein Modell der Objektform generiert, anstatt das gesamte Objekt als Solid zu drucken. Das On-the-Fly-Drucksystem bedient sich dieser Idee, um den Konstrukteur eine Detaillierung während des Drucks zu ermöglichen.

Die neue Version des Drucker verfügt über fünf Freiheitsgrade. Die Düse arbeitet nur in der Vertikalen, aber die Arbeitsbühne kann rotiert werden, um jede Seite des Modells nach oben zu wenden. So kann ein Flugzeugrumpf beispielsweise zur Seite gedreht werden, um einen Flügel zu befestigen. Zudem gibt es einen Abschneider, der Teile des Modells entfernen kann, etwa um dem Flugzeug ein Cockpit zu spendieren. Die Düse wurde verlängert, so dass sie für Änderungen im Inneren des Objekts durch das Gitternetz reicht. Eine entnehmbare Basis erlaubt es dem Bediener, das Modell für Messungen und Tests aus dem Drucker zu nehmen und es dann wieder genau an der ursprünglichen Position zu platzieren und mit dem Druck fortzufahren.

Flugzeugmodell in zehn Minuten

Die Software, ein Plug-in für ein weit verbreitetes CAD-Programm, baut das Gitternetz am Rechner auf und sendet die Befehle zum Drucker, wobei Unterbrechungen möglich sind. Der Konstrukteur kann sich auf das digitale Modell konzentrieren und die Software den Drucker steuern lassen. Dabei kann weiter gedruckt werden, während der Konstrukteur die CAD-Datei bearbeitet, aber wird dann mit der neuen Idee fortgesetzt, die das Ergebnis dieser Arbeiten ist, inklusive aller Änderungen im Druck.

Zur Veranschaulichung haben die Forscher ein Modell für ein Spielflugzeug entwickelt, das zum Lego-Airport-Set passt. Dazu war es erforderlich, Flügel hinzuzufügen, ein Cockpit für den Legopiloten auszuschneiden und das Modell oft zu entnehmen, um die Spannweite mit der Landebahn abzustimmen. Das ganze Projekt war in nur zehn Minuten vollendet.

Durch das Erstellen einer niedrig aufgelösten „Skizze“ der Gestalt des endgültigen Produkts und durch die Eingriffsmöglichkeiten in der Entwicklung habe dieses Konzept das Potential die Qualität des Entwurfsprozesses insgesamt zu verbessern, so die Entwickler. Die Arbeit wurde teilweise von der National Science Foundation und von Autodesk unterstützt. 

 

Bild: Modell für ein Spielflugzeug, das zum Lego-Airport-Set passt. Dazu war es erforderlich, Flügel hinzuzufügen, ein Cockpit für den Legopiloten auszuschneiden und das Modell oft zu entnehmen, um die Spannweite mit der Landebahn abzustimmen. Das ganze Projekt war in nur zehn Minuten vollendet.


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