Stabilität ohne Materialverschwendung

Algorithmus druckt perfekten Weihnachtsbaum

publiziert: Mittwoch, 17. Dez 2014 / 10:47 Uhr / aktualisiert: Mittwoch, 17. Dez 2014 / 11:03 Uhr

Burnaby - Ein neuer Algorithmus ermöglicht es, mit dem 3D-Drucker stabile Weihnachtsbäume ohne unnötig viel Material zu fertigen. Dazu zerlegt er den zu druckenden Baum automatisch in pyramidenartige Teile.

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Der von einem Team um Richard Zhang, Informatikprofessor an der Simon Frasier University, entwickelte Algorithmus ist aber mehr als nur ein Weihnachts-Gag. Denn der Zugang, Gegenstände derartig zu zerteilen, ist allgemeiner für den 3D-Druck und beispielsweise auch für die Herstellung von Gussformen interessant.

Wird beim 3D-Druck Material schichtweise von unten nach oben aufgetragen, müssen Überhänge wie beispielsweise die Äste von Bäumen normalerweise durch zusätzliches Material gestützt werden. Solche Stützen sind in der Nachbearbeitung oft nur schwer zu entfernen, das dafür genutzte Material letztlich verschwendet. Zhangs Lösungsansatz ist, ein Objekt in annähernd pyramidenartige Teile zu zerlegen, die einen flachen Boden und keine Überhänge haben. Ein einfacher stilisierter Weihnachtsbaum beispielsweise zerfällt so entlang des Stamms in zwei Hälften, die dann einfach zusammengeklebt werden können.

Wenig Teile, wenig Probleme

Der Weihnachtsbaum illustriert so einen Vorteil der Idee. Bei einfacheren Ansätzen wie der Zerlegung in konvexe Elemente besteht er letztlich aus mehr Einzelteilen. «Einen praktikablen Algorithmus zu finden, der 3D-Objekte in die geringstmögliche Zahl pyramidenartiger Teile zerlegt, war eine ziemliche Herausforderung», betont Zhang. Doch ist es seinem Team gelungen. Wie die Forscher in einer zur SIGGRAPH Asia veröffentlichten Arbeit zeigen, kann der Algorithmus sogar noch mehr. So hat dieser festgestellt, dass ein einfacher Sessel noch materialsparender zu drucken ist, wenn er in drei statt nur zwei Teile zerlegt wird.

Der Ansatz ist für den 3D-Druck allgemein attraktiv, da weniger Materialverschwendung letztlich geringere Fertigungskosten bedeutet. Doch auch für klassische Spritz- oder Gussverfahren könnte der Algorithmus interessant sein. «Wenn gegossene Teile pyramidenartig sind, besteht beim Entfernen aus der Form kein Bruchrisiko», erklärt Zhang. Er schlägt beispielsweise vor, dass Chocolatiers den Algorithmus nutzen, um optimale Giessformen für Schoko-Weihnachtsbäume zu entwickeln.

(bert/pte)

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