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02.06.2014
Folge 423

Ideen werden durch 3-D Druck schneller Wirklichkeit

Das Drucken von Objekten, der 3-D Druck wird Teil des Alltags. Neben Ersatzteilen und Ziergegenständen kommen auch immer mehr ungewöhnliche Objekte und Techniken ans Tageslicht. So stellt zum Beispiel Disney Research zwei Projekte vor, die ohne 3-D Druck nicht zu verwirklichen wären. Auch Wissenschaftler nutzen gedruckte Modelle um die Antike besser verstehen zu lernen.

Bei Disney sind es zunächst Lautsprecher, die eine beliebige Form haben können. Technisch basieren sie auf elektrostatischen Lautsprechern, die ähnlich wie ein Kondensator aufgebaut sind. Zwei durch eine Isolationsschichte getrennte Leitflächen werden mit relativ hoher Spannung geladen. Das Audiosignal versetzt dann die Flächen in hörbare Schwingungen. Diese sogenannten ESR-Lautsprecher sind mechanisch nicht so komplex wie herkömmliche Lautsprecher mit Konus, Spule und Magnet, allerdings ist die Klangqualität nicht so überzeugend. Für die Disneyforscher haben ESR-Lautsprecher (Electrostatic Sound Reproduction) den Vorteil, dass die Oberfläche denn Schall produziert. Dadurch sind beliebige Formen druckbar, wie auch Mickey Mouse und Donald Duck.

Ebenfalls aus den Disney Labors und der Carnegie Mellon University kommen Stoffteddybären. Diese sind allerdings gedruckt. Um Objekte aus Garn herzustellen nutzt der Drucker das Prinzip des Fused Deposition Modeling oder kurz FDM Der modifizierte Druckkopf verfilzt herkömmliches Garn zu Körpern, statt Plastik in dünne Fäden zu schmelzen und zu verarbeiten.


Das in einem 3D-Drucker erstellten Modell des Römerschiffs Lusoria. (Quelle: Uni Trier)

Aber auch Wissenschaftler bedienen sich des 3-D Drucks, wenn es darum geht, antike Modelle für Simulationen zu generieren. So sollen Computermodelle historische Geheimnisse lüften. Wie zum Beispiel an der Uni Trier bei antiken Schiffen. Ein Jahr lang haben Wissenschaftler und Handwerker rekonstruiert und gezimmert, bis sie den originalgetreuen Nachbau eines römischen Patrouillenschiffs vom Typ „Lusoria“ zu Wasser lassen konnten. Ein leistungsfähiger 3D-Drucker stellt das Schiff in nur 20 Stunden Druckzeit fertig. Gewiss: Bei dem „Druckerzeugnis“ handelt es sich lediglich um eine gut 90 Zentimeter große Nachbildung des original 18 Meter langen Schiffs. Dennoch könnten die als Gemeinschaftsprojekt von Hochschule Trier und Universität Trier entwickelten Computermodelle und dreidimensionalen plastischen Drucke für die historische Forschung bahnbrechend sein. Nämlich dann, wenn sich aus den Modellen und digitalen Simulationen vergleichbare Ergebnisse und Aussagen ableiten lassen wie aus dem kosten- und zeitintensiv nachgebildeten Original-Schiff.

Dieser Frage gehen Professor Christoph Schäfer von der Universität Trier und Michael Hoffmann von der Hochschule Trier gemeinsam auf den Grund. In wissenschaftlichen Untersuchungen sollen Daten per Computersimulationen erhoben und mit den Ergebnissen verglichen werden, die bei einer Reihe von Testfahrten mit der „Lusoria“ ermittelt wurden. „Wir wollen herausfinden, welche und wie viele Aussagen über ein reales Modell man künftig anhand eines Computermodells erhalten könnte“, beschreibt Schäfer das Forschungsziel. Das etwa fünf Tonnen schwere römische Patrouillenboot, das unter anderem auf dem Rhein zur Grenzverteidigung eingesetzt wurde, war unter Schäfers wissenschaftlicher Leitung gebaut worden und 2011 vom Stapel gelaufen.

„Alleine von antiken Schiffen sind mehr als 1200 Fundstellen bekannt. Mit der Erschließung von Tiefwasserzonen kommen stetig weitere Wracks hinzu“, berichtet Schäfer. Historikern erschließt sich damit ein enormes Forschungsfeld, das beispielsweise ein neues Licht auf Handel und Verkehrswege in der Antike werfen könnte. Ein zeitlicher und finanzieller Aufwand wie beim Lusoria-Projekt ist jedoch nur in Ausnahmefällen möglich. Daher erhofft sich Schäfer durch die Kooperation mit Michael Hoffmann einen Durchbruch.

Der Leiter des Fachgebiets CAD und CAM im Fachbereich Technik der Hochschule Trier hat mit Studierenden die „Lusoria“ vermessen und die Daten eingespeist. Das digitale CAD-Modell ermöglicht Simulationen zu unterschiedlichsten Parametern des Schiffs. „Die Erstellung solcher Modelle ist für uns eine vertraute Technologie. Den besonderen Reiz hat das Projekt in der Interdisziplinarität und dass es in studentischen Projektarbeiten durchgeführt wird“, erklärt Michael Hoffmann. Auch im dreidimensionalen Druck kann der Hochschuldozent auf breite Erfahrung verweisen.

„Etwas Vergleichbares gibt es in Deutschland und wohl auch in Europa bislang nicht“, ordnet Christoph Schäfer den Stellenwert dieser Forschungskooperation ein. Letztlich geht es bei den anstehenden Untersuchungen um die Frage, ob die CAD/CAM-Technologie dazu in der Lage ist, historische Geheimnisse zu lüften, die bislang noch irgendwo auf dem Meeresgrund schlummern.

Siehe auch:
http://de.wikipedia.org/wiki/Fused_Deposition_Modeling
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrostatischer_Lautsprecher
http://heinz-schmitz.org/index.php/cc2-nachrichtenleser/cc2-audio-423-ideen-werden-durch-3-d-druck-schneller-wirklichkeit.html



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