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3D-Vollfarbdrucker

Modellierung der Farberscheinung im Vollfarb-3D-Druck

Kurzbezeichnung: FarbMod 3D

Fogra-Nr. 13.005
Projektleiter: Dr. A. Kraushaar
Partner: Dr. P. Urban (IGD Darmstadt), Dr. A. Kienle (ILM)
Förderung: BMWK (IGF) über AiF
 

Laufzeit: 1.10.2019 - 30.09.2021

Forschungsbericht

Aufgabenstellung und Relevanz

Mit dem Ziel, den zeitlichen und monetären Charakterisierungs- und Profilierungsaufwand moderner 3D-Vollfarbdrucker zu senken und dabei eine praxisreife Farbgenauigkeit zu gewährleisten, sollen in diesem Projekt intrinsische optische Parameter der Vollfarbdrucke erfasst und für praxisrelevante Anwendungsfelder modelliert und validiert werden. Die optische Charakterisierung der im Polyjet- und Multijet-Fusion hergestellten Bauteile soll notwendige Parameter für die visuelle Charakterisierung (Farbe und Transluzenz) liefern und damit Profilierung sowie Ansteuerung ermöglichen. 

Die Implementierung und Performance-Optimierung des „Four-Flux-Modells“ sowie ein rückgekoppeltes neuronales Netzwerk versprechen ein für viele Praxisanwendungen genaues Verständnis des Zusammenhangs zwischen den Ansteuerungswerten CMYKCW und der resultierenden Farberscheinung. Dieser Zusammenhang soll auf Basis der in der Praxis vorhandenen Ansteuerungswerte für die konkrete Anordnung der hersteller- bzw. treiberabhängigen Voxelanordnung untersucht werden.

Die zu entwickelnden 3D-Druckprofile sollen in die ICC-Farbmanagement-Architektur iccMAX (ISO 15076-2) eingebettet werden.

Dr. Andreas Kraushaar

Abteilungsleiter Vorstufentechnik

+49 89 431 82 - 335

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Ansprechpartner

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Lösungsweg

Zunächst sollen die intrinsischen optischen Parameter der Vollfarbdrucke erfasst und für praxisrelevante Anwendungsfelder modelliert und validiert werden. Die Implementierung und Performance-Optimierung des „Four-Flux-Models“ sowie das Monte-Carlo basierte Training eines rückgekoppelten neuronalen Netzwerks versprechen ein für viele Praxisanwendungen ausreichend genaues Verständnis des Zusammenhangs zwischen den Ansteuerungswerten Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz, Klarmedium und Weiß (engl. CMYKCW) und der resultierenden Farberscheinung. Dieser Zusammenhang soll sowohl auf Basis der in der Praxis vorhandenen Ansteuerungswerte (CMYKCW-Tonwerte) als auch für die konkrete Anordnung der hersteller- bzw. treiberabhängigen Voxelanordnung (so verfügbar) untersucht werden.

Anatomie FarbMod3D

Erzielte Ergebnisse

In diesem Vorhaben wurden Methoden zur Verbesserung des Farbmanagements im grafischen 3D-Druck untersucht und weiterentwickelt. Die Analyse der gegenwärtig verfügbaren Ansteuerungsmöglichkeiten zeigte drei unterschiedliche Varianten. Dies sind 3D-Drucker, die nur eine RGB-Ansteuerung anbieten und daher auf eine LookUp-basierte Farbbeschreibung beschränkt bleiben. Hier konnte gezeigt werden, dass die Profilierung konkreter 3D-Drucker die Farbgenauigkeit im Vergleich mit den herstellerseitig installierten Druckerprofilen um bis zu 30% verbessert. Dafür wurde ein Web-Anwendung programmiert, die die Messung des neuen Transluzenzparameters Alpha ermöglicht.

Im zweiten Fall ist der Zugriff auf die Geräte-Tonwerte und somit den verwendeten Grundfarben möglich. Dieser Zugriff erweitert die Beschreibung mittels optischer, d.h. phänomenologischer 3D-Druckermodelle. Mit Hilfe von Machine-Learning Algorithmen konnte die Farbgenauigkeit für etablierte 3D-Drucker (Stratasys J750, Mimaki 3DUJ-553) um das 6-fache (bei gleicher Farbfeldanzahl) verbessert werden.

Bei voller Kontrolle der Materialanteile in allen Voxeln, d. h. der Mikrostruktur zeigte die Simulation der Lichtausbreitung mittels physikbasierte 3D-Druckermodelle eine bisher unerreichte präzise Vorhersage der 3D-gedruckten visuellen Effekten, insbesondere der Farbe und der Transluzenz. Allerdings ist diese Simulation auch mit aktueller Hardwarebeschleunigung noch nicht echtzeitfähig. Auch hierzu wurde eine Anwendung entwickelt, die den Zusammenhang zwischen Geräte-Tonwerten und finalem Farbeindruck veranschaulicht.

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Erklärvideo