Weniger Quantisierungsartefakte, gezielt einstellbare Bauteileigenschaften und schnellere Simulation
Das Fraunhofer IGD zeigt Lösungen für Binder Jetting, Unit-Cell-Design und die schnelle Simulation von Verzug Metall-3D-Druck.
Auf der Formnext 2026 zeigt das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD neue Softwaretechnologien für die additive Fertigung. Im Mittelpunkt des Messeauftritts am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand des Kompetenzfelds Additive Fertigung steht Shape Dithering: ein parameterfreies, rein geometrisches Verfahren zur Reduktion von Voxel-Quantisierungsartefakten im 3D-Druck.
Bei voxelgesteuerten 3D-Druckverfahren entstehen durch die Diskretisierung kontinuierlicher Geometrien sichtbare Treppenstufen auf geneigten und gekrümmten Oberflächen. Das vom Fraunhofer IGD patentierte Shape Dithering verteilt diese Quantisierungsfehler gezielt über die Oberfläche und verhindert, dass sie sich zu niederfrequenten, deutlich sichtbaren Strukturen aufsummieren. Die entstehenden hochfrequenten Oberflächenvariationen werden durch die Tiefpasscharakteristik des Druckprozesses abgeschwächt. Dadurch verbessern sich Oberflächenqualität und geometrische Wiedergabetreue, so dass weniger Nachbereitungsaufwand entsteht oder die Druckgeschwindigkeit gesteigert werden kann.
Demonstration: Gießteile aus Gussformen im Binder-Jetting
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV demonstriert das Fraunhofer IGD das Verfahren an einem gegossenen Aluminiumbauteil. Die im Powder Bed Binder Jetting gefertigte Form ist in Bereiche mit und ohne Shape Dithering unterteilt und ermöglicht so einen direkten Vergleich.
Das Demonstratorbauteil wird aus AlSi7Mg0.3 bei 720 °C gegossen. Für die Form kommt ein kommerzielles Furan-No-Bake-Bindersystem zum Einsatz; die Schichtdicke beträgt 300 Mikrometer. Die Freiformoberfläche blieb nach dem Guss unbehandelt, sodass der Einfluss der digitalen Geometrieaufbereitung unmittelbar sichtbar wird.
„Mit Shape Dithering setzen wir nicht bei der Hardware, sondern bei der digitalen Beschreibung der Geometrie an. Quantisierungsfehler werden so verteilt, dass die charakteristischen Treppenstufen im resultierenden Bauteil deutlich reduziert werden“, sagt Dr. Philipp Urban, Leiter Forschung und Entwicklung 3D-Druck am Fraunhofer IGD.
Multifunktionale Bauteile auf Basis von Unit Cells
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM zeigt das Fraunhofer IGD außerdem Software für die Konstruktion, Simulation und Optimierung von Bauteilen mit gezielt einstellbaren Eigenschaften. Grundlage sind Unit Cells: dreidimensionale Einheitszellen, deren Geometrie, Kombination und räumliche Verteilung das mechanische Verhalten eines Bauteils bestimmen. Auf diese Weise lassen sich adaptive und multifunktionale Eigenschaften bereits während der Konstruktion gezielt auslegen und optimieren.
Schnelle Simulation von Bauteilverzug im 3D-Druck mit RISTRA-AM
Ergänzend bietet das Fraunhofer IGD mit RISTRA-AM eine Lösung zur schnellen Verzugssimulation im laserbasierten Metall-3D-Druck. Die Software implementiert die Inherent-Strain-Methode auf GPUs und beschleunigt entsprechende Simulationen gegenüber etablierten CPU-basierten Verfahren um ein bis zwei Größenordnungen (10-fach bis 100-fach). Damit lassen sich beispielsweise Bauteilorientierungen oder Stützstrukturen vor dem Druck effizient hinsichtlich minimalen Verzugs untersuchen.
Weiterführende Informationen:
Pressemeldung des Fraunhofer Kompetenzfelds Additive Fertigung: https://www.additiv.fraunhofer.de/de/presse-und-events/pressemedien.html
Der 3D-Druckertreiber des Fraunhofer IGD Cuttlefish®: https://www.cuttlefish.de
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Fraunhofer IGD auf der FORMNEXT
17.-20-11.2026 / Messe Frankfurt
Fraunhofer Kompetenzfeld Additive Fertigung
Halle 11.0, Stand D31
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