Fraunhofer IGD präsentiert auf der Formnext neueste Entwicklungen für realistischen und effizienten 3D-Druck
Posted by PM-Ersteller - 06/11/25 at 09:11:11 a.m.Virtuell prüfen, real perfektionieren: Fraunhofer IGD zeigt Cuttlefish®::Proof und biomimetisches 3D-Denture
Auf der Formnext 2025 präsentiert das Fraunhofer IGD zwei technologische Neuheiten für den industriellen 3D-Druck: die weiterentwickelte Software Cuttlefish® mit dem neuen Modul Cuttlefish®::Proof, das erstmals eine physikalisch akkurate Vorschau des Druckergebnisses ermöglicht, sowie ein im Multimaterial-3D-Druck hergestelltes monolithisches Zahnmodell, welches die natürliche Schichtstruktur von Zähnen nachbildet.
Auf der internationalen Fachmesse für additive Fertigung Formnext (18.-21. November in Frankfurt am Main) präsentiert das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD auf dem Fraunhofer Kompetenzfeld Additive Fertigung zwei Innovationen, die den 3D-Druck realistischer, effizienter und verlässlicher machen: die neueste deutlich performantere Version der 3D-Drucksoftware Cuttlefish® mit dem neuen Modul Cuttlefish®::Proof sowie eine neuartige Technologie zur 3D-Druckherstellung ästhetischer Zahnprothetik.
Cuttlefish® ist eine herstellerunabhängige 3D-Drucksoftware, die Multi-Material-Drucker auf Voxel-Ebene steuert und Form, Farbe und Transluzenz von 3D-Modellen originalgetreu wiedergibt. Anwender profitieren von höchster Farbgenauigkeit, effizientem Materialeinsatz und automatisierten Workflows, die den Aufwand im Druckprozess deutlich reduzieren.
Cuttlefish®::Proof – 3D-Softproof für maximale Drucksicherheit
Mit dem neuen Plugin Cuttlefish®::Proof für Cuttlefish® stellt das Fraunhofer IGD eine wegweisende Innovation im grafischen 3D-Druck vor. Das Tool rendert direkt auf den aus dem 3D-Druckertreiber Cuttlefish® geslicten Materialverteilungen und ermöglicht dadurch eine genaue Simulation von Farbe und Transluzenz. Darüber hinaus lassen sich auch Effekte wie Displacement Mapping, boolsche Operationen und potenzielle Voxelisierungsfehler visualisieren. Auch die Erscheinung der 3D-Drucke unter unterschiedlichen Lichtarten und Beleuchtungsverhältnissen werden simuliert. „Damit lassen sich Fehldrucke vermeiden, die sonst durch falsche Parameter oder fehlerhafte Datenaufbereitung entstehen. Nutzer sehen vorab, wie das gedruckte Bauteil tatsächlich aussehen wird, und können Anpassungen treffen, bevor Zeit und Material in die Produktion fließen“, erklärt Dr. Philipp Urban, Abteilungsleiter „3D-Druck-Technologie“ am Fraunhofer IGD. Cuttlefish®::Proof wird erstmals bestehenden Kunden auf Anfrage zur Verfügung gestellt.
Biomimetische Zahnprothetik via Multi-Material-3D-Druck
Mit einem neuartigen, biomimetischen 3D-Druck-Workflow demonstriert das Fraunhofer IGD, wie monolithische Zahnprothesen mit natürlich wirkender Ästhetik hergestellt werden können. Der Ansatz nutzt den Multi-Material-Jetting-Prozess, um monolithische Dentures mit innerer optischer Struktur natürlicher Zähne nachzubilden. Dabei werden Schichten aus Schmelz, Dentin und Zahnwurzel digital in jedes Zahnmodell eingebettet. Ein KI-Modell berechnet für jede dieser Schichten die passenden Materialmischungen, um vorgegebene Farbtöne und Transluzenzen zu reproduzieren.
Zahntechniker können so die Transluzenz einzelner Schichten gezielt anpassen, um die Ästhetik zu verfeinern, ohne die Farbe zu verändern. Mit diesem Verfahren lassen sich Zähne fertigen, die dem natürlichen Erscheinungsbild sehr nahekommen und Farbgenauigkeiten innerhalb in der Dentalindustrie akzeptierter Grenzen erreichen (CIEDE2000 < 1,5). Zudem können die Produktionskosten im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren um bis zu 75 Prozent gesenkt werden. Der gesamte Prozess ist kompatibel mit gängiger dentalen CAD-Software und nutzt Cuttlefish® fürs Slicing. Kompakter Ausblick – 3D-Qualität im Fokus Im Vorfeld der Messe lädt das Fraunhofer IGD am 17. November zur Veranstaltung „3D Quality“ nach Darmstadt ein. Dort werden Ergebnisse der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) zur Bewertung von 3D-Farbdruckqualität vorgestellt. Zur Anmeldung: https://www.igd.fraunhofer.de/en/events/3d-quality.html
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Weiterführende Informationen:
– Mehr Informationen zu Cuttlefish®: https://www.cuttlefish.de/
– Nähere Informationen zur Veranstaltung 3D-Quality: https://www.igd.fraunhofer.de/de/veranstaltungen/3d-quality.html
– Mehr Informationen zum Fraunhofer Kompetenzfeld Additive Fertigung: additiv.fraunhofer.de/
Verantwortlicher für diese Pressemitteilung:
Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Frau Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
Deutschland
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Über das Fraunhofer IGD:
Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD setzt seit über 30 Jahren Standards im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Die rund 260 Mitarbeitenden des Fraunhofer IGD unterstützen Unternehmen und Institutionen der Branchen Manufacturing and Mobility, Gesundheit und Pflege, Bioökonomie, Infrastruktur und Public Services sowie Maritime Wirtschaft. Das Fraunhofer IGD bietet konkrete technologische Lösungen und hilft bei der strategischen Entwicklung. Die Forscherinnen und Forscher betreiben Problemanalyse, konzipieren Soft- und Hardwaresysteme, entwickeln Prototypen und realisieren und implementieren visuell-interaktive Systeme. Schwerpunkte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Das Fraunhofer IGD betreibt seit 1987 Spitzenforschung und begleitet an seinen zwei Standorten Darmstadt und Rostock den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel mit anwendungsorientierten Lösungen. Internationale Relevanz entfalten seine Produkte durch die Zusammenarbeit mit dem österreichischen Schwesterinstitut an den Standorten Graz und Klagenfurt sowie die Beteiligung an verschiedensten EU-Projekten.
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Durchbruch: Perfektes Computergenerierte Augenprothesen aus dem 3D-Drucker überzeugen in der Praxis
Posted by PM-Ersteller - 27/02/24 at 05:02:40 p.m.Einsatz der Lösung des Fraunhofer IGD am Moorfields Eye Hospital
Hoffnung für hunderttausende Menschen in Europa: In reproduzierbar hoher Qualität und außerdem mit weniger Aufwand als bisher lassen sich Augenprothesen im 3D-Druckverfahren herstellen. Das Fraunhofer IGD unterstützt Okularistinnen und Okularisten mit einer Software sowie einem Druckertreiber bei der Arbeit. Mehr als 200 Patientinnen und Patienten profitieren bereits von der neuen Technologie. Ihre Methodik sowie aktuelle Ergebnisse präsentieren die Forschenden in einer Publikation, die in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Communications erschienen ist und nun allen Interessierten zur Verfügung steht.
2021 stellten die Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD ihre Technologien erstmals vor – seitdem revolutioniert der 3D-Druck die Herstellung von Augenprothesen am renommierten Moorfields Eye Hospital in London. „Mit optimal angepassten künstlichen Augen erhöht sich die Lebensqualität der Betroffenen enorm“, erklärt Johann Reinhard, stellvertretender Abteilungsleiter des Kompetenzzentrums 3D-Drucktechnologie. Dass die Prothese nicht nur optisch ideal zum zweiten vorhandenen Auge passt, sondern sich auch bestmöglich in die Augenhöhle einfügt, gewährleisten die Forschenden mit ihrem Verfahren aus Scan und 3D-Druck. Mit der Software Cuttlefish:Eye sowie dem Druckertreiber Cuttlefish® unterstützt das Fraunhofer IGD Okularistinnen und Okularisten. Die Software ist bislang in Großbritannien als Medizinprodukt zugelassen und soll künftig auch auf dem europäischen Festland zum Einsatz kommen.
Augenprothesen überzeugen Patienten und Okularisten
Die Publikation beschreibt die Technologie hinter der Cuttlefish:Eye Software und die Qualität der damit erstellten Augenprothesen. Dafür haben die Forschenden anhand von zehn Patientinnen und Patienten zwei Aspekte untersucht: Erscheinung und Form der Augenprothesen. Unter ersterem Begriff fassen sie etwa die Größe und Farbe von Iris und Pupille sowie die Texturierung der Sklera zusammen. Die befragten Okularistinnen und Okularisten bewerteten diese Punkte durchgängig hervorragend. „Patientinnen und Patienten beschreiben die 3D-gedruckten Augenprothesen als lebensverändernd“, fügt Reinhard hinzu. Hinsichtlich der Form kristallisierte sich in der Betrachtung der zehn Fälle heraus, für welche Patiententypen die Augenprothesen besser und für welche weniger geeignet sind. Dabei wurden unter anderem die notwendigen Anpassungen sowie die finale Blickrichtung und Beweglichkeit der Prothese untersucht.
Neben der durch die Automatisierung gleichbleibend hohen Qualität bringt der 3D-Druck einen weiteren Vorteil mit sich: die verkürzte Produktionszeit. Indem der Zeitaufwand für die Okularistinnen und Okularisten bis zu fünf Mal geringer ausfällt, lassen sich – je nach Stückzahl – auch die Kosten deutlich senken. „Viel wichtiger jedoch ist, dass mehr Patientinnen und Patienten behandelt werden können und sich deren Wartezeit auf eine neue Prothese verkürzen lässt“, erklärt Reinhard. Notwendig sind Augenprothesen meist nach schweren Verletzungen oder Erkrankungen – etwa 750.000 Menschen in Europa sind davon betroffen.
Schonendes Verfahren
Das digitale Verfahren des Ausmessens sowie der Produktion ist außerdem besonders schonend für die Patientinnen und Patienten: Mittels einer optischen Kohärenztomographie OCT (Optical Coherence Tomography) wird sowohl ein Scan der Augenhöhle als auch des gesunden Auges erstellt, eine integrierte Kamera liefert ein farbkalibriertes Bild. Der zuvor übliche Alginat-Abdruck der Augenhöhle ist nicht mehr notwendig. Cuttlefish:Eye verwendet ein statistisches Formmodell, um trotz unvollständiger Oberflächeninformationen der Augenhöhle die am besten passende Prothesenform vorherzusagen. So wird aus den OCT-Daten in wenigen Minuten ein passgenaues 3D-Modell der Augenprothese berechnet, das visuell mit dem gesunden Auge übereinstimmt. Die Produktion erfolgt auf einem Multimaterial 3D-Drucker, der über den 3D-Druckertreiber Cuttlefish® angesteuert wird. Hergestellt und vertrieben werden die Prothesen von Ocupeye Ltd.
Ihre Expertise aus dem Bereich 3D-Druck in Farbe sowie die Erfahrungen mit Cuttlefish:Eye übertragen die Forschenden außerdem in andere Themenfelder: Zahnrestaurationen und Epithesen sollen in Zukunft ebenfalls mittels Software gestaltet und mit dem erprobten Druckertreiber Cuttlefish® hergestellt werden.
Weiterführende Informationen:
Mehr über die Forschung des Fraunhofer IGD in der Augenheilkunde: https://www.igd.fraunhofer.de/de/branchen/gesundheit/augenheilkunde.html
Das Paper ist zu finden auf: https://www.nature.com/articles/s41467-024-45345-5
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Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD setzt seit über 30 Jahren Standards im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Die rund 210 Mitarbeitenden des Fraunhofer IGD unterstützten Unternehmen und Institutionen der Branchen Automotive, Gesundheit und Pflege, Bioökonomie und Infrastruktur, Software- und IT-Wirtschaft, Maritime Wirtschaft sowie Kultur- und Kreativwirtschaft. Das Fraunhofer IGD bietet konkrete technologische Lösungen und hilft bei der strategischen Entwicklung. Die Forscherinnen und Forscher betreiben Datenanalyse, konzipieren Soft- und Hardwaresysteme, entwickeln Prototypen und realisieren und implementieren visuell-interaktive Systeme. Schwerpunkte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Das Fraunhofer IGD betreibt seit 1987 Spitzenforschung und begleitet an seinen drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel mit anwendungsorientierten Lösungen. Internationale Relevanz entfalten seine Produkte durch die Zusammenarbeit mit dem österreichischen Schwesterinstitut an den Standorten Graz und Klagenfurt sowie die Beteiligung an verschiedensten EU-Projekten.
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SIGGRAPH 2021 – Rapid Prototyping im 3D-Druck: Gesteigerte Effizienz und Robustheit durch neue Scan-Pipeline
Posted by PM-Ersteller - 13/08/21 at 08:08:10 a.m.Die neue Methode im Detail
Eine neue Herangehensweise erhöht die Effizienz des 3D-Druckens bei nativer Geräteauflösung, besonders bei Nutzung des Multi Material Jetting-Verfahrens und somit bei Polyjet-Druckern: Selbst feinste Texturen gelingen mit dem 3D-Druckertreiber „Cuttlefish“® effizient und robust bei verringerter Dateigröße – ein entscheidender Faktor für große Druckaufträge. Die Ergebnisse werden auf der SIGGRAPH 2021 präsentiert.
Die Hardware der aktuellen 3D-Drucker erlaubt immer realistischere Reproduktionen der Oberflächen dank zunehmender Auflösung und Genauigkeit. Gleichzeitig steigen jedoch Faktoren wie Dateigröße, Übertragungs- und Verarbeitungszeit, was die Druckaufgabe erschwert. Grund hierfür ist die höhere Dichte an Polygonen, welche zur Approximation der gewünschten Oberfläche benötigt werden, besonders bei größeren Drucken.
Wissenschaftler der Einheit 3D-Druck-Technologie des Fraunhofer IGD stellen in ihrem Paper „Displaced Signed Distance Fields for Additive Manufacturing“ ihre Lösung für dieses Dilemma vor. Der Clou: Eine geschickte Kombination aus der Erfassung makroskopischer und mesoskopischer Informationen bei der Oberflächendarstellung, wobei letztere genutzt werden, um sowohl feine Oberflächendetails als auch sanft gekrümmte Oberflächen zu reproduzieren. Hierdurch ergibt sich gerade bei großen Druckaufträgen gegenüber einer einheitlichen Tesselierung durch Flächenprimitive ein mit der Skalierung steigender Effizienzvorteil. Das Paper wurde zur Präsentation auf der SIGGRAPH 2021, der wichtigsten Veranstaltung für Computergraphik, akzeptiert. Die Konferenz findet virtuell vom 9. bis 13. August statt. Das Paper wird am 13. August von 12:00 h bis 13:00 h Pazifischer Sommerzeit (PDT) präsentiert. Die im Paper vorgestellten Lösungen kommen im 3D-Druckertreiber „Cuttlefish“ bereits zum Einsatz.
Die neue Methode im Detail
Im Mittelpunkt der beschriebenen Algorithmen stehen sogenannte Displaced Signed Distance Fields, die die nahezu allgegenwärtige Signed Distance Field-Darstellung um den Faktor eines Versatzfelds vergrößern, das den Versatz zwischen der Eingabeapproximation und der tatsächlichen Oberfläche angibt. Dieses kodiert implizit sanft gekrümmte oder feindetaillierte Oberflächen in Bezug auf eine Grobtesselierung. Für den 3D-Druck müssen die von menschlichen Bedienern oder einer Scan-Pipeline erzeugten Modelle in Polygonnetze umgewandelt werden. Bei einer festgelegten Druckgröße reicht eine festgelegte Anzahl von Polygonen aus, um das Objekt mit der Präzision des Druckers zu drucken, doch bei größeren Druckgrößen müssen diese feiner tesseliert werden, ggf. mit einer viel höheren Anzahl von Polygonen.
Am Beispiel einer schlichten Kugel wird das Problem deutlich: Das Objekt mag bei einer gewissen Anzahl an Polygenen rund erscheinen, wird das Objekt jedoch bei demselben Polygonnetz größer gedruckt, erscheint die Kugel nicht mehr rund. Die Displaced Signed Distance Fields kodieren die Differenz zwischen dem stückweise flachen Eingabenetz und der tatsächlichen Oberfläche der Kugel mit der Präzision des 3D-Druckers.
Displaced Signed Distance Fields stellen die Oberfläche der Form implizit dar, was eine volumetrische Regularisierung der impliziten Funktion und eine robuste Berechnung aus unvollständigen oder sich selbst überlappenden Oberflächendaten ermöglicht. Das ist im Speziellen im 3D-Druck relevant, da in-Situ verarbeitete Informationen nicht korrigiert werden können. Das profunde Konzept mit den neuen Algorithmen des 3D-Druckertreibers Cuttlefish® erlaubt damit eine Berechnung hochdetaillierter und glatter Oberflächen aus Streaming-kompatiblen niedrigpolygonalen Netzen.
Für weitere Informationen:
Das gesamte Paper und ergänzende Materialien (Supplemental Material) finden Sie unter: https://www.cuttlefish.de/publications
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Fraunhofer IGD auf der SIGGRAPH 2021:
– 13. August 2021 / 12:00 bis 13:00 Uhr Pazifischer Sommerzeit
– Die Konferenz findet virtuell statt: https://s2021.siggraph.org/presentation/?id=papers_356&sess=sess144
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Über das Fraunhofer IGD:
Das 1987 gegründete Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ist die international führende Einrichtung für angewandte Forschung im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Wir verwandeln Informationen in Bilder und Bilder in Informationen. Stichworte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Rund 180 Forscherinnen und Forscher entwickeln an den drei Standorten Darmstadt, Rostock und Kiel neue technologische Anwendungslösungen und Prototypen für die Industrie 4.0, das digitale Gesundheitswesen und die »Smart City«. Durch die Zusammenarbeit mit den Schwester-Instituten in Graz und Singapur entfalten diese auch internationale Relevanz. Mit einem jährlichen Forschungsvolumen von 21 Mio. Euro unterstützen wir durch angewandte Forschung die strategische Entwicklung von Industrie und Wirtschaft.
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