Steigerung der Farbgenauigkeit bei 3D-Drucken

Das gemeinsame Forschungsprojekt „Modellierung der Farberscheinung im Vollfarb-3D-Druck“ wurde von den Institutionen Fogra Forschungsinstitut für Medientechnologien, ILM – Expert Optical Solutions und Fraunhofer IGD über zwei Jahre bearbeitet. Zielsetzung war, den zeitlichen und monetären Charakterisierungs- und Profilierungsaufwand moderner 3D-Vollfarbdrucker zu senken. In diesem Zuge sollte eine praxisreife Farbgenauigkeit gewährleistet werden. Dazu wurden Methoden zur Verbesserung des Farbmanagements im grafischen 3D-Druck untersucht und weiterentwickelt. Dabei spielte neben der Farbe das Attribut Transluzenz – steuerbar durch die Verwendung des Klarmaterials – eine wichtige Rolle. Hierzu wurde der Wert Alpha – 2018 durch Dr. Philipp Urban, Fraunhofer IGD eingeführt, – untersucht und konkretisiert. Alpha bestimmt die Klarheit oder Trübheit des Materials und wird gegenwärtig als ISO-Standard (ISO 19307) entwickelt. Die Ergänzung der 3-Kanaligen RGB-Farbbeschreibung um den Alpha-Wert zu RGBA wurde im Rahmen des Projektes vorangetrieben.

Die Forscher identifizierten drei verschiedene Ansteuerungsoptionen und erhielten sehr relevante Ergebnisse:

1. RGB-Kontrolle mit bis zu 30%iger Steigerung der Farbgenauigkeit: Diese Option ermöglicht keinen Zugriff auf die Gerätetonwerte. Die Ansteuerung bleibt auf eine LookUp-basierte Farbbeschreibung beschränkt. Wird der konkrete 3D-Drucker profiliert, kann die Farbgenauigkeit im Vergleich mit den herstellerseitig installierten Druckerprofilen um bis zu 30 % verbessert werden. Mit der eigens programmierten Web-Anwendung kann der neue Transluzenzparameters Alpha gemessen werden.
2. CMYK-Kontrolle mit 6-facher Verbesserung der Farbgenauigkeit: Hierbei ist der Zugriff auf die Geräte-Tonwerte und somit auf die verwendeten Grundfarben möglich. Die Beschreibung kann mittels optischer, d. h. phänomenologischer 3D-Druckermodelle beschrieben werden. Mithilfe von Machine-Learning Algorithmen konnte die Farbgenauigkeit für etablierte 3D-Drucker um das 6-fache (bei gleicher Farbfeldanzahl) verbessert werden.
3. Volle Kontrolle der Materialanteile in allen Voxeln (Mikrostruktur) mit präziser Vorhersage: Die Simulation der Lichtausbreitung mittels physikbasierter 3D-Druckermodelle zeigte eine bisher unerreicht präzise Vorhersage der 3D-gedruckten visuellen Effekten. Dies gilt besonders für die Farbe und die Transluzenz. Auch hierzu wurde eine Anwendung entwickelt, die den Zusammenhang zwischen Geräte-Tonwerten und finalem Farbeindruck veranschaulicht.

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