Digitalisiersysteme werden heute auch für viele weitere Märkte und Produkte eingesetzt, so zum Beispiel für die Qualitätskontrolle, die Dokumentation, die Produktentwicklung und die direkte Reproduktion.

Die digitalisierten Daten im STL-Format können direkt in RP-Systeme (Rapid Prototyping) und in Flächenrückführungsprogramme, aber auch in immer mehr CAM-Systeme und Inspektionsprogramme eingelesen werden. Dank dieser Vorgehensweise kann man RP-Modelle herstellen, CAD-Daten aufbauen oder CNC-Maschinen ansteuern. Es können aber auch die Formabweichungen der Produkte erfasst und anschaulich dargestellt werden.

Nachfolgend wird die Digitalisierung und die direkte Reproduktion (Rapid-Prototypen-Modell) von drei Kunstgegenständen gezeigt, die von der Schweizer Künstlerin Beatrice Charen geschaffen wurden. Die Werke wurden mit dem ATOS-System digitalisiert und zu einem STL-Datensatz weiterverarbeitet. Diese Daten wurden der Firma PROFORM AG zugestellt, wo aus den Datensätzen getreue RP-Kopien hergestellt wurden. Die digitalisierten Daten sind mit dem Einverständnis der Künstlerin verfügbar für den "Nachbau" der Kunstwerke.

Der Frauentorso (Höhe ca. 150 mm) wurde von Beatrice Charen aus einem weißen Speckstein (indischer Steatit) herausgearbeitet. Die Figur steckt auf einem Chromstahldraht (Durchmesser 3 mm) und wird von einem matten Sockel aus Plexiglas (60x60x40 mm) gehalten.

Digitalisiert wurde das Objekt mit einem ATOS II SO, mit 100x80 mm Messbereich. Der Torso wurde auf einen Drehteller gelegt, auf dem schon einige Referenzpunkte aufgeklebt waren. Mit je zwei Aufnahmen von oben und einer Rundumdigitalisierung mit 10 Aufnahmen unter ca. 50 Grad zur Drehachse, wurde zuerst die Vorder- und danach die Rückseite erfasst. Aus den zwei Messprojekten wurden in ATOS zwei Polygonnetze berechnet, die anschließend zusammengefittet und als ein Datensatz gespeichert wurden.

Dann wurde der Torso auf dem Sockel auf den Drehteller gestellt. Mit einer ersten Aufnahme erfasste man den Unterteil des Torsos mit dem Sockel auf dem Drehteller. Danach wurde der Torso entfernt, der Plexiglassockel mit dem Chromstahldraht leicht eingesprüht und digitalisiert.

Nach der Definition des Koordinatensystems basierend auf den Sockeldaten wurden die Torsodaten in die Daten der ersten Aufnahme der Sockeldigitalisierung eingeschwenkt, damit auch diese im entsprechenden Koordinatensystem vorhanden sind. Dann wurden die Daten des Sockels abgeschnitten und diejenigen des Chromstahldrahtes invertiert, so dass die Außenfläche nach innen zeigte. Diese Daten wurden mit den Torsodaten verbunden, damit der RP-Torso auf den bestehenden Chromstahldraht im Sockel passte.
Da die Figur keine scharfen Kanten aufwies und auch die Bearbeitungsspuren nicht gezeigt werden sollten, konnten die Daten stark reduziert und ausgedünnt werden. Einzig das Künstlerlogo "CB" sollte im ausgegebenen STL-Datensatz noch sichtbar bleiben. Die Digitalisierung dieser Figur und die Nachbearbeitung der Daten zu einem ausgedünnten STL-Datensatz wurden komplett in ATOS vorgenommen und dauerten weniger als je 30 Minuten.

Die Reproduktion des Torsos im Maßstab 1:1 erfolgte durch die Firma PROFORM AG. Die GOM STL-Daten wurden mit der Insight Software V3.4 von Stratasys aufgearbeitet, beinhaltend die Erzeugung einer minimalen Stützstruktur und der Berechnung der individuellen Schichten und Materialbahnen. Um die Materialmenge und damit auch die Bauzeit zu reduzieren, wurde der so genannte "Sparse Mode" gewählt, bei dem die Oberfläche des Torsos aus einer kompakten Haut von 1,5 mm Dicke und das innere Volumen aus einer leichten Hatch-Struktur besteht. Anschließend wurde das Modell auf einer FDM-Titan-Anlage von Stratasys wie folgt gebaut:

Der Meteorfisch (Länge ca. 170 mm) wurde von Beatrice Charen aus einem unregelmäßig braun gemaserten Speckstein aus Swaziland (Südafrika) herausgearbeitet. Er wird von einem Chromstahldraht (Durchmesser 2,5 mm) in luftiger Höhe gehalten. Als Sockel dient ein dunkelgrün lasierter Speckstein (60x50x40 mm) aus dem Gotthardmassiv (Schweiz), in welchen der Chromstahldraht exzentrisch eingesetzt ist.

Digitalisiert wurde der Fisch mit einem ATOS II SO mit einem 135x108 mm Messbereich. Dabei wurde der Chromstahldraht leicht eingesprüht und der Fisch auf eine Drehplatte mit angebrachten Referenzmarken gelegt. Mit drei senkrechten und überlappenden Aufnahmen wurden die Referenzmarken rund um den Fisch erfasst. Dann folgten 13 weitere Aufnahmen in ca. 50 Grad zur Drehachse der Platte, womit die Oberseite bis etwas über die Hälfte des Fisches flächendeckend erfasst werden konnte. Nach dem Umdrehen des Fisches wurde die andere Seite des Objektes digitalisiert. Die beiden Projekte wurden anschließend zu STL-Datennetzen berechnet und zusammengefittet. Dann wurde das Koordinatensystem mit Hilfe des Chromstahldrahtes und der Längsrichtung des Fisches definiert. Das Zylinderloch für die Halterung des Fisches auf dem Draht wurde aus den invertierten und translatorisch in den Fisch geschobenen STL-Daten des Drahtes erzeugt. Danach wurden die beiden STL-Datensätze zusammengenäht, um so einen kompletten STL-Datensatz zu erhalten.

Anschließend wurden die Daten krümmungsabhängig ausgedünnt, so dass die feinen Strukturlinien in der Schwanzflosse erhalten blieben und trotzdem das Datenfile massiv reduziert werden konnte. Die Digitalisierung dieser Figur dauerte ca. eine Stunde. Wenn gewünscht kann die Farbinformation des Objektes nun aus Farbbildern auf die digitalisierten Daten projiziert werden. Diese Farbbilder können mit dem TRITOP-Photogrammetriesystem, bei geeigneter Ausleuchtung des Objektes, aufgenommen werden. Details zur Aufnahme und Darstellung von farbigen STL-Daten finden Sie im Anwendungsbeispiel: Farbige Digitalisierdaten. Die resultierenden farbigen STL-Daten können in einem erweiterten STL-Format (RGB oder BGR) ausgegeben werden.
Nach dem Erzeugen von Stützstruktur und Schichten mittels der Lightyear Software (3D Systems) wurde der Meteorfisch im Maßstab 1:1 durch PROFORM AG auf einer Stereolithographie - Anlage SLA 250 / 50 der Firma 3D Systems reproduziert.

Das Kerzenpodest mit springenden Delfinen (ca. 250x200x200 mm) wurde von der Künstlerin aus Ton modelliert, oben in der Kerzenaufnahme glasiert und sonst roh belassen und gebrannt.

Reproduziert wurde das Kerzenpodest im Maßstab 1:4 durch PROFOM AG auf einer Viper si 2 von 3D Systems. Weil die Erzeugung einer maßgeschneiderten Stützkonstruktion anhand des 150 MB Files sehr zeitraubend und rechenintensiv ist, wurde ein Hilfsmodell mit einer ca. 4 mal kleineren Facettenzahl erzeugt und dieses nochmals in 4 Partien unterteilt, damit das Editieren der zahlreichen Stützelemente schneller vor sich ging. Um das massive Volumen (und die Bauzeit) zu reduzieren, wurde die zentrale Partie des Originalmodells mit einem einfachen Polyheder ausgehöhlt und nur eine etwa 2 mm dicke Haut (im 1:4 Modell) belassen, die jedoch alle relevanten Details der Sichtseite enthielt. Anschließend wurde die maßgeschneiderte Stützstruktur mit dem ausgehöhlten Originalmodell kombiniert und die Schichten für den Bauprozess berechnet.

Die Kunstgegenstände sind Werke von:

Beatrice Charen
Luzernerstrasse 4
CH-5040 Schöftland (Schweiz)
Tel: +41 62-721 58 73
Fax: +41 62-721 53 83
Email: speckstein-atelier@bluewin.ch

Die RP-Teile wurden erstellt von:

Proform AG
Rapid Prototyping
Dr. Paul Bernhard
Route de Chésalles 60
CH-1723 Marly 1 (Schweiz)
Tel: +41 26-436 43 83
Fax: +41 26-436 43 29
Email: proform@proform.ch

Die digitalisierten Daten sind als STL (binary) und als mit Materialise gezippte (stlzip2) Datenfiles zum Download auf unserem FTP server verfügbar: