Oberflaechenverbesserung im 3D-Druck mittels hoeherer Aufloesung

Mit pulvergestützten 3D-Druckprozessen verbindet der Anwender bislang vor allem eine hohe Prozessgeschwindigkeiten bei mäßiger Genauigkeit und Oberflächenqualität. Dass das auch anders geht zeigt der vorliegende Artikel.

3D-Druck von Kunststoff-Medizinprodukten

Das Additive Manufacturing gewinnt im Bereich der Medizintechnik zur Herstellung von Prototypen bis hin zu Endprodukten zunehmend an Bedeutung. Ein großes Hemmnis stellen allerdings die relativ hohen Fertigungskosten dar. Hier bietet der verstärkte Einsatz der 3D-Drucktechnologie (3D Printing) ein erhebliches Potential zur Reduktion der Kosten. Aus dieser Motivation heraus wurde ein 3D-Druckverfahren zur Herstellung biokompatibler, sterilisierbarer Kunststoffmodelle entwickelt. Beim 3D-Druck-Verfahren handelt es sich um einen pulverbasierten Prozess zur schichtweisen Herstellung von Modellen direkt aus Computerdaten. Dabei werden dünne Schichten eines Pulvers auf eine Grundplatte aufgebracht, die dann durch gezielte Binderzugabe entsprechend des aktuellen Bauteilquerschnitts verfestigt werden. Ausgangsmaterial für diesen Prozess ist ein Granulatgemisch auf Basis von PMMA (Polymethylmethacrylat). Als Binderflüssigkeit wird ein Lösungsmittel eingesetzt. Die 3D gedruckten Modelle werden nach einer entsprechenden Trocknungszeit im Pulverbett entpackt und warmgelagert, um das Abdampfen des Lösungsmittels zu beschleunigen. Der Nachweis der Biokompatibilität der hergestellten Modelle erfolgte durch einen Test nach DIN EN ISO 10993-5. In Kooperation mit Anwendern wurden verschiedene Anwendungsbeispiele wie Bohrschablonen, Otoplastiken, Gebissmodelle und Modelle für die präoperative Planung realisiert und charakterisiert.

Neue Dimensionen in der 3D-Drucktechnologie

Die heute kommerziell verfügbaren generativen Fertigungsverfahren und deren Folgeprozesse ermöglichen die Verarbeitung einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe. Bei der Herstellung von funktionalen Prototypen werden die Leistungsgrenzen dieser Technologien jedoch schnell erreicht, sodass Kompromisse und Einschränkungen beim Einsatz der Prototypen in Kauf genommen werden müssen. Die Gründe hierfür liegen bei den sehr hohen Anforderungen, die sowohl an das Serienteil als auch an die Prototypen gestellt werden. Alle Forderungen bezüglich der mechanischen, topographischen und physikalischen Eigenschaften zu erfüllen, ist aus technologischer Sicht nicht möglich, da die RP-Verfahren nicht die Fertigungsbedingungen in der Serienproduktion abbilden können. Um dennoch der steigenden Nachfrage speziell der kunststoffverarbeitenden Industrie nach serienidentischen Prototypen und funktionalen Kleinserien nach zu kommen, wurde ein neues Werkstoff-, Technologie- und Maschinenkonzept basierend auf der 3D-Drucktechnologie entwickelt.

3D nanoimprint technology for NIR Fabry-Pérot filter arrays

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Herstellung von miniaturisierten NIR-Spektrometern auf Basis von Fabry-Pérot (FP) Filter Arrays behandelt. Bisher ist die kostengünstige Strukturierung von homogenen und vertikal erweiterten Kavitäten für NIR FP-Filter mittels Nanoimprint Technologie noch nicht verfügbar, weil die Qualität der Schichten des Prägematerials unzureichend ist und die geringe Mobilität der Prägematerialien nicht ausreicht, um die vertikal erweiterten Kavitäten zu füllen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Reduzierung des technischen Aufwands zur Herstellung von homogenen und vertikal erweiterten Kavitäten. Zur Strukturierung der Kavitäten wird ein großflächiger substratkonformer UV-Nanoimprint Prozess (SCIL - Substrate Conformal Imprint Lithoghaphy) verwendet, der auf einem Hybridstempel basiert und Vorteile von harten und weichen Stempeln vereint. Um die genannten Limitierungen zu beseitigen, werden alternative Designs der Kavitäten untersucht und ein neues Prägematerial eingesetzt. Drei Designlösungen zur Herstellung von homogenen und erweiterten Kavitäten werden untersucht und verglichen: (i) Das Aufbringen des Prägematerials mittel mehrfacher Rotationsbeschichtung, um eine höhere Schichtdicke des Prägematerials vor dem Prägeprozess zu erzeugen, (ii) die Verwendung einer hybriden Kavität bestehend aus einer strukturierten Schicht des Prägematerials eingebettet zwischen zwei Siliziumoxidschichten, um die Schichtdicke der organischen Kavität zu erweitern und (iii) die Optimierung des Prägeprozesses durch Verwendung eines neuen Prägematerials. Die mit diesen drei Ansätzen hergestellten FP-Filter Arrays zeigen, hohe Transmissionen (beste Transmission > 90%) und kleine Linienbreiten (Halbwertsbreiten <5 nm).

Tracking people in 3D using position, size and shape

This paper presents a prototype tracking system for tracking people in enclosed indoor environments where there is a high rate of occlusions. The system uses a stereo camera for acquisition, and is capable of disambiguating occlusions using a combination of depth map analysis, a two step ellipse fitting people detection process, the use of motion models and Kalman filters and a novel fit metric, based on computationally simple object statistics. Testing shows that our fit metric outperforms commonly used position based metrics and histogram based metrics, resulting in more accurate tracking of people.

2D-3D Face Recognition Based on PCA and Feature Modelling

Hybrid face recognition, using image (2D) and structural (3D) information, has explored the fusion of Nearest Neighbour classifiers. This paper examines the effectiveness of feature modelling for each individual modality, 2D and 3D. Furthermore, it is demonstrated that the fusion of feature modelling techniques for the 2D and 3D modalities yields performance improvements over the individual classifiers. By fusing the feature modelling classifiers for each modality with equal weights the average Equal Error Rate improves from 12.60% for the 2D classifier and 12.10% for the 3D classifier to 7.38% for the Hybrid 2D+3D clasiffier.

Radiobiological model comparison of 3D conformal radiotherapy and IMRT plans for the treatment of prostate cancer

The main aim of radiotherapy is to deliver a dose of radiation that is high enough to destroy the tumour cells while at the same time minimising the damage to normal healthy tissues. Clinically, this has been achieved by assigning a prescription dose to the tumour volume and a set of dose constraints on critical structures. Once an optimal treatment plan has been achieved the dosimetry is assessed using the physical parameters of dose and volume. There has been an interest in using radiobiological parameters to evaluate and predict the outcome of a treatment plan in terms of both a tumour control probability (TCP) and a normal tissue complication probability (NTCP). In this study, simple radiobiological models that are available in a commercial treatment planning system were used to compare three dimensional conformal radiotherapy treatments (3D-CRT) and intensity modulated radiotherapy (IMRT) treatments of the prostate. Initially both 3D-CRT and IMRT were planned for 2 Gy/fraction to a total dose of 60 Gy to the prostate. The sensitivity of the TCP and the NTCP to both conventional dose escalation and hypo-fractionation was investigated. The biological responses were calculated using the Källman S-model. The complication free tumour control probability (P+) is generated from the combined NTCP and TCP response values. It has been suggested that the alpha/beta ratio for prostate carcinoma cells may be lower than for most other tumour cell types. The effect of this on the modelled biological response for the different fractionation schedules was also investigated.

Doing cultural heritage using the torque game engine: supporting indigenous storytelling in a 3D virtual environment

Digital Songlines (DSL) is an Australasian CRC for Interaction Design (ACID) project that is developing protocols, methodologies and toolkits to facilitate the collection, education and sharing of indigenous cultural heritage knowledge. This paper outlines the goals achieved over the last three years in the development of the Digital Songlines game engine (DSE) toolkit that is used for Australian Indigenous storytelling. The project explores the sharing of indigenous Australian Aboriginal storytelling in a sensitive manner using a game engine. The use of the game engine in the field of Cultural Heritage is expanding. They are an important tool for the recording and re-presentation of historically, culturally, and sociologically significant places, infrastructure, and artefacts, as well as the stories that are associated with them. The DSL implementation of a game engine to share storytelling provides an educational interface. Where the DSL implementation of a game engine in a CH application differs from others is in the nature of the game environment itself. It is modelled on the 'country' (the 'place' of their heritage which is so important to the clients' collective identity) and authentic fauna and flora that provides a highly contextualised setting for the stories to be told. This paper provides an overview on the development of the DSL game engine.