ShiftLens: Oberflächen mit Bildwechsel aus dem 3D-Drucker, ohne Elektronik

Ein Team des MIT hat mit ShiftLens ein Konstruktions- und Fertigungssystem vorgestellt, mit dem sich 3D-gedruckte Objekte herstellen lassen, deren Oberfläche ihr Erscheinungsbild durch Drücken, Schieben oder Drehen verändert, all das ohne Sensoren, Batterien oder Bildschirme. Entwickelt wurde das System in der Human-Computer Interaction Engineering Group des CSAIL, dem Labor für Informatik und Künstliche Intelligenz des MIT. Ziel sind Objekte, die ihren Zustand selbst anzeigen können, insbesondere in Umgebungen, in denen Elektronik die Fertigung erschwert oder den Einsatzbedingungen nicht standhält.

Am deutlichsten zeigt sich das Prinzip an einer Reagenzflasche für das Labor. Ist der Verschluss fest zugedreht, zeigt die Oberfläche ein Häkchen; bei gelockertem Verschluss erscheint ein Gefahrensymbol. Beide Darstellungen werden nicht auf einem Bildschirm erzeugt, sondern direkt in die Flaschenwand gedruckt.

ShiftLens kombiniert eine Schicht aus Lentikularlinsen (winzigen Zylinderlinsen, wie sie von Postkarten mit Wechselbildern bekannt sind) mit einer darunterliegenden Musterschicht. Auf dieser sind die Motive in schmale, ineinander verschachtelte Streifen zerlegt. Verschiebt sich die Linsenschicht um wenige Millimeter, vergrößern die Linsen jeweils andere Streifen und machen dadurch ein anderes Bild sichtbar. Die Bewegung kann unmittelbar durch die Bedienung des Objekts entstehen, etwa beim Aufschrauben eines Verschlusses oder beim Drehen einer Lippenstifthülse. Alternativ übernimmt ein in das Bauteil gedruckter Mechanismus die Verschiebung: ein Schalter für zwei Zustände, ein Rad für einwandfreie Übergänge oder mit Rastkerben zur Auswahl mehrerer Zustände.

Komplett montiert aus dem 3D-Drucker

Linsen, Farben, Grundkörper und Mechanik entstehen gemeinsam in einem einzigen Druckvorgang. Das Team arbeitete mit einer Stratasys J55, die auf Material Jetting basiert. Bei diesem Verfahren werden Tröpfchen aus UV-härtendem Harz aufgetragen; zugleich lassen sich mehrere Materialien verarbeiten. So können die transparenten Linsen und die farbigen Bildstreifen in dasselbe Bauteil gedruckt werden. Während der Fertigung füllt ein wasserlösliches Stützmaterial den Zwischenraum zwischen den beiden Schichten. Anschließend wird es ausgewaschen, sodass die beweglichen Komponenten bereits montiert aus dem 3D-Drucker kommen.

Strukturen kleiner als 200 µm lassen sich mit dem Verfahren nicht drucken. Bei einem Linsenabstand von 5 mm ist ShiftLens daher auf zehn visuelle Zustände begrenzt. Auch die mögliche Geometrie ist eingeschränkt: Geeignet sind ausschließlich Translations- und Rotationsflächen sowie Kombinationen daraus, da sich die beiden Schichten gegeneinander verschieben lassen müssen, ohne zu kollidieren.

Nach Einschätzung von Yunyi Zhu, Doktorandin in der HCI Engineering Group des MIT CSAIL, ließe sich die Technik auf industrielle Anwendungen skalieren, wie Rohrleitungen, die anzeigen, an welcher Verbindung eine Undichtigkeit vorliegt. Gerade dort treten Feuchtigkeit und mechanische Belastungen auf. Unter solchen Bedingungen kann die Elektronik ausfallen. Wie die Bauteile im Detail funktionieren, zeigt das nachfolgende Erklärungsvideo des Teams.

Die vollständige Veröffentlichung des Teams zu ShiftLens ist hier abrufbar.

Was halten Sie von diesem 3D-Druck-Verfahren für Oberflächen, die ihr Erscheinungsbild verändern? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

*Bild: Zhu et al., MIT CSAIL (HCI Engineering Group)