3d Drucken mit dem 3d Drucker

Aller Anfang ist bekanntlich schwer. Dies gilt insbesondere bei der Anschaffung eines 3d Druckers. Mittlerweile gibt es auf dem Markt sehr viele Anbieter mit den unterschiedlichsten 3d Druckverfahren. Ich habe mich für das FFF (Fused Filament Fabrication) entschieden. Dies bietet mir persönlich die schnellste und flexibelste möglichkeit verschiedene Modelle aus einer 3d Konstruktion (3d Zeichnung) in einen realen 3d Objekt umzusetzen.

Die Frage nach einem guten und vor allen Dingen geeigneten 3d Drucker ist immer von den individuellen Bedürfnissen abhängig. Hierbei meine ich nicht den Preis sondern die Ausführung bzw. Konstruktion eines 3d Druckers.

Als ein gutes Beispiel wäre da der Bauraum. Sollte dieser geschlossen sein oder offen? Mit „offen“ oder „geschlossen“ ist eine geschlossene oder offene Konstruktion des 3d Druckers gemeint.

Eine offene Konstruktion ist im allgemeinen Kostengünstiger als ein geschlossenes Gehäuse bei einem 3d Drucker. Allerdings ist diese „offene“ Bauweise eines 3d Druckers, meiner Erfahrung nach, empfindlicher gegenüber Umgebungstemperaturen beim Druckvorgang. Dies kann sich in fehlerhaften 3d Drucken bemerkbar machen. Dieses Problem wird durch einen geschlossenen Bauraum weitestgehend egalisiert.

Ebenso ist die Frage nach einem „beheitztem“ oder „nicht beheiztem“ Druckbett (Heizbett) eine berechtigte Frage. Dies ist ebenfalls abhängig von der Anwendung des 3d Druckers.

Eine endgültige Aussage, ob ein beheiztes Druckbett (Heated Bed) notwendig ist oder nicht, kann so nicht getroffen werden. Es ist immer Objekt, Material und Anwendugsabhängig. Bei meinen Druckproben, habe ich auch sehr gute Erfahrungen mit folgenden 3d Drucker Einstellungen gemacht:

  • Material: PLA
  • Farbe des PLA : grün (klingt seltsam, aber meiner Erfahrung nach ist sogar die Farbe des Druckmaterials ausschlaggebend bei der Slicer Einstellung und für das Qualitätsergebnis des Endproduktes. Slicer = Kommunikationssoftware, wird später beschrieben)
  • Bauraum/Plattform: beheizt
  • Temperatur Plattform: 25° (klingt interessant, oder?)
  • Plattform adhäsion: Kleber (Klebestift) und Birm bzw. Raft (wird später erklärt) ist benenfalls Druckerabhängig.
  • Nozzle (Düsen) Temperatur: 210° (ebenfalls abhängig vom verwendeten Druckmaterial).

Hierbei hat sich gezeigt, dass das Druckergebnis und die Haftung der ersten Schicht mit 25° Heizbetttemperatur sehr gut war. Es war werder Warping (das Verziehen des Modells durch starke Temperaturunterschiede von Druckdüse und abkühlendem 3d Druckmaterial) noch eine Ablösung der ersten Druckschichten festzustellen.

Dieses Ergebnis habe ich allerdings nur bei dem Drucker mit dem geschlossenem Bauraum gemacht.

 

Architektur und 3D Druck

Eine gute Ergänzug zu 3D Architektur Visualisierungen sind Modelle in 3d. Heutzutage sind die 3d Drucker erschwinglich geworden und eine hervorragende Ergänzug zu Bauplänen. Bauherren können mit Hilfe eines gedruckten 3d Modelles einen exakten Eindruck von Ihrem zukünftigen Eigenheim erhalten.

Der möglichkeiten sind keine Grenzen gesetzt. Angefangen von Modellen im Maßstab 1:50 bishin zu komplexen Dachkonstruktionen mit diversen Graten kann mit Hilfe eines 3d Druckers alle möglichen Hausmodelle gedruckt bzw. erstellt werden.

Die Druckqualität eines 3d Druckers ist sehr gut und überaus Detailgetreu. Durch unterschiedliche Arten von Filamenten können sowohl Holzmaterialien als auch verschiedene Metalle in 3d gedruckt werden. Voraussetzung ist natürlich ein entsprechender 3d Drucker, der diese Materialien verarbeiten kann.

Für konventionelle Architekturmodelle sind die Filamente auf Kunsstoffbasis am praktischten zu handhaben.

Nachdem ein 3d Modell digital erstell wurde, ist es sehr hilfreich dieses Haus im Maßstab 1.100 oder 1:50 in den Händen zu halten. Für Architektur Wettbewerbe oder für Kundenpräsentation ein äußerst hilfreiches Werkzeug.

Meiner Erfahrung nach haben sowohl Bauherren als auch Planer mit 3d Modellen aus dem 3d Drucker eine optimierte Möglichkeit ihr Bauprojekt sowohl gestalterisch als auch planerisch zu beeinflußen.

Visualisierung mit 3D Modellierung in Vue 2015

Eine der besten Möglichkeiten um unterschiedliche Gelände darzustellen ist die Kombination mit 3D Modellen aus Earth Sculptor, Sketchup und Vue. Hierbei werden die Geländemodelle in Earth Sculptor erstellt und nach Vue als OBJ. Modell importiert.  Auf dieser Weise verfahren wir auch mit Stetchup Modellen. Einen großen Vorteil bietet hierbei das Importmodul von Vue, speziell für Sketchup Modelle. Die Texturen bleiben hierbei unverändert. Diese können wir anschliessend in Vue bearbeiten und anpassen.

Nachdem alle benötigten Komponenten importiert worden sind, können wir nach Belieben unsere Szene gestallten. Vue bietet hierfür, speziell für outdoor Renderings, eine vielzahl von Möglichkeiten. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Vue, ist die Polygon- verarbeitung. Die meisten Programme sind ab einer größeren Zahl von Polygonen überfordert. Die Gestalltung von Szenen wird zäh und mühsam. Nicht hingegen mit Vue. Eine zusammengestellte Szene mit über 1Billion Polygonen ist keine Seltenheit und wird von Vue problemlos verarbeitet.

Meiner Erfahrung nach ist Vue allerdings eher für outdoor Visualisierungen konzipiert. Für indoor Renderings ist Vray die erste Wahl. Am besten werden beide kombiniert (mit einem entsprechenden Bildbearbeitungsprogramm).

Architektonische Animationen lassen sich mit Vue ebenfalls sehr gut erstellen. Allerdings ist eine schnelle Hardware unbedingt zu empfehlen (mindestens 4Kern Rechner und 16GB Ram. Ambesten noch eine SSD-Festplatte. Ohne diese Ausstattungen wird die Arbeit sehr mühselig und langsam. Für schnelle Renderergebnisse sind die sog. „Rendercows“ von Vue. Hierbei werden mehrere Computer zu einer Einheit zusammengefasst und rendern die zu Erstellende Szene gemeinsam. Dies setzt natürlich die Verwendung von verschiedenen kostenpflichtigen Zusatzmodulen voraus.

Render, Visualisierung Architektur

A nice Place

 

Rendering Architecture, Architektur Visualisierung.

Snowy Ground

 

Rendering, Visualisierung einer Park.

The Park

 

 

Visualisierung Architektur

Eine besonders Anspruchsvolle Architektur-Visualisierung kann mit dem  Programm von der Firma „e-on software“ erstellt werden.

Diese Applikation kann sehr große Anzahl von Polygonen verarbeiten und organisieren. Mit unterschiedlichen zusätzlich aufrüstbaren Modulen können alle Formen von Landschaften oder Planeten erstellt werden. Besonders interessant sind die Einstellungsmöglichkeiten für Atmospheren oder Landschaftslayer.

Visualisierung_Architektur

Ein gutes Beispiel zeigt das obere Bild für die Möglichkeiten der Atmosphärischen Darstellung in der Architektur-Visualisierung.

Vray Visualisierung eines Shopping Centers

Die folgenden Bilder sollen ein virtuelles Shopping Center darstellen. Das erste Bild ist die Situation bei Tageslicht aus einer etwas anderen Perspektive als auf der Homepage…

Vray Visualisierung eines Shopping Centers

Morgens im Shopping Center

Die nächste Szene stellt das Schopping Center kurz nach Sonnenuntergang dar. Hierbei wurden verschiedene Beleuchtungsmöglichkeiten von Vray verwendet. Die Einstellung der Licht- und Luminanzstärke ist in jedem Fall sehr vom Hintergrundbild abhängig. Sowohl die GI Colour (Global Illumination) als auch das BG Colour (Background) sind einheitlich. Ebenso spielt die Kameraeinstellung in Vray eine entscheidende Rolle.

Visualisation Shopping Center Vray Architectural

Shopping Center in the evening

Visualisierung in der Architektur

visualization architecture vray building

Shopping Center

Für die Visualisierung in der Architektur stehen mittlerweile verschiedene sehr gute Programme zur Verfügung. Zunächst wird ein 3D Programm für die Visualisierung in der Architektur benötigt, mit deren Hilfe das benötigte Modell erstellt wird. Für meine Arbeiten hat sich Google Sketchup sehr gut bewährt. Es ist leicht zu handhaben, wartet mit einer vielzahl von zusätzlichen Plugins auf (sowohl kostenlos als auch kostenpflichtig) und ist gleichermaßen für Neulinge wie für Profis in der Visualisierung für Architektur geeignet. Die Freeware Version für Sketchup hat einige Funktionen (z.B. DWG/DXF Dateiformat Import, Export Funktion) weniger als die Kostenpflichtige Sketchup Pro Version. Außerdem ist die freeware Version nur für den privaten Gebrauch freigegeben.

Als zweites wird die eigentliche Visualisierungssoftware (Rendersoftware, Rendering Programm etc. . Die Bezeichnungen sind unterschiedlich meinen aber das gleiche) benötigt. Diese Programme sind sowohl als „Plugins“ innerhalb von Sketchup erhältlich, oder als „Standalone render engine“ ( Standalone render engine = eigenständiges Programm mit einem import/export Modul für die Datenübertragung von z.B. Sketchup zu dem entsprechendem Programm) zu verwenden. Für mich haben sich zwei Programme innerhalb und außerhalb von Sketchup bewährt.

Außerhalb von Sketchup ist die Kostefreie Software „Kerkythea“ für Visualisierung in der Architektur gut geeignet, da Sie u.a. Raytracing und Path Tracing unterstützt. Des weiteren ist auch eine 64bit Version erhältlich, welches die Renderzeit (bei entsprechender Soft- und Hardware) erheblich verkürzt. Kerkythea ist mit einer Vielzahl von Modellen und Materialien ausgestattet (als zusätzliche Integrationen), die für eine Fotorealistische simulation notwendig sind. Das folgende Bild ist ein Beispiel für Kerkythea in der Visualisierung für Architektur.

Visualisierung Architektur Haus mit Garten

Exterior Visualisierung Kerkythea

Eine der wenigen Nachteile von Kerkythea ist, dass Displacement Mapping nicht unterstützt wird.

Als Visualisierungssoftware innerhalb von Sketchup (als Plugin) ist für mich Vray sehr hifreich. Dieses Programm unterstützt mehr Funktionen als Kerkythea (z.B. Displacement Mapping, unterschiedliche Einstellungen der GI und BG etc.), allerdings ist es nicht kostenlos. Folgende Bilder als Beispiel für Vray:

Interieor Visualisierung Fabrikhalle Vray

Umbau Fabrikhalle Visualisierung

Das oben dargestellte Bild (Umbau Fabrikhalle Visualisierung) hat eine veränderte Kameraeinstellung in Vray im Vergleich zur Standarteinstellung erhalten (  Standart: Shutter Speed = 200; F Number = 8,0; Film Speed (ISO) = 100 ; Verändert: Shutter Speed = 300; F Number = 4,0; Film Speed (ISO) = 170,0)

Umbau Fabrikhalle Wohnzimmer Visualisierung

Blick ins Wohnzimmer

Eine weitere Möglichkeit für Vray in der Visualisierung mit Displacement Mapping, ist die Darstellung von z.B. Wasser welches Kontakt zu einer Glasfläche hat wie in den nächsten Beispielen:

Visualisierung Architektur Aquarium im Dachgeschoss

Aquarium im Dachgeschoss

Visualisierung Aquarium Architektur

Aquarium Beleuchtung

Die Möglichkeiten für eine Visualisierung in der Architektur sind sehr breit aufgestellt, wie man sieht. Welches schlussendlich die richtige Software für einen persönlich ist, muss jeder für sich selber testen (kostenlose Testversionen stellt jeder Softwarehersteller zum Download bereit).

Architekturmodell in der Visualisierung

Ein gutes Beispiel für die Vielfältigkeit der Visualisierung mit unterschiedlichen render Programmen ist zum Beispiel die Darstellung von Architekturmodellen. Hierbei lassen sich alle erdenklichen 3D Modelle auf unterschiedliche Größen skalieren und anschließen als Architekturmodell verwenden. Im nächsten Bild möchte ich dies veranschaulichen. Das Bild wurde mit einem leichten Dof Effekt Visualisiert. Das Visualisierungsprogramm war Kerkythea.

Architekturmodell Kerkythea

Architekturmodell Kerkythea

Kerkythea und Visualisierung in exterieur Scenen

Auf die Frage hin, ob Vray oder Kerkythea bei Visualisierungen von exterieur Scenen zu bevorzugen sei, kann ich keine eindeutige Entscheidung treffen. Sowohl Kerkythea als auch Vray haben ihre Vor- und Nachteile. Kerkythea hat einen großen Vorteil, wenn es um komplexe Modelle geht. Hierbei hat Vray das Nachsehen. Bei einem sketchup Modell, dass größer als ca. 20 MB ist (und dass kann schnell durch einige Details oder Displacements zustandekommen), wird die Visualisierung ziemlich zäh. Hier verhält sich Kerkythea sehr robust. Besonders ist die 2008 echo edition Version von Kerkythea als äußerst gutmütig und schnell zu nennen (besonders die 64 bit Version). Man kann vielfältige, zusätzliche Modelle nach dem Import in Kerkythea einfügen, welche die Verwendung von Displacement Mapping überflüssig machen.Des Weiteren können auf der Homepage von KT kostenlos Vegetationsmodelle und Materialien bezogen werden. Natürlich ist ein Beitritt dem Kerkythea Forum ein praktischer Weg, um Erfahrungen auszutauschen und selbst erstellte Modelle bzw. Materialien mit andern zu teilen.

Das folgende Bild wurde ohne Displacement mapping mit Kerkythea visualisiert.

Architektur Visualisierung Kerkythea

Architektur Visualisierung Kerkythea

Reflektionen Vray und HDRI

Die nächsten Bilder sind mit unterschiedlichen Hintergrundfarben (in Vray Settings Environment = BG Color) erstellt worden. Die Betonung lag bei diesen Szenen auf der Reflektion unterschiedlicher Glasmaterialien. Die Einstellungen des IOR und unterschiedliche Fog Farben waren ausschlaggebend.

Visualisierung einer Küche mit Vray und Sketchup

Das folgende Bild wurde mit Vray Visualisiert. Die GI (Globale Beleuchtung) wird durch die Sonnenstellung in Skletchup bestimmt. Vray übernimmt hiermit die Sonnenstellung im Dezember um 13.30 Uhr (eingestellt in Sketchup). Durch diesen Parameter steht die Sonne folglich tief und die Schatten sind lang. Hierdurch wird die Beleuchtungsintensität sehr gemindert. Dies hat zur Folge, das die Szene ohne künstliche Ausleuchtung nicht hell genug erscheint.

Architektur Visualisierung Vray und Sketchup

Kleine Küchenzeile

Die nächste Szene wurde aus einer anderen Perspektive aufgenommen und Visualisiert.

Vray Küchen-Visualisierung

Küchenzeile Perspektive 2