Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4082
Main Title: Digital fabrication of shape
Subtitle: Abstraction, data structures and optimization
Translated Title: Digitale Fabrikation von Formen
Translated Subtitle: Abstraktion, Datenstrukturen und Optimierung
Author(s): Hildebrand, Kristian
Advisor(s): Alexa, Marc
Referee(s): Alexa, Marc
Mitra, Niloy
Bickel, Bernd
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Im Moment befinden wir uns im Übergang vom Zeitalter der Massenproduktion in eine Welt der individuellen Fertigung. Dieser Übergang wird durch die Verbreitung von 3D Druckern ermöglicht, welche die Art und Weise wie wir Produkte entwerfen, entwickeln, fertigen und konsumieren, revolutionieren werden. Obwohl in den letzten Jahren große Fortschritte in der Entwicklung dieser Fabrikationsgeräte gemacht wurden, blieb die Entwicklung dazugehöriger Software, die für Endnutzer intuitiv genug ist, um personalisierte Inhalte zu erzeugen stark zurück. Die vorliegende Arbeit ist eingebettet in den Kontext dieser sogenannten 'Digitalen Fabrikation'. Es werden softwareseitige sowie algorithmische Lösungen präsentiert, die aus digitalen, physische Objekte erzeugen. Diese werden in unterschiedlichen Auflösungsstufen präsentiert, deren Varianz von einer möglichst exakten Reproduktion der Eingabemodelle bis hin zu einer Abstraktion der erzeugten Formen reicht. Es werden Softwarelösungen für die automatische Erzeugung von Kinderspielzeug und 3D Puzzles gezeigt, die in den letzten Jahren immer populärer geworden sind. Diese Arbeit legt außerdem Verbesserungen für Fabrikationsmethoden dar und diskutiert Formrepräsentationen. In einer ersten Anwendung wird eine Optimierungsmethode für additive Fertigungsverfahren gezeigt. Für diese Optimierung werden die dreidimensionalen Eingabemodelle in Teile zerlegt, wobei jedes für sich, mit größtmöglicher Genauigkeit produziert werden kann. Dadurch wird deutlich, dass dieser Ansatz präziser ist, als die Modelle in einem Stück zu fertigen. Das Verfahren zeigt zudem klare Vorteile, wenn das Objekt größer ist, als das Produktionsvolumen des 3D Druckers oder wenn die Fertigungsauflösung produktionsbedingt nur sehr gering ist. In einer weiteren Anwendung wird eine effiziente Methode zur Zerteilung eines Eingabemodelles in zwei Teile vorgeschlagen. Durch die Fertigung der beiden Einzelteile können zwei unterschiedliche Fabrikationsmethoden profitieren. Zum einen wird demonstriert, dass durch die Zerteilung der Verbrauch von Stützmaterial beim 3D Druckprozeß verringert werden kann. Zum anderen kann mit Hilfe des gleichen Ansatzes die Erzeugung von dreidimensionalen Designprototypen, unter der Benutzung einer 3-Achs-Fräse, unterstützt werden. In einer dritten Applikation wird ein Algorithmus zur automatischen Erzeugung von dreidimensionalen Steckmodellen erarbeitet, welche mit Hilfe von Laserschneidgeräten produziert und dann von Hand zusammengesteckt werden können.
We are currently witnessing a transition from the age of mass production to a world of personalized manufacturing. The transition is enabled by the wide-spread availability of manufacturing devices that facilitate rapid customization and fabrication, revolutionizing the way we design, develop, fabricate, and consume products. Although there has been significant progress in the development of manufacturing devices recently, software that allows end users to intuitively create digital content is largely underdeveloped. This thesis develops software for digital fabrication that explores the continuum between accurate and abstract reproductions of shapes. We propose consumer-level rapid prototyping applications, including computational models for next generation personalized toys and 3D puzzles, which are becoming increasingly popular. The work introduces three approaches that demonstrate improvements for manufacturing methods and discusses shape representations and fabrication-constraint processing. Our first application proposes an optimization scheme that addresses accuracy issues in layered manufacturing. We show that fabrication can be more accurate when a shape is decomposed into parts. The approach provides significant benefits if the shape is larger than the available production volume of the manufacturing device or the process resolution is low. Our second application proposes a computationally efficient method to partition a digital input shape into parts. The approach is designed to overcome limitations of existing 3-axis machining such as 3D printing and 3-axis CNC milling. We demonstrate that our technique reduces the amount of support material required for 3D printing. Also, we present that it supports the creation of 3D design prototypes using a 3-axis CNC milling machine with acceptable fabrication errors. A third application provides an algorithm for the automatic generation of cardboard models from a given 3D input shape. Laser cutters or CNC milling machines are used to fabricate the parts of the cardboard model which is assembled manually.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-53209
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4379
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4082
Exam Date: 28-Mar-2014
Issue Date: 7-Jul-2014
Date Available: 7-Jul-2014
DDC Class: 000 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke
Subject(s): Computergrafik
digitale Fabrikation
geometrische Modellierung
Computer graphics
digital fabrication
geometric modelling
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 4 Elektrotechnik und Informatik » Institut für Technische Informatik und Mikroelektronik » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
hildebrand_kristian.pdf61.02 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.