Smartphone-Fotos in vollfarbige 3D-Drucke verwandeln: Artec 3D und Mimaki definieren die Bewahrung von Kulturerbe neu

Die Suche nach einer ultrarealistischen Replik

Im alten Teil der serbischen Hauptstadt findet man eine Statue, die Betrachter in ihren Bann zieht: ein bronzener Fischer, der mit einer Schlange ringt, etwa 1,5 Meter hoch, von jahrzehntelanger Witterung gezeichnet, mit Moos und Schimmel bedeckt und voller textureller Komplexität – was ihre Digitalisierung zu einer ebenso spannenden wie anspruchsvollen Aufgabe macht. Stellen Sie sich vor, Sie spazieren über einen Platz in Belgrad, bleiben vor diesem beeindruckenden Denkmal stehen und beschließen, bis zum nächsten Morgen eine makellose Kopie im Taschenformat davon zu erstellen – mit nichts weiter als Ihrem Smartphone und einem 3D-Drucker auf dem Schreibtisch.

Die Idee mag zunächst gewagt klingen, denn historisch gesehen erforderte die Vervielfältigung von Skulpturen kostspielige Digitalisierung, manuelle Formherstellung, Guss oder stundenlange, mühsame digitale Bildhauerarbeit. Heute können zwei Technologien dies auf revolutionäre Weise ermöglichen. Auf der Aufnahmeseite rekonstruiert die KI-gestützte Photogrammetrie von Artec Studio ein Objekt aus einer Reihe von Smartphone-Aufnahmen. Auf der Ausgabeseite verwandelt Mimakis 3DUJ-Serie von Vollfarb-Inkjet-3D-Druckern diesen digitalen Zwilling in ein physisches Objekt – realistisch bis hin zu jedem Kratzer und jedem Moosflecken.

3D-Modell der Statue (links), erstellt mit Artec Studio KI-Photogrammetrie, und ihre ultrarealistische, 3D-gedruckte Replik (rechts), produziert mit dem Mimaki 3DUJ-553.

Im Rahmen einer kürzlich durchgeführten Zusammenarbeit wollte ein Team von 3D-Experten beweisen, dass eine lebensechte physische Kopie nahtlos und mit einem Realismus erreicht werden kann, den kein anderes Produkt auf dem Markt auch nur annähernd erreicht.

Das Wahrzeichen erfassen – ein Foto nach dem anderen

Die Statue stellte aufgrund ihrer komplexen Form und der natürlichen Alterungsspuren einen echten Belastungstest für die Photogrammetrie dar. „Wir haben diese bestimmte Statue gewählt, weil sie eine sehr interessante Oberfläche und viele kleine Details aufwies. Es gab natürliche Veränderungen daran – Moos, Schimmelspuren, Beschädigungen und verschiedene Texturvariationen. Es war interessant zu sehen, wie gut all diese Details in das digitale Modell übertragen werden würden", erklärte Grigoriy Galasiuk, Videodirektor bei Artec 3D, der die Aufnahmen vor Ort in Serbien leitete.

Trotz dieser Herausforderungen verlief die Datenerfassung schnell; die eigentliche Aufnahme dauerte nur 15 Minuten. Während er gleichzeitig ein Video aufnahm und photogrammetrische Aufnahmen machte, sammelte Galasiuk rund 350 Bilder, während er zweimal um die Statue herumging. Obwohl eine professionelle Kamera für die Videodokumentation zur Hand war, bedeutete die Flexibilität von Artec Studio, dass die Smartphone-Fotos mehr als ausreichend waren. „Es kann jede Kamera oder jedes Smartphone sein. Sogar ein kurzes Video reicht – man muss nur auf die Winkel achten", sagte Galasiuk.

Sobald die Fotos aufgenommen waren, übernahm die Software den Rest. „Ich habe die JPEG-Fotos in Artec Studio hochgeladen, wo die endgültige Verarbeitung stattfand", sagte Grigoriy. „Meiner Meinung nach ist das Ergebnis wirklich gut geworden: Die Körperproportionen wurden präzise erhalten, die Farben sehen großartig aus, und viele kleine Details, Kratzer und die Betontextur wurden wunderschön erfasst. All das hat sich sehr natürlich in das endgültige Modell übertragen."

Das resultierende 3D-Modell erfasste die Skulptur mit einem naturgetreuen Detailgrad. Der nächste Schritt? Den digitalen Zwilling materialisieren.

Der Mimaki-3D-Druck-Workflow

Mit einem texturreichen 3D-Modell wurde das Projekt an Mimaki Engineering in Japan übergeben, wo Michael Sickels, 3D-Produktmanager, die Druckseite beaufsichtigte.

Querschnitt des Drucks: Ein gehärteter weißer Tintenkern ist von einer ca. 1 mm dicken CMYKW-Tintenschicht umhüllt, die präzise gemischt wird, um bis zu 10 Millionen Farben zu erzeugen, einschließlich reinem Transparent. Quelle: Mimaki

Die Qualität des Modells ermöglichte eine reibungslose Pipeline. „Mit diesem großartigen 3D-Modell, das wir von Artec erhalten haben, war das Modell bereits wasserdicht und die Farbbildtexturen waren makellos", bestätigte Sickels. „Daher mussten wir nichts tun, um das 3D-Modell für den Druck vorzubereiten." Er führte weiter aus, wie reibungslos der Übergang war: „Es war völlig problemlos und einfach. Es war kein zusätzlicher Aufwand nötig, um sicherzustellen, dass das Modell 3D-druckbar war. Es war wirklich Plug-and-Play!"

Anschließend legte Sickels das Modell aus und erstellte den Druckauftrag – dank Mimakis Inkjet-Druck mit wasserlöslichen Stützstrukturen war keine manuelle Stützplatzierung erforderlich. „Die Layout-Software platziert automatisch die minimal erforderliche Menge an Stützstrukturen überall dort, wo Überhänge vorhanden sind", erklärte er.

Die Statue benötigte knapp über 14 Stunden, um auf dem Mimaki 3DUJ-553 in Vollfarbe gedruckt zu werden. Im Inneren des Druckers bewegt sich ein Schlitten mit acht Druckköpfen von links nach rechts über den Baubereich – wobei jeder Durchgang sofort durch UV-Lampen ausgehärtet und von einer Walze geglättet wird, bevor die nächste Schicht beginnt. Die innere Architektur der gedruckten Statue verdeutlicht, wie ausgefeilt der Mimaki-Prozess ist – das Modell wird von innen nach außen aufgebaut, mit einem reinen weißen gehärteten Kern, der von einer etwa 1 mm dicken Hülle aus präzise gemischter CMYKW-Tinte umgeben ist, die bis zu 10 Millionen Farben erzeugen kann, einschließlich reinem Transparent.

Der Mimaki 3DUJ-553: das richtige Werkzeug für die Aufgabe. Bild mit freundlicher Genehmigung von Mimaki

Nach Abschluss des Drucks wurde die Statue in einen mit Wasser gefüllten Ultraschallreiniger gegeben. Nach etwa vier Stunden hatte sich das gesamte Stützmaterial aufgelöst, und das fertige Stück konnte einfach auf dem Tisch an der Luft trocknen.

In vielerlei Hinsicht sprengte das Projekt die Grenzen des Farbrealismus, die mit früheren Technologien verbunden waren. Mit Blick auf die übergeordnete Herausforderung des 3D-Drucks von Kulturgütern betonte Sickels, warum Farbgenauigkeit so wichtig ist: „Wenn man diese sehr bedeutenden Kulturgut-Modelle hat, ist es entscheidend, dass der 3D-Druck dem Original so nah wie möglich kommt. Realismus ist der Schlüssel. Dieser fotorealistische Farbausdruck ist der große Vorteil, den die Mimaki-Technologie für diese Kulturgut-Anwendung bietet."

Eine Statue wird wiedergeboren. Was kommt als Nächstes?

Der fertige Druck spricht für sich selbst – sogar die Schlange ist mit so viel Detail erfasst, dass man sie fast zischen hören kann. Für Sickels ist dieses Projekt ein Blick auf etwas noch Größeres, weit über konventionelle Visualisierungen oder Museumsarchive hinaus. „Artec Studio Lite macht es jedem mit einer Kamera leicht, in die Welt hinauszugehen und hochwertige, vollfarbige, 3D-druckbare Daten zu erstellen", sagte er. „Vor diesem Hintergrund ist die Synergie mit dem Mimaki 3DUJ-Vollfarb-3D-Druck stark, und wir sehen viele potenzielle Anwendungen."

Die Bewahrung von Kulturgütern ist ein großartiger Ausgangspunkt, aber Mimaki stellt sich vor, denselben Workflow auch für eine Vielzahl unterschiedlicher Zielgruppen einzusetzen, darunter Verbrauchermärkte, 3D-Druck-Enthusiasten und Hobbyisten oder Studierende in Design-, Mode- und Biologieprogrammen. Ein leistungsstarkes neues Werkzeug zur Verwandlung von Ideen in physische Objekte macht Innovatoren wie Sickels „gespannt darauf, wohin uns das alles noch führen wird."

Letztendlich bietet dieser Workflow ein unvergleichliches Instrument für Lernen und kollaboratives Design. Die verwitterte Statue in Belgrad ist nur ein Beispiel für eine vollfarbige Replik, die aus einer Smartphone-Kamera und einem Drucker entstanden ist. Dieses Projekt ist der Beweis, dass ultrarealistischer 3D-Druck kein Studio voller Spezialausrüstung mehr erfordert – nur die richtigen Werkzeuge, die zusammenarbeiten, in den Händen von Menschen, die Ideen haben.