3D-Stadtmodell Bern: Testdatensatz in Version 2014

3D-Stadtmodell Bern: Testdatensatz in Version 2014


Aktuelle Daten der Stadt Bern

Herr Schmits von der Stadt Bern hat uns nach dem Treffen vorletzte Woche aktuellen Daten aus dem 3D-Stadtmodell zur Verfügung gestellt. Zwecks Vergleich ist es der selbe Ausschnitt wie beim Testdatensatz Casino Zytglogge, welchen wir aufwändig bereinigt und ausgedruckt hatten. Das Resultat diesmal mit 2 h manuellem und 22 h maschinellem Aufwand lässt sich sehen! Sogar die Innenhöfe sind erhalten geblieben.

Panorama-Aufnahme vom Casinoplatz

Im Blogpost und in der Besprechung haben wir dann darauf hingewiesen, dass für uns ein Exportformat von Vorteil wäre, welches wir ohne viel Konvertierung in die Drucksoftware Cura von Ultimaker laden und slicen können. Grundlage ist ebenfalls eine qualitativ hochwertige Datenbasis und möglichst viele Schritte vom Modell zum Druck in der Ausgangssoftware zu erledigen. Das wurde uns im Verlauf der Datenbereinigung und Konvertierung zum 3D-Drucken am ersten Datensatz klar.

Infos vom 3D-Forum in Lindau

Slide von Prof. Dr. Volker Coors, aus der Präsentation anlässlich des 3D-Forums Lindau 2013
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Zudem erwähnt Ulf Teller in seiner Präsentation anlässlich des selben 3D-Forums Lindau eine Vielzahl an Herausforderungen die sich beim Verarbeiten und Drucken von 3D-Modellen ergeben. Schön finden wir daran, dass man zu vielen dieser Erkenntnisse einfach nur durch die praktische Arbeit mit den Daten kommt. Die meisten dieser Probleme sind uns daher auch im Verlauf unserer Aufbereitung der Daten beim ersten Druckversuch mit den qualitativ schlechten Daten aufgefallen.

Slide von Ulf Teller, aus der Präsentation anlässlich des 3D-Forums Lindau 2013

Zum Schluss seiner Präsentation liefert Herr Teller, Profi mit eigener Firma ULFTELLER 3D-Druck auf dem Gebiet der Erstellung von 3D-gedruckten Stadtmodellen, auf einem einzigen Slide eine enorme Menge Faustregeln.

Slide von Ulf Teller, aus der Präsentation anlässlich des 3D-Forums Lindau 2013

Expertenwissen vom CityGML-Workshop

So sehen das offenbar auch Experten auf dem Gebiet von Stadtmodellen, welche den CityGML-Workshop im Rahmen des 3D-Forums in Lindau als Referenten bestritten. In ihrer Präsentation diskutierten die Referenten zuvor erhaltene Daten aus verschiedenen Quellen und stellen Dateiformate und Korrektursoftware wie z.B. CityDoctor vor, welche bestehende CityGML-Daten auf Fehler überprüfen kann. Oder weitere Reparatursoftware, welche die Druckbarkeit von Modellen prüfen und viele Fehler automatisch beheben kann.

Slide von Prof. Dr. Volker Coors, aus der Präsentation anlässlich des 3D-Forums Lindau 2013
Slide von Ulf Teller, aus der Präsentation anlässlich des 3D-Forums Lindau 2013

Die meisten Leute im Bereich von CityGML-Daten verwenden Pulverdrucker zur Herstellung ihrer Modelle, dies stellt andere Anforderungen an materialsparendes Drucken als unser FFF-Verfahren. Typischer Weise werden beim Drucken mit Pulver die Modelle innen bis auf eine minimale Wandstärke ausgehöhlt. Wir verwenden je nach Modell und besonders den horizontalen Flächen eine möglichst geringe Füllung, welche sich aber als Muster über den gesamten Innenraum erstreckt. Je nach Anwendungsgebiet ist die Limitation auf eine Druckfarbe pro gedrucktes Objekt bei unserem Verfahren ein klarer Nachteil. Dafür seien unsere Modelle um einiges robuster, wie uns Herr Schmits bei seinem Besuch erzählt hat.

Slide von Ulf Teller, aus der Präsentation anlässlich des 3D-Forums Lindau 2013

Unser Workflow

Wir verwenden zur Fehlerprüfung je nach Dateiformat meist netfabb studio, die netfabb cloud oder den Solid Inspector in Sketchup, welche allerdings generell vom 3D-Modellieren oder 3D-Drucken her entstanden sind.

Automatische Fehlerprüfung in netfabb studio mit Fehlerstatistik unten rechts (Viele Löcher, und die als falsch orientiert angezeigten Flächen des DHM, welche das Modell unten nicht zu einem Volumenkörper abschliessen)
Nach der automatischen Fehlerkorrektur von netfabb studio (Laut Statistik nur eine Fläche falsch orientiert, das Bild vermittelt einen anderen Eindruck)
Report von netfabb cloud, stl mit MeshLab aus dem Original obj konvertiert (Durch Autokorrektur werden Gebäude unten abgeschlossen, leider degenerieren die DHM-Daten,da es Flächen sind, die kein Volumen bilden.)

Datenbasis für neuen Versuch Stadt Bern

Zur Verfügung standen beim erneuten Versuch nun die Dateiformate DXF, CityGML, SKP und OBJ. Am wenigsten Aufwand für uns würde aus dieser Auswahl wohl eine brauchbare OBJ-Datei darstellen, da wir diese Datei direkt in Cura laden können. Ohne Prüfung laden wir die Datei zur Ansicht in Cura und schauen uns das Modell auf Druckbarkeit an, auch wenn uns bewusst ist, dass ohne extrudiertes DHM unten kein fester Boden existieren wird.

Die Original OBJ-Datei enthält für die erste Schicht keine Druckpfade
Einige Druckschichten höher würden dann die Pfade frei in die Luft gedruckt

Es sind zwar bei OBJ nicht mehr so viele Editiermöglichkeiten vorhanden wie bei den anderen Formaten, aber dafür minimiert sich der Aufwand das Modell über dieses Format zu drucken massiv. Anpassungen würden am besten direkt in den Exportvorgang integriert, oder dann in beschränkten Rahmen in Sketchup oder wie für unsere Reliefs in AccuTrans 3D erledigt.

OBJ Daten in AccuTrans 3D geladen

Probleme beim Datenimport

Erst während dem Schreiben dieses Beitrags, und bei der nochmaligen genauen Betrachtung des gedruckten Modells stellen wir fest, dass beim Export aus dem Ausgangssystem nach OBJ, oder bei der Konvertierung ins OBJ besonders am DHM Schaden entstanden ist. Die Daten im DXF-Format, welche wir ebenfalls in AccuTrans 3D importieren und analog dem OBJ weiterverarbeiten können, sind qualitativ besser. Trotzdem werden wir in der Folge den Ablauf anhand der OBJ Ausgangsdaten zeigen, da wir tatsächlich diese Daten gedruckt haben. Ev. machen wir im Anschluss einen weiteren Druckversuch auf Basis der DXF-Daten, um die Unterschiede am gedruckten Objekt zu begutachten.

DXF Daten in AccuTrans 3D geladen

In AccuTrans 3D drehen wir das Modell mit Adjust Object -90° um X und setzen die Werte für Min X,Y und Z auf 0 und fügen dann dem Modell mit der Funktion „Pseudo Extrude 2D Surface“ einen flachen Boden hinzu und exportieren das Resultat ohne weitere Anpassungen als STL-Datei.

OBJ Daten in AccuTrans 3D mit flachem, extrudiertem Boden

Automatische Reparaturoptionen in Cura

Ohne die Korrekturmethoden von Cura sieht das so erhaltende Modell nicht besonders druckbar aus. Um dies zu beurteilen, müssen wir die Ansicht in Cura erneut auf die Layer-Ansicht umschalten. Druckbar wäre das Modell zwar wohl schon, aber die Qualität würde den Erwartungen nicht genügen.

STL in Cura geladen, Ansicht erste Schicht (Layer 1)

Wir experimentieren also mit den Reparaturoptionen von Cura und Schalten Option A in den Experten-Einstellungen an. Das sieht noch nicht viel besser aus.

Ansicht erste Schicht mit Korrektur-Option A

Nun schalten wir die Option B auch noch ein, und siehe da, das Modell wird plötzlich bis auf 1-2 kleine Einschränkungen in toller Qualität druckbar.

Ansicht erste Schicht mit Korrektur-Optionen A+B

Neue Datenbasis steigert die Effizienz

Für diese Abklärungen und manuellen Vorgänge benötigten wir in der Produktion gerade mal 2 Stunden und wenn wir wissen mit was wir es von der Datenbasis her zu tun bekommen können wir den manuellen Aufwand für die Druckvorstufe und das Drucken selber auf 1 h pro Druck reduzieren. Dies besonders auch deswegen, weil das fertig gedruckte Objekt ohne weitere Bearbeitung aus dem Drucker genommen und so verwendet werden kann. Um alle Infos zusammen zu tragen und diesen Blogpost zu schreiben haben wir jedoch geschlagene 6 h benötigt.

Informationen zum Objekt:

3db.ch?5ksq

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