3D-Druck: InfraredTags machen Kunststoffe mitteilsam

Einkaufen kann anstrengend sein, beispielsweise wenn man erst das Preisetikett eines Produkts finden muss oder auf der Suche nach alternativen Produkten durch die Gänge hetzt. Das alles könnte man beim Einkaufen mit nur einem Blick erfassen – und zwar dann, wenn InfraredTags in die Verpackung eines Produkts integriert sind.

Solche Tags sind mit dem bloßen Auge nicht erkennbar, mit Hilfe einer App aber schon. So können Konsumentinnen und Konsumenten Zeit und Nerven sparen. Mustafa Doğa Doğan hat erklärt, wie solche Tags in die Produkte gebracht werden und inwiefern sich Kunststoffe hierfür besonders eignen.

Worum ging es bei dem Forschungsprojekt für die InfraredTags?

Mustafa Doğa Doğan: Stellen Sie sich vor, Sie sind in einem Geschäft und schauen sich verschiedene Produkte an – Sie möchten weitere Informationen über die Produkte, die Sie in Betracht ziehen, den Stückpreis, Rezepte, Kalorienangaben oder günstigere Alternativen erhalten. Obwohl Strichcodes wie QR-Codes sehr günstig in der Herstellung sind und zur Kennzeichnung von Artikeln verwendet werden können, sind sie in der Regel optisch störend und nicht so haltbar wie andere Tags wie RFID, sodass sie mit der Zeit leicht unlesbar werden können.

Daher haben Forscherinnen und Forscher in den letzten zehn Jahren verschiedene Möglichkeiten untersucht, um Etiketten einzufügen, die mit dem bloßen Auge nicht wahrnehmbar sind. Bisherige Forschungsprototypen erfordern jedoch entweder maßgeschneiderte Hardware oder teure/große Erkennungsgeräte, um unsichtbare Etiketten herzustellen.

Aus diesem Grund haben wir InfraredTags entwickelt, eine Methode zur Einbettung von unauffälligen Markierungen und Strichcodes in die Geometrie des 3D-Druckobjekts, die keine komplexe Herstellung oder teure Bildgebungsausrüstung erfordert. Wir erreichen dies, indem wir handelsübliche FDM-3D-Drucker sowie ein handelsübliches, infrarotdurchlässiges Filament für die Herstellung und eine kostengünstige, handelsübliche Nahinfrarotkamera für die Erfassung verwenden.

Wie werden die Tags in das Produkt eingebracht?

Doğa Doğan: Die Hauptgeometrie des Objekts wird mit dem IR-übertragenden Filament 3D-gedruckt, während das Etikett selbst durch Aussparen von Luftspalten für die Bits hergestellt wird. Da die Hauptgeometrie im IR-Bereich halbtransparent ist, kann die Nahinfrarotkamera durch sie hindurchsehen und die Luftspalten, das heißt den Marker, erfassen, der im Bild mit einer anderen Intensität erscheint. Der Kontrast des Bildes kann weiter verbessert werden, indem die Bits aus einem infrarot-opaken Filament in zwei Materialien gedruckt werden, anstatt sie als Luftspalten zu belassen. Unsere Methode kann 2D-Tags wie QR-Codes und ArUco-Marker einbetten und mehrere Tags in das Objekt einbetten, was das Scannen aus verschiedenen Blickwinkeln ermöglicht und eine teilweise Verdeckung toleriert.

Welche Anforderungen müssen Kunststoffe erfüllen, um dafür geeignet zu sein?

Doğa Doğan: Der Kunststoff sollte 3D-druckbar sein. Für den FDM-3D-Druck bedeutet dies, dass er in Filamentspulen erhältlich sein sollte.

Noch wichtiger ist, dass das infrarotdurchlässige Kunststofffilament kein sichtbares Licht durchlässt, damit das dahinter liegende Etikett nicht von Menschen gesehen werden kann, sondern nur Nahinfrarotlicht, sodass es von der Infrarotkamera erkannt wird.

Welche Kunststoffe verwenden Sie und was macht sie so besonders?

Doğa Doğan: Das von uns verwendete Filament hat eine viel höhere Durchlässigkeit für Nahinfrarotlicht (∼45 Prozent) als für sichtbares Licht (0 bis 15 Prozent) und erscheint daher im IR-Bereich durchscheinend und im sichtbaren Lichtbereich weitgehend undurchsichtig. Dieses Filament basiert auf PLA, was großartig ist, da PLA das gängigste Material für den 3D-Druck ist. So konnten wir es bei regulären 3D-Drucktemperaturen (200-220 °C) verwenden, ohne unsere Fertigungshardware ändern zu müssen.

Welches Potenzial sehen Sie für Kunststoffe in der Zukunft?

Doğa Doğan: Kunststoffe sind das am häufigsten verwendete Material für den 3D-Druck. In diesem Projekt haben wir gezeigt, wie Kunststoffe mit besonderen optischen Eigenschaften dazu verwendet werden können, Informationen unsichtbar in Objekte einzubetten. Ich freue mich darauf, dass den Verbraucherinnen und Verbrauchern verschiedene Arten von Kunststoffen für die digitale Fertigung zur Verfügung stehen werden, was noch vielfältigere und funktionellere Anwendungen ermöglichen würde. Während wir in diesem Projekt nur schwarzes PLA verwendet haben, könnten Hersteller Filamente in anderen Farben fertigen, die ähnliche Übertragungseigenschaften aufweisen, um individuellere oder Multimaterialdrucke in starrer und flexibler Form zu erstellen.

Es ist einfach faszinierend, wie viele verschiedene Fähigkeiten und Objektformen mit einfachen Kunststoffen erreicht werden können, und ich bin gespannt, welche alltäglichen Anwendungen unsere Forschung in Zukunft ermöglichen wird.