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Grundsätzliches Problem gelöst

Luke Stampfli hat mit seiner Maturaarbeit beim Wettbewerb von «Schweizer Jugend forscht» das Prädikat «sehr gut» erhalten. Sein Projekt für den 3D-Druck hätte jedoch fast anderen Ideen weichen müssen.
Sascha Erni

Für die Kantonsschule Wattwil hat das Jahr gut begonnen. Gleich drei ihrer Schülerinnen und Schüler erhielten beim Nationalen Wettbewerb von «Schweizer Jugend forscht» Auszeichnungen. Neben Laura Bauer aus Jona und dem Kaltbrunner Lukas Hauser steht auch Luke Stampfli aus Ennetbühl auf der Liste der Prämierten.

Unter dem Titel «Modelloptimierung für den 3D-Druck» stellte er ein Programmpaket vor, das Rolf Heeb in seiner Laudatio «absolut beeindruckend» nannte. Der Vorsitzende der Fachschaft Physik der Kantonsschule Wattwil betonte, dass das Projekt eigentlich den Rahmen einer Maturaarbeit sprengte. Umso mehr, da Luke Stampflis Methode ein grundsätzliches Problem des 3D-Drucks löse. Der Markt dazu sei immerhin kommerziell hochinteressant, welcher von Firmen und Computerspezialisten aus aller Welt abgegrast würde.

Technische Grundlagen- forschung für den 3D-Druck

Komplizierte Objekte lassen sich nicht in einem Rutsch ausdrucken. Dasselbe gilt für grosse Modelle, denn der Platz in der Kammer eines 3D-Druckers ist begrenzt. In diesen Fällen muss der Drucker Einzelteile herstellen. Aber wie genau ein Modell zerlegt werden soll, liegt in der Hand der Benutzer. Je besser ein Objekt zerschnitten wird, desto weniger Material geht verloren und desto schneller kann man im Anschluss das fertige Modell zusammensetzen.

Hier setzt Luke Stampflis Siegerprojekt an. Der von ihm entwickelte Algorithmus errechnet Möglichkeiten, wie sich ein Objekt so zerlegen lässt, dass der Ausdruck der Teile sparsamer und schneller geschieht. Stampflis Software arbeitet autonom, also selbstständig. Sie simuliert das Zerschneiden für den Druck und wägt verschiedene Parameter ab, um das optimale Schnittmuster zu erraten. Bei verschiedenen Testobjekten spart der Algorithmus bis zu 35 Prozent Material ein, erläutert Luke Stampfli. Zusätzlich errechnet seine Software ideale Verbindungen zwischen den Einzelteilen, womit der anschliessende Zusammenbau weniger Klebstoff benötigt. Stampflis Ansatz ist neu, er konnte für die Maturaarbeit kaum auf existierende Literatur zurückgreifen.

Mehr als ein Dutzend mögliche Ideen

Fast wäre es nicht zu Projekt und Auszeichnung gekommen, denn Luke Stampfli hatte mehr als ein Dutzend Ideen für mögliche Matura-Themen. In der Liste finden sich Vorschläge wie eine Software, die selbstständig Musik komponiert, oder ein Roboter-Arm, der das Gemüseschneiden erlernen sollte. Schliesslich entschied der Zufall; er nummerierte die verschiedenen Ideen und griff zu einem 20-seitigen Würfel, wie man ihn von Brett-Rollenspielen kennt. «Die Modelloptimierung für den 3D-Druck hatte ich als eher leichtes Projekt eingeordnet», sagt Stampfli. «Es stellte sich dann aber heraus, dass es eines der schwerst-möglichen war.» Der findige Maturant wird noch dieses Jahr sein Informatik-Studium an der ETH Zürich beginnen. Kommerzielle Interessen verfolgt er nicht mit seinem Algorithmus. Im Gegenteil, um den 3D-Druck voranzubringen, möchte er seine Software – falls möglich – als Open-Source veröffentlichen. «Denn in einem schnell wachsenden Feld wie dem 3D-Druck sind Patente, die Fortschritt verhindern, oder nur Personen mit genügend Geld die Forschung erlauben, fehl am Platz», betont Luke Stampfli.

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