3D-Drucker macht Messdaten greifbar

Von der Kernspinaufnahme eines Kopfes bis hin zum Seismogramm des Erdbodens – moderne Messverfahren liefern umfassende Datensätze von dreidimensionalen Strukturen. Zwar lassen sich solche Messdaten auf einem 3D-Display räumlich darstellen, das erfordert aber eine aufwendige Bearbeitung. Mit einem 3D-Drucker gehen Christoph Bader vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge und seine Kollegen nun einen direkteren Weg: Das Team veranschaulichte Millionen von Datenpunkten mithilfe von unterschiedlich transparenten Harzen und verschiedenen Farbstoffen in komplexen dreidimensionalen Modellen. In der Fachzeitschrift „Science Advances“ stellen die Forscher ihre neue Methode jetzt vor.

3D-Drucker können bis zu sieben verschiedene Kunstharzsubstanzen, die sich zusätzlich noch einfärben lassen, in hauchdünnen Schichten ausdrucken. Das ermöglicht greifbare und von allen Seiten betrachtbare Modelle mit einer räumlichen Auflösung von wenigen Mikrometern. Die Wissenschaftler um Bader nutzten verschiedene digitale Datensätze von bildgebenden Verfahren, um das neue Druckverfahren zu entwickeln. Zunächst legten sie mithilfe eines Computerprogramms für jeden einzelnen dreidimensionalen Bildpunkt fest, welche Farbstoffe und welche Mixturen aus unterschiedlich transparenten Druckharzen jeweils zum Einsatz kommen sollen. Mit diesen Rezepturen starteten die Wissenschaftler dann ihre 3D-Drucker. So entstanden aus Kernspinaufnahmen filigrane und vielfarbige Modelle eines menschlichen Gehirns oder detailgetreue Kopien einer Skulptur aus einem Tempel auf Bali. Auch Simulationsdaten von chaotischen Verwirbelungen von drei Flüssigkeiten oder die Molekülstrukturen von Proteinkristallen ließen sich mit diesem Druckverfahren in anschauliche Objekte umwandeln – jeweils etwa so groß wie ein Schuhkarton.

„Diese Methode mit ihren zahlreichen Anwendungen verknüpft digitale Daten mit ihrer physikalischen Erscheinungsform“, fasst Bader zusammen. Chirurgen könnten mit der neuen Technik beispielsweise eine Operation an einem Hirntumor besser planen. Archäologen erhalten mit solchen detailgetreuen Modellen eine neue Möglichkeit, um ihre empfindlichen Fundstücke dauerhaft zu registrieren. Und auch in der Lehre ließen sich die auf Messdaten basierenden Modelle einsetzen, etwa um komplexe Strukturen von Biomolekülen oder physikalische Prozesse für Schüler und Studenten zu veranschaulichen.