Farbe ist überall um uns herum und ein wesentliches Attribut der Teile, Modelle und Werkzeuge, mit denen wir arbeiten. Beim Druck von Modellen, Geräten und anderen 3D-Druckteilen wird Farbe verwendet, um diese zu identifizieren und zu unterscheiden, sie in ihre Umgebung einzufügen oder sie hervorzuheben. Und da das Einfärben von spritzgegossenen Teilen einfach und kostengünstig ist, besteht eine Nachfrage nach farbigen Teilen.
Mit dem Color Resin von Formlabs ist es möglich, farbige Teile direkt mit Stereolithografie-3D-Druckern (SLA) zu drucken. Die Farbauswahl für Color Resin ermöglicht mehrere Eingaben, einschließlich rot-grün-blau und hexadezimal, während die ausgewählte Farbe im Vergleich zur erreichbaren Farbe angezeigt wird. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, über Schiebeflächen leichte Anpassungen vorzunehmen.
Für Marken und Produkte, die präzise Farben in verschiedenen Materialien erfordern, ist eine Farbabstimmung das A und O. Um die gewünschte Farbe für ein beliebiges Produkt, einschließlich der mit Color Resin gedruckten Produkte, zu erzielen, ist es wichtig zu verstehen, wie die sichtbare Farbe von Variablen wie Lichtverhältnissen und Oberflächenbeschaffenheit und -textur sowie den Unterschieden zwischen additiver und subtraktiver Farbe beeinflusst wird. Im Folgenden legen wir die wichtigsten Überlegungen zu Farbabstimmung und Farbtoleranz dar.
Farbräume
Um präzise, aufeinander abgestimmte Farben zu erzielen, muss eine Reihe von Variablen berücksichtigt werden, unter denen der Farbraum eine bedeutende Rolle spielt. Farbräume dienen der Definierung von Farbbereichen, die meistens wie auf einer Landkarte lokalisiert werden. Es gibt folgende Farbräume:
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CIELAB (LAB oder L*a*b*) Farbräume sind in einem 3D-Raum auf einer Hell-Dunkel-Achse, einer Rot-Grün-Achse und einer Gelb-Blau-Achse ausgerichtet.
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CIELCH (L*C*h*) Farbräume befinden sich im gleichen Farbraum wie CIELAB-Farbräume, verwendet aber andere Messungen zur Beschreibung einer Farbe. Während L*a*b* kartesische Koordinaten verwendet, verwendet L*C*h˚ Polarkoordinaten zur Angabe von Helligkeit, Chroma und Farbton.
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RGB-Farbräume basieren auf der Zugabe von Licht zur Bildung von Farben (additiv), wobei die drei Grundfarben in diesem Modell Rot, Grün und Blau sind. Digitale Anzeigen verwenden häufig RGB-Profile. Hex-Farbcodes sind hexadezimale oder sechsstellige Codes aus Zahlen und Buchstaben, die die Intensität von Rot, Grün und Blau darstellen, die erforderlich ist, um eine bestimmte Farbe zu erzeugen.
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CMYK (Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz) ist ein subtraktives Farbmodell, das am häufigsten im 2D-Farbdruck verwendet wird.
Dies sind nur einige der gebräuchlichsten Farbräume, wobei ein jeder von ihnen Nuancen und Überschneidungen aufweist. Die Auswahl eines Farbraums hängt von den physikalischen Anforderungen einer Anwendung sowie vom benötigten Farbumfang ab. Hex-Codes zum Beispiel werden häufig in HTML verwendet, da das Ergebnis auf einem Bildschirm angezeigt und daher Licht zum Erzeugen von Farben verwendet wird. Der LAB-Farbraum ist größer als der RGB-Farbraum, da er mehr Farben umfasst, als im rot-grün-blauen Farbraum erreicht werden können. sRGB, der Standardfarbraum für Computermonitore, ist kleiner als Adobe RGB und wird häufig in der Fotografie verwendet.
Farbtoleranz & ΔE (Delta E)
Wenn der Farbraum eine Karte der Farben ist, ist die Farbtoleranz der Abstand zwischen den verschiedenen Farben auf einer Karte. Wie Menschen Farbunterschiede wahrnehmen, kann durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst werden, von Unterschieden von Person zu Person bis hin zu Lichtverhältnissen, Oberflächenstruktur und Farbrelativität (wie eine Farbe je nach Hintergrundfarbe anders erscheinen kann). Daher werden Spektralphotometer – Werkzeuge zur Farbmessung – eingesetzt, um genauere Farbmessungen zu erzielen.
Spektralphotometer werden zur präzisen Messung physikalischer Farben und zur individuellen Anpassung von Farben eingesetzt. (Bild: X-Rite)
Spektrometer messen Farben, indem sie sie mit Licht bestrahlen und die spektrale Reaktion messen. (Bild: X-Rite)
Um den Unterschied zwischen zwei Farben zu messen, wird Delta bestimmt. ΔE (Delta E) definiert die Unterschiede in Helligkeit (ΔL), Chroma oder Sättigung (ΔC) und Farbton (ΔH).
ΔE, wie es im L*a*b*-Farbraum abgebildet wird. (Bild: Alpolic)
ΔE 2000 (DE 2000 oder deltaE) ist das allgemein anerkannte ΔE für die Messung von Farbunterschieden, da es die aktuellste Version der Formel ist. Ein Farbraum ist bezüglich seiner Wahrnehmung nicht einheitlich, d. h. der euklidische Abstand zwischen zwei Farben ist nicht normalisiert. ΔE 2000 ist eine bessere Berechnungsmethode, weil man damit erreicht, den Farbraum so zu normalisieren, dass ein ΔE 2000, das kleiner als eins ist, vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann. Diese Formeln werden stets weiterentwickelt, da immer bessere Möglichkeiten gefunden werden, den Farbraum so zu normalisieren, wie wir Farben wahrnehmen.
Warum ist Farbanpassung schwierig?
Die Bestimmung gleichwertiger Farben in zwei digitalen Farbräumen kann einfach sein. Die Bestimmung oder Messung der Äquivalenz zwischen zwei physikalischen Farbräumen oder zwischen einem physikalischen Farbraum und einem digitalen Farbraum wird durch die nachstehend beschriebenen Faktoren erschwert.
Subtraktive Farbe vs. additive Farbe
Der Übergang von digitaler zu physikalischer Farbe ist eine Hürde, egal ob es sich um den Übergang von RGB auf dem Computerbildschirm zu CMYK-Tintenstrahldruckern oder von Hex-Codes zu Lackierfarben handelt. Das liegt daran, dass digitale Farben (wie die eines Monitors) additive Farben mit Hintergrundbeleuchtung sind. Physikalische Farben (die von Gegenständen) sind subtraktive Farben, die von der Lichtquelle und den verwendeten Pigmenten beeinflusst werden.
Additive Farben auf der linken Seite und subtraktive Farben auf der rechten Seite
Eine Farbe ist eine Spektralkurve zwischen 400 und 700 nm; der Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Farbe entsteht dadurch, wie diese Spektralkurve generiert wird. Aus diesem Grund werden digitale Farben niemals perfekt mit physikalischen Farben übereinstimmen, aber es gibt Möglichkeiten, einer Übereinstimmung möglichst nah zu kommen.
Es gibt im LAB-Farbraum zum Beispiel viele Farben, die auf einem rot-grün-blauen Bildschirm nicht angezeigt werden können. Außerdem sehen Farben, die auf einem Bildschirm in RGB (additiv) angezeigt werden, nicht gleich aus, wenn sie in CMYK gedruckt werden (subtraktiv). Viele Designer wählen das Farbprofil ihres Monitors mit dem Ziel aus, damit die Toleranz zwischen dem Bildschirm und dem physikalischen Endprodukt einzuschränken.
Farbstandards: PANTONE & RAL
Farbstandards sind Kommunikationswerkzeuge, mit denen physikalische Farben definiert oder benannt werden können, so dass jede Person dieselbe Farbe erzielen kann, ohne ein physisches Muster senden zu müssen. Bei Kunststoffen ist der größte Farbstandard PANTONE. In Europa wird auch der Farbstandard RAL für Beschichtungen und Kunststoffe verwendet. Sowohl PANTONE als auch RAL sind private Unternehmen, die Farbmuster für Papier und Kunststoffe anbieten. Diese physischen Referenzen ermöglichen eine durchgehende Farbgebung im selben Material, ohne dass ein Wechsel vom digitalen zum physikalischen Raum erforderlich ist.
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Lichtverhältnisse und die Metamerie der Leuchtmittel
Die Farben, die wir sehen, werden stark von den Lichtverhältnissen beeinflusst, in denen wir sie sehen. Ein Objekt erscheint bei Tageslicht in einer bestimmten Farbe, unter einer Leuchtstoffröhre jedoch in einer anderen.
In manchen Fällen können zwei Materialmuster, die unter einer Lichtquelle die gleiche Farbe haben, unter einer anderen nicht übereinstimmen. Dies wird als Metamerie-Effekt bezeichnet.
Bei natürlichem Licht erscheinen diese beiden Objekte rot. (Bild: datacolor)
Bei Glühlampenlicht erscheint das linke Objekt viel dunkler rot als das rechte. (Bild: datacolor)
Aus diesem Grund ist es notwendig, standardisierte Beleuchtungsbedingungen für den Vergleich von Farben zu wählen. Bei Formlabs erfolgt die Farbabstimmung bei der Entwicklung von Materialien und der Überprüfung der Farbgenauigkeit mit D65, einer Lichtquelle, die das Sonnenlicht (die universellste Lichtquelle, die wir alle haben) simuliert.
Licht und Pigmente
Wenn man Pigmente hinzufügt, um eine Farbe zu erstellen, beeinflussen die Art und die Menge des verwendeten Pigments das Spektrum des von dem jeweiligen Objekt reflektierten Lichts und damit das, was für das menschliche Auge sichtbar ist.
Optische Aufheller (OBAs) sind Substanzen, die das Licht beeinflussen und die Art und Weise verändern, wie Menschen eine Farbe sehen. OBAs absorbieren einen für das menschliche Auge nicht wahrnehmbaren Bereich von Licht und emittieren diesen in einen für den Menschen sichtbaren Bereich. Optische Aufheller werden hinzugefügt, um ein helles Weiß zu bekommen, z. B. um Kopierpapier weißer erscheinen zu lassen.
Fluoreszierende Farben sind ultraviolett-reaktiv und absorbieren wie OBAs einen für das menschliche Auge unsichtbaren Bereich des Lichts und emittieren es dann in einen für den Menschen sichtbaren Bereich. Da 3D-Drucker flüssiges Kunstharz mit Licht aushärten, können einem Harz für den 3D-Druck weder OBAs noch fluoreszierende Farben zugesetzt werden, da der Zusatzstoff das Harz daran hindern würde, richtig auszuhärten.
Auch die Menge an Pigmenten in einem Material beeinflusst das Licht. So erscheint beispielsweise eine blassgelbe Scheibe aus ausgehärtetem Harz transparenter erscheint, als ein Stück mit mehr Pigmenten, durch die das gleiche Material lichtundurchlässiger und farblich gesättigter erscheint. Das liegt daran, dass Pigmente Licht blockieren.
Beim 3D-Druck mit Harz können Farben, die zu sehr mit Pigmenten gesättigt sind, nicht richtig gedruckt werden, da die Pigmente Licht mit 405 nm, das zum Aushärten des Harzes verwendet wird, blockiert. Während also Zehntausende von benutzerdefinierten Farben direkt in Harz gedruckt werden können, sind bestimmte Farben oder Effekte aufgrund ihrer Auswirkungen auf das Aushärten nicht verfügbar.
Färben mit Farbstoffen
Eine Möglichkeit, farbige Teile herzustellen, ist es sie zu färben. Farbstoffe können entweder einem Material zugesetzt werden, bevor es zur Herstellung eines Produkts verwendet wird (z. B. Alkoholfarbstoff zu flüssigem Kunstharz oder Färben von Wolle vor dem Spinnen und Weben), oder ein Teil kann gefärbt werden, nachdem es hergestellt worden ist. Zu beachten ist, dass physikalische Farben und Farbstoffe niemals Licht emittieren und daher auch nie mit digitalen Farben gleichzusetzen sind.
Farbstoffe werden häufig verwendet, um durch selektives Lasersintern (SLS) gedruckten Teilen Farbe zu verleihen. Die Farbe gefärbter Teile hängt von der Art des gefärbten Materials, der Verweildauer des Teils im Farbbad und der Sättigung des Farbbads ab. Weitere Informationen über Farbe und das Färben von SLS-3D-Druckteilen finden Sie hier.
Alkoholische Farbstoffe können Clear Resin zugesetzt werden, um farbige Teile zu erstellen. Der alkoholische Farbstoff kann entweder direkt in die Harzkartusche gegeben werden, oder die transparenten Teile werden nach dem Druck eingefärbt. Weitere Informationen zur Verwendung von alkoholischen Farbstoffen mit Clear Resin finden Sie hier.
3D-Druckteile, gedruckt aus Nylon 12 White Powder mit SLS-3D-Druck, die in einer Färbanlage mit Ultraschall eingefärbt wurden.
Clear Resin wird mit Alkoholtinte gemischt und dann mit SLA-3D-Druckern gedruckt.
2D- vs. 3D-Druck: Oberflächenbeschaffenheit und Textur
Mit 2D gedruckte Farben liegen auf der Papieroberfläche, genauso wie Farbe auf einem bemalten Objekt liegt. 2D-gedruckte Farben können beschichtet oder unbeschichtet sein. Diese Beschichtung beeinflusst, wie die gleiche Farbe erscheint. Ein mattes Schwarz wirkt zum Beispiel gräulich, während das gleiche Schwarz in der Glanzversion dunkler erscheint. Auch die Textur kann sich auf die Farbwahrnehmung auswirken, da ein Teil der Farbe je nach dem gestreuten Licht dunkler oder heller erscheinen kann.
Das bedeutet, dass beim 3D-Druck mit Color Resin von Formlabs eine glänzende oder mattglänzende Oberflächenbeschaffenheit dafür sorgt, dass die Farbe am sattesten erscheint. Daher ist die Druckausrichtung wichtig, denn die Flächen der Oberseiten sind immer glänzender ist als die der Seitenflächen. In Kunstharz gedruckte Teile sollten zusätzlich mit frischem Lösungsmittel gewaschen werden. Verbrauchte oder gesättigte Lösungsmittel sind klebrig, was dazu führt, dass sie mehr Staub anziehen und mehr Licht streuen, wodurch das Teil schließlich stumpf erscheint.
Im Zusammenhang mit der Abmessung von Farbe bedeutet SPEX (Measuring Specular Excluded), dass die Oberflächenmerkmale (Glanz, Textur usw.) bei der Abmessung berücksichtigt werden. Bei der SPIN-Messung hingegen werden die Auswirkungen von Oberflächenbeschaffenheit und Textur außer Acht gelassen und nur die Farbe wird gemessen. Aus diesem Grund werden die Farben mit SPIN abgeglichen, wobei die Oberflächeneffekte ignoriert und nur die Farbe gemessen wird.
Diese Mustertexturen wurden alle in derselben Druckcharge mit demselben Color Resin gedruckt (User Input Color Code: RGB 000-134-171). Durch die Texturen nimmt das menschliche Auge jedoch leichte Farbunterschiede wahr.
Auch die Art und Weise, wie einem Teil Farbe hinzugefügt wird, wirkt sich darauf aus, wie es erscheint. Pigmente werden einer Basis zugesetzt. Die Basis bestimmt, wie groß die Menge an Pigmenten ist, die hinzugefügt werden kann. Aus diesem Grund ist Color Resin in seiner Sättigung begrenzt: Das Kunstharz kann nur eine bestimmte Menge an Pigmenten aufnehmen, ohne dass die mechanischen Eigenschaften oder sogar die Fähigkeit zum Drucken beeinträchtigt werden.
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Drucken auch Sie in Farbe
Wenn man die Variablen kennt, die Farbe beeinflussen, ist es einfacher, Farben aufeinander abzustimmen. Mit den SLA-Druckern von Formlabs gedruckte Teile können lackiert, beschichtet, eingefärbt und – bei SLA-Druckern – vollfarbig gedruckt werden. Mit jeder dieser Methoden können unterschiedliche Oberflächen erzielt werden, die sich wiederum darauf auswirken, wie die Farbe auf dem fertigen Teil erscheint.
Mit Color Resin und SLA-3D-Druckern können farbige 3D-Teile direkt gedruckt werden. Bei der Auswahl von Ihren Vorstellungen entsprechenden Farben ist es wichtig zu wissen, wie Lichtverhältnisse, Material, Oberflächenbeschaffenheit und Fertigstellung die letzendlich sichtbare Farbe beeinflussen. Diese Variablen sollten Sie im Auge behalten, wenn Sie eine Farbe für Color Resin von Formlabs auswählen. Um die Farben abzustimmen, führen Sie eine SPIN-Messung durch und stellen Sie sicher, dass die Texturmerkmale bei der Farbbestimmung nicht berücksichtigt werden.
Wenn Sie eine Farbe online erwerben, bedeutet das, dass die Farbe in rot-grün-blau (als additive Farbe) angezeigt wird. Physikalische Farben sind jedoch subtraktiv, d. h. Farben können zwar ähnlich erscheinen, aber niemals identisch sein.
Wenn man bei der Farbabstimmung die Fachbegriffe und die Variablen versteht, ist es einfacher, die gewünschten Farben zu erzielen. Bestellen Sie Color Resin oder sehen Sie sich die 3D-Drucker von Formlabs an und drucken auch Sie! Um zu besprechen, welche Verfahren und Materialien am besten geeignet sind, um die von Ihnen benötigten farbigen Teile zu erhalten, kontaktieren Sie den Vertrieb.