Planung eines Seglers aus dem Drucker

Hallo Gemeinde,

Eine ganze Reihe von Modellbauern hat sich bereits am Modell aus dem 3D Drucker versucht, teils mit atemberaubendem Erfolg. Auch ich habe den Segler Easymax aus dem Internet gedruckt und erfolgreich geflogen... ein Mal, bei der zweiten Landung hat er sich atomisiert.

Besonders gut ist das Material für eine solche Anwendung nicht geeignet. Es bedarf einiger Kniffe um Gewicht und Stabilität unter einen Hut zu bekommen.

Es schwirren viele Ideen in meinem Kopf herum. Sie sind noch relativ vage. Zur Zeit bin ich am Erarbeiten der Kontur und den notwendigen Berechnungen.

Es soll ein Allerweltssegler werden. Das eher durchschnittliche Gewicht soll durch eine ordentliche Aerodynamik kompensiert werden.

Die Eckdaten fürs Lastenheft: Spannweite 2400 mm, 4 Klappenfügel, Pendel V-Leitwerk. Antrieb 3S 400 Watt. Das fertig Modell muß in einen Kasten von 80*25*20 cm passen. Das sind schon sportliche Anforderungen. Mal sehen was dabei herauskommt.

PeterKa

Nach 2 Landungen passt das mit dem Packmaß Ich denke du druckst in petg oder?

errmm.. was ist petg ? nie gehört . Hab ich was verpasst ?

PeterKa

Spannweite 2400 mm... wie lange druckt man da?

Vor ein paar Wochen habe ich auch ein "FlugDrucker" kennengelernt.
Der hatte sich eine kleine Propellermaschine (ca. 60cm Spannweite) geduckt, 40 Stunden reine Druckzeit.
Der Flieger flog nicht wirklich gut und das bis zum Aufschlag.
Mit dem Material zerlegt es den kompletten Flieger in alle Einzelteile.
Ich denke das im Moment verfügbare Kunststoffmaterial ist noch nicht so gut geeignet un in der Zeit baue ich in Holz.
Ist aber eine nette Spielerei

Aus den tiefen den Internets:

Thermoplastische Kunststoffe für 3D Drucker Filament

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)
PLA (Polyactide – polyactid acid) – Polymilchsäure
Nylon (Polyamid PA 66)
PC (Polycarbonat)
PS (Polystyrol) und HIPS (high impact polystyrol = hochschlagzähes Polystyrol)
PP (Polypropylen)
PVA (Polyvinylalkohol)
TPE (Thermoplastische Elastomere)
XT-Copolyester

Spezielles Filament aus Materialmischungen

LAYWOOD (40% recyceltes Holz und ein polymeres Bindemittel)
LAYBRICK (Sandsteinartiger Werkstoff)
BendLay
POROLAY
bronzeFill
copperFill
bambooFill
Edelstahl PLA (stainless steel PLA)
Magnetisches PLA (magnetic iron PLA)
Carbon PLA (carbon fiber PLA)

Die Druckzeit wird 30-40 Stunden betragen. Klingt zwar viel, aber man ist ja nicht immer dabei. Mein Merlin Packard war zum Beispiel mit 120 Stunden dabei.

Nun den selbstzerlegenden Flieger habe ich bereits hinter mir. Der hatte bereits 160 cm Spannweite. Die Konstruktion hatte in meinen Augen die Schwächen des Materials nicht hinreichend berücksichtigt. Ich werde hier darlegen, wie ich mir das vorstelle.

Ok, wenn ich einen Segler brauche baue ich ihn aus Holz oder GFK. Besser wird eín gedruckter auf gar keinen Fall. Aber ich finde es enorm spannend, aus dem doch nur mäßig geeigneten Material etwas zu zaubern und die Schwächen konstruktiv zu überbrücken. Das ist reiner Sportsgeist, den Flieger brauch ich in Wirklichkeit nicht.

PeterKa

http://https://fpv-community.de/showthread.php?60352-PETG-besser-als-ABS-oder-PLA/page3

Na du kennst doch PET Flaschen, oder? PETG ist weniger bruchanfällig und kann mehr Temperatur ab als PLA.

Ich glaube, man sollte (derzeit) nicht versuchen, unbedingt den ganzen Flieger zu drucken, sondern einen Materialmix zu finden, bei dem 3D-Druck für sinnvolle Teile eingesetzt wird. Was mir dabei einfällt sind vor allem Teile, die nicht einfach als Stab (Holm) oder Fläche (Beplankung) verwendet werden, sondern komplexere Formen haben, wie z.B. Rippen, Spanten(?), Cockpit, Endstücke für Flächen oder Leitwerke, Schleppkupplung, Motorhalter, Fahrwerk(?), bzw. die keine großen Kräfte aushalten müssen und eher der Formgebung dienen. Ich will z.B. gerade Motorhauben drucken. Für einen Freund habe ich Zylinderattrappen konstruiert.

Auch heute mischt man Materialien. Ein Schaummodell hat auch meist Holme und Motorspanten aus Plastik, Holz oder GfK/CfK oder ein Cockpit aus Plastik. Ein rein gedrucktes Modell erscheint mir (noch) eher als Beweis, daß es geht, aber nicht unbedingt als praktisch.

RK

Das habe ich so vor. Versuche aber den Druckanteil so hoch wie möglich zu bekommen. Meine Irrwege könnt ihr hier mit Kopfschütteln begleiten

PeterKa

Die Problematik der Materialwahl steht eigentlich an erster Stelle.
PLA ist leicht und spröde. Dadurch bekommt man mit wenigen Perimetern schon eine sehr druckfeste Oberfläche. Leider ist das spröde Verhalten schlecht für punktuelle Belastungen.
ABS ist zu schwer, hat ne mäßige Layerhaftung und ist zu elastisch. Außerdem sind die Spannungen von großen Druckteilen kaum in den Griff zu bekommen.
PETG ist nen gutes Mittelmaß. Nicht so spröde wie PLA, viel bessere Layerhaftung als ABS. UV-stabil! Duumerweise braucht es wenigstens einen Perimeter mehr als bei PLA, um die Schale annähernd so druckstabil zu bekommen.

Im Moment sehe ich noch kein geeignetes Filament. Extrudr arbeitet an einer verbesserten PLA-Formel, die tendenziell in Richtung PETG geht.

Ich drucke derzeit Urmodelle für nen M-Boot.
Nen Prototyp aus PLA ist fertig und einer aus PETG. Der PLA-Rumpf ist schön stabil, aber nen Regattaeinsatz traue ich ihm nicht zu. Wenn da einer mit dem Bug durch meine Rumpfseite will, schaft er das wohl auch.
Der Rumpf aus PETG wäre den rauen Bedingungen gewachsen ist aber auf knapp 127cm ca. 230g schwerer. Nicht zu gebrauchen!

Allen Bedenken, und auch eigenen Erfahrungen zum Trotz wage ich den Versuch. Natürlich mache ich alles anders

Na ja nicht wirklich alles..

Angefangen habe ich mit dem Höhenleitwerk, nachdem die Geometrie des Seglers in groben Zügen steht.



Sieht völlig harmlos aus. Da ich jedoch eine gefällige Rundung haben wollte, war es eine Tortur, bis der Volumenkörper aus einem ganze Puzzle von Teilen zusammengestzt war. Mit dem Inventor ist das jedenfalls recht pestig zu machen, mit anderen Programmen kenne ich micht gut genug aus.

Sicher würde man das im Blender machen können. Da ich aber recht viele konstruktive Eingriffe machen muß, ist mir das nicht geheuer, und wie gesagt, es fehlt an Übung.

Das ist nun der Volumenkörper, das Endergebnis sozusagen. Zur Verwendung kam ein Naca006. Diese Profile sind genau mathematisch beschrieben, weshalb sie parametrisiert eingesetzt werden können. Alleine damit musste ich mich 1 Tag beschäftigen, weil ich schon längst wieder vergessen hatte wie das funktioniert.

Jedenfalls beginnt jetzt die eigentlich Arbeit, nämlich die Konstruktion der zu druckenden Teile. Dazu muß das Leitwerk jetzt in mehrere Teile zerschnitten werden.

Da das Blatt 30 cm lang ist, kann ich es sowieso nicht an einem Stück drucken. Ihr werden bald sehen, wie ich mir das vorgestellt habe.

PeterKa

Die Bauweise wird total anders sein, als man es bisher so gesehen hat. Genauer gesagt, so ist erstmal die Planung.

Kernidee ist es, die Druckrichtungen über das Blatt so aufzuteilen, wie man es bei der Holzfasterrichtung machen würde. Das führt zu einem solchen Layout.



Dies Blatt wird aus 4 Teilen gedruckt: D-Box, Randbogen, und 2 mal das Rippenfeld. Wie genau das sein wird seht Ihr später.

Obs was taugt, weiß ich noch nicht, weiß es aber schon in den nächsten Tagen. Wird gerade spannend

PeterKa

Hallo Peter

Interessantes Projekt.
Nur als Gedankengang. Das Druckmaterial ist ja nicht fähig Zug- und Druckbeanspruchungen, vergleichbar mit Holz, CFK etc., aufzunehmen. Das bedeutet, die Konstruktion eines Kräfte aufnehmenden Bauteiles muss zwangsläufig völlig anders sein. Es sei denn man kombiniert die Materialien und macht sich deren nützlichen Eigenschaften an der richtigen Stelle zu eigen.

Viel Spaß und ich bewundere Deinen Einsatzwillen. Menschen wie Du, bringen was vorwärts.

PeterKa schrieb:

...Meine Irrwege könnt ihr hier mit Kopfschütteln begleiten...

Zum Vergrößern anklicken....

So machen wir das.

Ansonsten gilt der letzte Satz von Claus.

Ich habe ja inzwischen recht umfangreiche Erfahrung mit der Druckerei. Speziell Festigkeitsfragen habe ich recht intensiv studiert. Das PLA Material ist auf Zug sehr hoch belastbar. Die Andruckstränge zum Beispiel hebe ich immer auf für dies und das. Die Nähte allerdings brechen leicht, da genügt die geringste Störung beim Druck. Daher ist die allerste Aufgabe, die Geometrie so aufzuteilen, daß sich die "Faserrichtungen" immer unter großem Winkel schneiden. Das wurde bei den Konstruktionen die ich bisher gesehen habe sträflich vernachlässigt. Im Grunde ist es dasselbe wie bei Holz.

Bei so einem kleinen Teil wie einem Höhenruderblatt ist aus meiner Sicht eine Kombination von Werkstoffen nicht unbedingt erforderlich. Das erleichtert die Arbeit hier und ich kann mich der Gewichts- und Stabilitätsoptimierung widmen, ohne daß die Konstruktion durch die Integration von z.B. Kohlerohren verkompliziert wird. Genau deshalb habe ich das zuerst in Angriff genommen. Wenn am Ende dann 100 Gramm pro Blatt herauskommen, dürfte der Drops gelutscht sein, aber warten wir es ab.

Außerdem.. Auch das Höhenruderblatt soll am Ende mit Folie bespannt werden. Jeder der einmal eine Bespannungstüte in der Hand hatte in der nach einem Absturz die Holzteile herumklappern, wird bestätigen, daß alleine diese Maßnahme einen enormen Festigkeitszuwachs bewirkt

Ich denke daß klar geworden ist, daß ich die Aufgabe mit großem Ernst betreibe und nicht weniger anstrebe, als am Hang neben den 2000€ Klotten eine anständige Figur abzugeben. Errmm.. schaumermal

PeterKa

Respekt Peter. Du arbeitest das mit gewohnter Präzision ab...

Danke.

Also nun hab ich mal alles zerschnipselt und für Euch so angeordnet, daß erkennbar ist, wie ich es meine.



Die 4 Gitterteile werden plan gedruckt, das macht die Struktur unverwüstlich, da die Faserrichtung waagrecht verläuft, also überhaupt nur bei Torsion belastet wird.

Die Torsion wiederum verhindern die D-Box und der Randbogen, die jeweils senkrecht gedruckt werden, das heißt die Raupen verlaufen längs... nicht wie üblich quer.

Bevor ich in die Druckphase gehe müssen noch die Klebenuten angeformt werden.

Das Drucken der Teile wäre im Prinzip sehr einfach, wenn es nicht aufs Gewicht ankäme. Mein Wunschgewicht wäre 40 Gramm... *hust*, na ja man darf ja mal träumen

PeterKa

Filament

Filament

Hi,

das hier hat PLA und ABS bei uns als Standardmaterial abgelöst.

Ist teurer, ja aber beim Druck absolut problemlos und im Vergleich
zu den anderen Materialen fest und stabil.

PLA ist zwar etwas steifer, aber auch spröder und die Haftung der Filamente
aufeinander nicht so gut.

Grüße
Stephan

...und leider schwerer.
Ist auch mein absoluter Liebling, wenn es um belastbare Funktionsteile geht.
Für eine genau so druckfeste Oberfläche wie bei PLA brauchst du aber auch einen Perimeter mehr-treibt das Gewicht noch weiter nach oben.

und Peter
Du kannst doch das Gewicht extrem genau kalkulieren. Bei S3D habe ich auf 500g ne Abweichung von unter einem Gramm. Hat etwas gedauert, aber wenn du deine Teile wiegst und mit den Daten des Slicers vergleichst, kannst du aufs Milligramm genau einstellen.

Ja klar kann ich das.. wenn die Zeichnung fertig ist. Aber es gibt schon ganz gute Nachrichten. Die komplette DBox inkl Steckung druckt gerade.. Erwartetes Gewicht laut Slicer 12 Gramm. Die 40 Gramm Gesamtgewicht sind also keine Illusion...

PeterKa

So, ich habe dann gestern Abend noch einen Testdruck gestartet um mich langsam an die optimalen Einstellungen heranzutasten. Druckzeit 2 Stunden.



Die Oberfläche ist schon mal gut geworden.



Das Gewicht auch.

Zu den Einstellungen: Ich drucke mit der 0,4mm Düse und 0,1mm Layerhöhe. Für den ersten Druck habe ich Bottom Layer und Top Layer auf 0 gesetzt, Perimeter Shells auf 1 und 3% Infill.



Ich habe die Bottom und Top Layer weggelassen um mir das Werk auch von Innen betrachten zu können. Erwartungsgemäß gab es Probleme mit der Bohrung für die Steckung, darauf werde ich später noch einmal eingehen. Die hier gewählte Druckmethode erfordert nämlich etwas an Maßnahmen.



Das Problem besteht darin, das Steckungsrohr in der Struktur zu verankern, obwohl der Körper fast völlig hohl ist. Klar man könnte das Teil als Hohlkörper konstruieren. Die Wanddicke kenne ich genau, sie ist 0,42mm. Ich mache das aber nicht gerne, denn an den Ecken ist es schwierig die Dicke exakt einzuhalten, und dann erzeugt der Slicer unnötige Lagen oder schlimmer noch, es fehlen einfach Teile, weil die Mindestdicke unterschritten wird. Außerdem muß ich mich dann selbst um die Konstruktion von Stützelementen kümmern.

Neben der Mehrarbeit bei der Konstruktion für die Festlegung der Innenkontur, habe ich immer wieder festgestellt, daß ein konstruierter Hohlkörper immer deutlich schwerer ist als ein Volldruck mit Infill 0 oder niedrigen Werten zwischen 0 und 10% je nach Anforderung.

Indiesem Fall ergibt mir die Einstellung für den Volumenkörper (Bottom=1,Top=1,Perimeter=1, Infill 3%) ein bombenfeste D-Box mit sehr gutem Gewicht.

Im nächsten Post werde ich zeigen, mit welchem Trick ich trotzdem die Steckung innen verankern kann. Da bin ich nämlich per Zufall drauf gekommen.

Ich werde jetzt noch etwas an Reserve dazugeben und sollte dann irgendwo zwischen 11 und 12 Gramm für die komplette D-Box landen. Das läßt auf ein Gesamtgewicht für das Ruderblatt in der Nähe von 30 Gramm hoffen.

PeterKa