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Bau eines Scale Pilotenkopfes im Prototypingverfahren

Ralf Paehl

Am Anfang steht die 3D-Digitalisierung des nachzubildenden Kopfs. Dazu eignet sich z.B. das faceSCAN III System der Fa. Breuckmann (www.breuckmann.com).

Bei diesem System können mehrere Kameras gekoppelt werden. So ist auch eine schnelle 360°-Digitalisierung möglich, d.h. Gesicht und Hinterkopf können in einem Zug gescannt werden. In meinem Fall waren, wie auf dem Foto, nur zwei Kameras gekoppelt, so dass ich mich für die Aufnahme meines Hinterkopfes einmal umdrehen musste.

Das System findet vor allem Verwendung bei der Glasinnengravur. Bei diesem Verfahren werden schichtweise winzige Dampfblasen in Glas gelasert. Im weitesten Sinne könnte man dieses Verfahren also auch als ein Prototypingverfahren bezeichnen. Hier stören kleine Scanfehler kaum. Etwas Anderes ist es, wenn man aus den Daten dreidimensionale Modelle herstellen möchte. Hierzu werden geschlossene Oberflächen benötigt. Die Bilder zeigen zahlreiche Scanfehler, die zuerst einmal manuell repariert werden müssen. Ich habe dazu die Software Magics der Fa. Materialise (www.materialise.com) benutzt. Wie deutlich zu sehen ist, klafft oben ein großes Loch in meinem Kopf. Bitte keine Scherze darüber , es ist ein Scanfehler, der dadurch entsteht, dass die Kameras durch ihre Anordnung nicht von oben auf den Kopf sehen konnten. Die Reparatur dieses und einiger anderer Fehler erwies sich mit der mir zur Verfügung stehender Software als so aufwändig, dass ich darauf verzichtet habe.

Statt dessen habe ich mich entschlossen, nur das Gesicht im Prototypingverfahren nachbilden zu lassen und den Hinterkopf von Hand zu modellieren. Eine Vorgehensweise, die für ein Einzelstück sicherlich vertretbar ist. Für eine „Serienproduktion“ müsste jedoch das Scanverfahren noch deutlich verbessert werden. Serienproduktion setze ich deswegen in Anführungszeichen, weil ja immer nur ein Kopf hergestellt würde, allerdings unter Verwendung der immer gleichen Verfahren. Dies wird als Rapid Manufacturing bezeichnet und kommt z.B. beim Bau von Hörgeräten oder, wie an meiner Arbeitsstelle, bei der Anfertigung von unsichtbaren Zahnspangen (www.lingualtechnik.de) im Prototypingverfahren zur Anwendung.

Nach Abschluss der Datenaufbereitung müssen die Daten für die Anwendung auf einer Prototyping-Maschine vorbereitet werden. Mir stand zu der Zeit eine Perfactory Testmaschine der Fa. Envisiontec (www.envisiontec.de) aus Gladbeck zur Verfügung. Diese Maschine fertigt die Modelle ähnlich wie eine Stereolithographiemaschine aus flüssigem Kunststoff. Statt des Lasers kommt allerdings ein Beamer zum Einsatz, der die einzelnen Schichten selektiv härtet. Überall dort, wo ein Pixel leuchtet, härtet das Material in der gewählten Schichtdicke innerhalb von Sekunden aus. Während ein Pixel zweidimensional ist, sprechen wir hier wegen der zusätzlichen dritten Dimension allerdings von einem Voxel, dem dreidimensionalen Analogon zum Pixel.
Aufgrund dieses Herstellungsverfahrens müssen die überhängenden Bereiche des Modells durch eine Stützstruktur verstärkt werden. Das habe ich ebenfalls mit Magics erledigt, das über einen entsprechenden vollautomatischen Supportgenerator verfügt. Diese sehr komplexe und filigrane Stützstruktur entsteht also wirklich auf Mausklick innerhalb weniger Sekunden.

So sieht das fertige Modell nach dem Waschen in Alkohol aus. Es wird nun noch in einer Blitzkammer nachbelichtet, um eine vollständige Vernetzung und damit Aushärtung des Kunststoffes zu erreichen. Die Supportstruktur kann nun entfernt werden. Dadurch, dass sie sehr dünn ist (nur ca.0,2 mm), kann sie einfach abgerupft werden, eventuell verbleibende Reste können leicht mit einem Skalpell entfernt werden. Die Ähnlichkeit zu meinem Kopf war zwar zu erahnen, allerdings machte das transparente Material eine Begutachtung, wie gut mein Kopf denn nun wirklich getroffen war, schwierig.

Manuelle Nacharbeit

Wie bereits erwähnt, habe ich den Hinterkopf von Hand gestaltet. Dazu habe ich mit meiner Digitalkamera eine Front- und Seitenaufnahme meines Kopfes gemacht und diese dann im richtigen Maßstab ausgedruckt. Die Ausdrucke habe ich auf Pappelsperrholz geklebt und dann daraus Schablonen ausgesägt, die ich an das zuvor hergestellte Gesicht geklebt habe. Die entstehenden Segmente habe ich mit Balsaholzresten gefüllt und dann das Ganze in Form geschliffen. Beim Schleifen leisteten ebenfalls Digitalfotos sowie ein Spiegel gute Dienste. Abschließend wurde das Ganze verspachtelt und mehrfach mit Spritzfüller gespritzt. Die Haare habe ich etwas strukturiert, indem ich eine Drahtbürste durch den gerade noch feuchten Spritzfüller gezogen habe.

Die Lackierung habe ich einem professionellen Airbrusher überlassen. Allerdings war die Lackierung eines Scalekopfes auch für ihn Neuland und ich finde, dass hier durchaus noch Verbesserungspotenzial vorhanden ist. Der Wiedererkennungswert ist aber auf jeden Fall gegeben, ich füge zum Vergleich Bilder meines Original-Kopfes an. Leider habe ich noch keinen Körper und keine Kleidung für meinen Scalepilot, darum muss ich mich noch kümmern. Einfach ist das nicht, da die bekannten Anbieter von Pilotenpuppen auf entsprechende Anfragen ablehnend reagieren. Also ist auch hier Eigeninitiative gefragt.


 

Fazit

Mir ging es darum, zu testen, was heute technisch machbar ist. Ich könnte mir gut vorstellen, dass es nicht mehr allzu lange dauern wird, bis wir unsere Modelle auch mit Scalepiloten ausstatten können. Derzeit sind die Scansysteme (derzeit ca. 25.000 Euro) und Prototyping-Maschinen (ca. 70.000 Euro für die oben genannte Perfactory) noch recht teuer. Die Entwicklung bleibt aber nicht stehen und die Preise entwickeln sich in den letzten Jahren bei immer größerer Leistungsfähigkeit auch in diesem Bereich deutlich und schnell nach unten. Etwas Ähnliches beobachten wir ja z.B. bei Digitalkameras oder Druckern. Ein heutiges Geschäftsmodell könnte z.B. so aussehen, dass man nur die Scan- und Fotoausrüstung anschafft und gut auslastet. Auch die Datenaufbereitung, die nach zusätzlicher Optimierung pro Kopfmodell nicht mehr als wenige Minuten in Anspruch nehmen sollte, kann hier vor Ort erfolgen. Herstellung und Lackierung der Modelle könnten bei einem Dienstleister im Ausland erfolgen. Die Datenübermittlung sowie der Versand der fertigen Modelle ist völlig problemlos. Zu bedenken ist weiterhin, dass diese Technik ja nicht nur für Modellflieger interessant ist. Ein Bericht mit weiteren Informationen über dieses Projekt wird übrigens in Kürze in der Zeitschrift Aufwind erscheinen.

 

Stand: 15.01.2007