3D Druck Wurzelrippe, Verbinderhülse, Holmsteg für CFK-Sandwich-Fläche

[CH_MEIER]

Hallo zusammen,

ich denke gerade über eine Hybrid-Bauweise aus 3D-Druck und klassischem CFK-Sandwichbau nach...

Hat mal jemand Wurzelrippe, Verbinderhülse, Holmsteg usw. für eine Tragfläche in CFK-Sandwich-Bauweise per 3D Druck erstellt? Mich nervt das Messen und handwerkliche Zuschnitzen dieser Teile, bis die wirklich mit kleinen Klebenähten passen. Geht das nicht evtl. auch im 3D Druck, wenn man doch schon ein CAD Modell hat?

Hier meine Überlegung für eine Tragfläche eines 1:3.75 Fox light (unter 5 kg):

Dieses Teil habe ich aus dem 3D CAD Modell der Fläche "herausgeschnitten" und oben und unten jeweils um 1.0mm verdünnt (für Gewebelagen, Holmgurte, Kleber etc.). Dieses Teil wäre hauptsächlich formgebend, evtl. ein wenig tragend. Die Wandstärke beträgt 0.4mm, Infill bei 6%. Die Tasche für den Verbinder ist gleich mit da rein konstruiert (kann man hier nicht sehen). Seitlich ist am Verbinder die Wandstärke 0.8mm (zwei Wände). Über und unter dem Verbinder ist noch recht "viel" Luft (3D Druck Infill), das könnte man nach dem Drucken partiell auffräsen und mit Mumpe für guten Kraftschluss füllen. Der Verbinder würde eine einlagige dünne Hülse aus 200g C-Biax kriegen, die in die mit entsprechendem Übermaß 3D gedruckte Verbindertasche eingeklebt wird. Das ganze Teil wird dann noch in einen 3K C-Schlauch überzogen und kriegt vielleicht noch den üblichen Angst-Aramid-Wickel gegen Aufplatzen. Evtl. kommt an die Seiten auch noch 1mm Sperrholz, damit sich der Verbinder nicht an den Seiten langsam durch arbeitet..

Hat so etwas mal jemand gemacht? Gibt es extreme Bedenken oder Verbesserungsvorschläge?

Viele Grüße
Christoph

 

[eug]

Ich habe Taileronlager aus Greentec Pro Carbon Filament gedruckt. Die sind nur mit äusserster Gewalt verformabar. Vorher zerlegt es mir was anderes.

 

[mipme_kampfkoloss]

Ich finde die Endleisten recht schwer zu drucken, da der Winkel äußerst spitz ist und die Noozle da recht lange an einem Fleck druckt.
Dann bleibt mal was kleben und schon ist die Endleiste im A....
Bei mir war das ein HT13 mit 90, 80 und 70mm Tiefe in Standard PLA.

Die Frage ist bei deinem Teil auch wie genau gerade es sein muss. Ich nehme an du würdest es in einem stehend drucken.
Dann darf sich halt auch kein Wobble oder eine andere leichte Verformung einschleichen.

Von der Stabi

 

[CH_MEIER]

Ja, ich habe eben auch einen ganz guten Eindruck von der Stabilität und Passgenauigkeit der 3D gedruckten Teile. Eine Rippe hatte ich als Bohrschablone für den Rumpf gedruckt. Die ist wirklich sehr stabil (natürlich nur ein Gefühl, keine echten Fakten). Und die Passgenauigkeit zu der gedruckten Form ist einfach super.

Vielleicht wäre es ein Ansatz, davon auszugehen, dass die 3D-Teile gar nicht tragen sondern nur formgebend sind, also wie z.B. Styrodur oder Depron. Dann könnte man mit den Excels von Ch.Baron rechnen?

Christoph

 

[CH_MEIER]

Hallo,

ich habe das Teil probeweise einmal ausgedruckt.

Die seitliche Wandstärke beträgt 0.4mm, im Bereich der Hülse sind zwei Wände, also 0.8mm. Deckel / Boden sind 0.8mm dick. Infill sind 3D Würfel mit 10mm Kantenlänge. Durch die dünnen Wände zeichnet sich das Infill gut ab, was auf eine gute Verbindung hindeutet und nicht weiter schlimm ist.

Der Festigkeits-Test in der Hand auf Druck macht einen sehr guten Eindruck. Das herausholen des Support aus der Verbinderhülse war leider nicht so einfach (2 kleine Löcher in Hülse mit dem Schraubenzieher verursacht) und ein Festigkeits-Test auf Biegung führte (wie man sich eigentlich hätte denken müssen) zum sofortigen Durchbrechen am Ende der Hülse. Okay, ein paar Tropfen Sekundenkleber haben das gleich wieder gefixt.

Was mal wieder echt überzeugend ist, ist die Passgenauigkeit des Teils. Wurzelrippe, Verbinder-Hülse und Übergang zum Holmsteg sind aus einem Stück und passen einfach sagenhaft gut. Man bräuchte jetzt nur noch einen Holmstegkern aus Styrodur o.ä. ergänzen. Das ist handwerklich einfach, weil es ein Einfach-Trapez-Flügel ist. Dann den vorderen Teil mit 3K Schlauch und den hinteren mit 1K Schlauch überziehen - fertig

Die gedruckte Verbinderhülse hat durch das fehlende Infill leicht eingefallene Wände, so dass der Verbinder da jetzt (zufällig wg. des konstruktiven Übermaßes von 0.5mm ringsum für eine dünne CFK-Hülse) wunderpar rein passt. Die dünne CFK-Hülse könnte man sich also eher sparen.

Womit ich gerade hadere, ist das Gewicht. Das Teil wiegt 115g. Das ist 10% des fertigen (Leichtbau-)Flügels, ist das noch angemessen? Kriegt man das mit anderen Fertigungsmethoden (CFK, Sperrholz, handwerkliches Geschick) stabiler und leichter hin?

Kommentare willkommen.

Viele Grüße
Christoph

PS: ich drucke auf einem Ender 5 Plus. Da das Druckbett sich ausschließlich in Z-Richtung bewegt, kann man m.E. ganz gut hohe schlanke Objekte ohne Gewackel des Druckstücks ausdrucken...

 

[CrashChris]

Frage:
Du hast das aufrecht stehend gedruckt, warum Support? Ich drucke Überhänge bis 60° erfolgreich ohne Support.
Evtl. könntest Du die Länge der Verbinderhülse reduzieren. Laut C. Baron reicht 5 mal Wurzelrippenhöhe (ich fliegen einen 2,7m F3F mit dem Verhältnis, hält alles aus).

Gruß
Christoph

 

[CH_MEIER]

Hallo Namensvetter,

ja, ich habe das stehend gedruckt. Den Support brauchte ich innerhalb der Hülse, damit das Ende der Hülse auf irgendwas gedruckt werden konnte.

Die Länge der Hülse ist tatsächlich etwas länger als von C. Baron vorgeschlagen. 17cm wären eigentlich wohl ausreichend (35mm Wurzeldicke beim Fox), ich bin auf 20cm gegangen. Die Hebelkräfte nehmen ja mit der Länge ab und der Verbinder wiegt fast nix (150g bei 57cm Länge und 50x25mm Querschnitt).

Gerade check ich einmal, ob vielleicht eine gedruckte Negativform das Richtige wäre. Die Oberflächengüte des Teils ist ja nachrangig, wird eh eingeklebt. Druckzeit ist auch wurscht, das macht der ja alleine. Die Form dazu sieht gerade so aus:

Die ersten 10cm dienen nur der korrekten Ausrichtung des Verbinder-Dummy (Alu-Profil). Dann kommen 20cm Verbinderhülse, dann kommen noch 30cm geschwungener Übergang auf den restlichen Holmsteg-Querschnitt.

Das Konzept wäre, in dieser Form eine doppelwandige Hülse in einem Rutsch zu bauen. Die Idee wäre folgende Belegung (Bau in der Oberseite quasi überkopf):
- 1 Lage C200 Biax in die Form, oben ca. 1cm überstehend (Überlappung zur späteren Verklebung mit der Unterseite)
- unten in die Form ggf. noch ein paar gestufte Lagen C100UD, da ist eh Platz genug
- auf 20cm (Hülsenlänge) in die Kanten der Form und 1-2 x in der Mitte grobe Raupen Mumpe
- an jede Seite der Form 1mm Flugzeugsperrholz 50cm lang
- 1 Lage C200 Biax um den Verbinderdummy und den dann in die Form drücken
- die Sperrholzstreifen jenseits des Verbinderdummy mit Depron / Styro o.ä. auseinander drücken bis an die Formwand

Dann sollte das Ganze etwa lederig aushärten. Seitlich entsteht so neben dem Verbinderdummy jeweils ein Sandwich aus C200 / 1mm Sperrholz / C200. Das sollte wohl halten. Unten in der Form (also später an der Flächenoberseite) ist die direkte Verbinderhülle über die Mumpe-Raupen mit der Außenhülle in der Form kraftschlüssig verbunden...

- Die deutlich kleinere untere Hälfte wird dann ebenfalls mit C200Biax und ein paar gestuften Lagen C100UD ausgekleidet
- auf die direkte Verbinderhülle muss dann in den Kanten und 1-2x in der Mitte wieder eine Mumpe-Raupe über die 20cm Verbinderlänge
- der Überstand der oberen Form wird noch mal mit Harz eingestrichen und nach innen gedrückt
- untere Form auf obere Form und härten lassen

Evtl. nach dem Entformen noch einen Angstwickel aus Aramid.

So entsteht evtl. eine leichtere Holmsteg-Hülse mit sauberem Übergang in den restlichen Holmsteg.

Mal sehen. Es ist ja noch länger Corona mit viel Langeweile, da kann man noch so einiges Neues einmal ausprobieren...

Christoph

PS: leider ist dann die Wurzelrippe nicht gleich mit dabei. Die zu Drucken halte ich nach wie vor für eine ziemlich gute Idee. Stabil, leicht, passgenau...

 

[rotor02]

...
ja, ich habe das stehend gedruckt. Den Support brauchte ich innerhalb der Hülse, damit das Ende der Hülse auf irgendwas gedruckt werden konnte.
...

Hallo,
ich kenne mich mit Steckungen nicht aus, daher bitte ich um Entschuldigung wenn es eine blöde Bemerkung ist.
Muss denn das Ende der Hülse geschlossen sein?
Aufgrund des Konus kann ja eh nix durchrutschen und dann könnte man sich den Druck mit Support sparen.

Roman

 

[CrashChris]

Den gleichen Gedanke hatte ich auch.
Auch verstehe ich den Aufwand mit dem Konus nicht so ganz. Lass doch die Verbinderhülse enden und gehe von dort mit den Holmstegen weiter.
Ich baue so, dass ich die Holmstege neben der Verbinderhülse bis an die Wurzelrippe laufen lasse. Die Stege sind dann aus beidseitig beschichtetem 3mm Balsa hochkant.
Für die Hülse nehme ich Glasschlauch, der mindestens an der Wurzelrippe mit Aramidroving umwickelt wird.

Wie wäre es so:
Wurzelrippe drucken und die Verbindertasche im Spiraldruck (in Cura: spiralisieren der äußeren Konturen) drucken.
Fertiges Druckteil mit Verbinderdummy "ausstopfen", mit einer Lage Armidroving stramm umwickeln, Glasschlauch drüber und beim Form schließen nass einlegen.

Möglich?

Gruß
Christoph

 

[CH_MEIER]

Hi,

die Verbinderhülse muss natürlich nicht zwingend hinten dicht sein. Ich finde es nur "schöner", wenn es da einen definierten Anschlag beim Einschieben des Verbinders gibt. Bei dem o.a. Drucken war der Konus noch mit Infill gefüllt und das musste natürlich Halt finden, daher auch der Support...

Die Variante, nur Wurzelrippe und Hülse zusammen zu drucken und dann eher klassisch ab der Wurzelrippe Holmstege (Balsa, Depron oder was auch immer) seitlich daran zu bauen, wäre sicher eine praktikable gute Variante. Das Gewicht von Wurzelrippe und Hülse zusammen beträgt wie o.a. gedruckt ca. 60g, das ist m.E. vertretbar.

Den Aufwand mit dem Konus wollte ich nur deshalb treiben, um das Rum-Gemesse mit den Höhen der Holmstege etwas zu vereinfachen. Bei der Variante mit dem Konus gäbe es nur einen Homsteg, der linear von dem Ende des Konus bis zum Randbogen läuft. Ausserdem hatte ich den Eindruck, dass vielleicht mit dem Konus die Krafteinleitung vom Verbinder in die Fläche etwas harmonischer ist. Mal sehen.

Danke für die Kommentare jedenfalls.

Christoph

 

[CrashChris]

Einen Anschlag für den Verbinder kannst Du doch sehr einfach realisieren, indem Du durch das fertige Druckteil ein Loch bohrst und einen 3mm Buchenstab steckst.
Konzept "kiss"

 

[CH_MEIER]

Hallo zusammen,

ich habe einmal angefangen, das Konzept einer gedruckten Holmform umzusetzen, also nicht nur einer Form für die Verbinderhülse usw. sondern für den gesamten Holm. Es war einfach noch so viel Rest-PLA vom Flächen-Form drucken da. Ergebnis siehe Foto (das letzte Segment druckt gerade noch).

Es wird eine einfache einteilige Form pro Seite, d.h. ein U, in das die vorgetränkten Teile gedrückt werden. Härtung im abgesaugten Folienschlauch. In Fusion360 habe ich den Holm mit einem Umriss "ausgestochen" und in der Höhe um die Laminat-Dicke im Tragfläche-"Light"-Fall reduziert. Für die Verklebung wurden oben / unten 0.5mm abgezogen. Dann das ganze in Fusion360 zu einer oben offenen Negativ-Form umgeforscht. Man sieht schön in dem Foto eine "Holzmaserung", das sind die Höhenlinien des Holms - wird noch ein bißchen geschliffen. Am Anfang ist ein glatter Bereich, in den ein Verbinder-Dummy genau rein passt.

Die Vorteile, die ich mir erhoffe, sind:
- Verbinderhülse, Stegbeschichtung, Holm-Rovings alles nass-in-nass gefertigt
- Leichtbau oder Heavy-Duty möglich
- man kann den Holm vor dem Verbauen prüfen (und ggf. neu machen)
- Aufplatzen ist m.E. ausgeschlossen, Stegmaterial (Biax) geht um Steg und Holm-Rovings herum, bzw. Aramidwickel in Form
- der Steg kann aus unterschiedlichen Materialen (Depron, Styrodur, Balsa, Sperrholz,...) kombiniert werden
- Verkleben des Holms in der Schale völlig unkritisch, ein bißchen Mumpe reicht (Schale gegen Torsion, Holm gegen Durchbiegung)

Viele Grüße
Christoph