3D-gedruckte Messerschmidt Bf109H

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Alle Teile zusammen erfordern bei 100% Erfolgsquote eine reine Druckzeit von etwa 70 Stunden.
Nach .stl-Dateien von 3dlabprint habe ich eine Me109H als Modellflugzeug aus PLA 3D-gedruckt. Dabei waren einige Tricks notwendig um die erforderlich Druckqualität zu erreichen, besonders im Bezug auf die Passgenauigkeit der einzelnen Teile und die Reproduzierbarkeit langer Drucke. Dabei hilfreich waren besonders die Tipps welche im 3dlabprint-FAQ festgehalten sind, sowie der Simplify3D-Troubleshooting Guide.

3D-Druck

First layer warping

Die rechte Ecke hat sich beim Abkühlen verzogen.
Damit der Flügel trotz des Drucks mit nur einem Umfang (single perimeter) eine gute Stabilität bei geringem Gewicht aufweist, sollte das PLA mit einer hohen Temperatur (etwa 220°C) und ohne zusätzliche Kühlung gedruckt werden. Dadurch erreicht man ein starkes "layer bonding", die Schichten des Drucks verbacken anschaulich gesprochen. Der Druck mit solch hohen Temperaturen ohne Kühlung führte zunächst dazu, dass die erste Schicht des Drucks sich beim Abkühlen verzog, sogenanntes "first layer warping".

Die Verformung war so stark, dass die Passgenauigkeit der einzelnen Flügelelemente nicht mehr ausreichend war, zu sehen in den Bildern rechts. Die Lösung bestand in der Erstellung eines zweiten Druckprozesses im Slicer (Simplify3D), welcher dafür sorgte, dass die ersten 4mm des Drucks mit zwei Umfängen erfolgten anstatt mit nur einem wie der Rest des Drucks. Somit ensteht ein vernachlässigbarer Gewichtszuwachs, aber die Verformungen der untersten Schichten treten nicht mehr auf.



Open-loop control

Zweifacher Versatz, weil ohne Rückkopplung der konstante Fehler beibehalten wird.
Eine weitere Schwierigkeit ergab sich aufgrund der langen Dauer der Drucke (bis zu 20 Stunden) in Kombination mit der in den meisten 3D-Druckern implementierten Regelung zum Abfahren des Werkzeugpfads. Wie in der Überschrift bereits erwähnt fahren die meisten 3D-Drucker den Werkzeugpfad "blind" ab, es besteht keinerlei Rückkopplung im Bezug auf die Position des Druckkopfs. Dies kann dazu führen das plötzliche Störungen, wie zum Beispiel Erschütterung, einen Versatz im Druck zur Folge haben.

Nach langem Rätseln scheint eine Verringerung der Geschwindigkeit bei Bewegungen entlang der z-Achse (Herabbewegen des Druckbetts) um ein Viertel das Problem gelöst zu haben (Danke für diese Idee Felix). Vermutlich treten bei höheren Geschwindigkeit Ungenauigkeiten in Folge zu großer Trägheit und Vibrationen auf. Später stellten sich diese Überlegungen als nützlich aber falsch heraus.

Der betroffene Motor und die gelb eingeschrumpfte Lötstelle.
Letztendlich bestand die endgültige Lösung des Layer-Shifting im Austausch eines Schrittmotorkabels, ein Kabelbruch hatte einen Wackelkontakt verursacht. Dies erlärt die zwei auffälligsten Aspekte des Problems:

1. Das Problem trat sehr unregelmäßig auf (etwa alle 15h)

2. Der Layer-Shift enstand immer entlang einer Achse (diese Achse wurde durch den betroffenen Motor angesteuert)

Das Kabel wurde dicht an den Steckern zum Regler und Motor durchtrennt und ein neues, unbeschädigtes Kabel wurde eingelötet. Seither taucht das Problem nicht mehr auf.








Overhangs

Das Seitenleitwerk musste etwa fünfmal gedruckt werden, bis der Überhang halbwegs die gewünschte Form behielt.
Ein bekanntes Problem beim FDM-drucken (fused deposition modeling) sind Überhänge, vor allem wenn der Druck aus den oben genannten Gründen bezüglich der Stabilität der Teile nicht zusätzlich gekühlt wird. Der rechts zu sehende Überhang von etwa 45° musste in genau der dargestellten aufrechten Weise gedruckt werden, weil das Bauteil nur eine flache Seite besaß. Üblicherweise versucht man Überhänge durch geschickte Orientierung des Drucks zu umgehen, dies war hier leider nicht möglich.

Es müsste also über eine Reihe von Druckeinstellungen iteriert werden. Letztendlich konnte das Problem durch eine etwas erhöhte Druckauflösung (0,25mm auf 0,2mm Schichtdicke), eine leicht erhöhte Druckgeschwindigkeit (etwa 20%), eine Verringerung der Drucktemperatur auf 215°C und den Druck von mehreren Teilen gleichzeitig behoben werden.





Kleben und Nachbearbeiten

Me109-1.jpeg