DIY. Personal Fabrica1on. Mechanik. Juergen Eckert Informa1k 7
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- Cornelius Beck
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1 DIY Personal Fabrica1on Mechanik Juergen Eckert Informa1k 7
2 Fahrplan CNC Verfahren Dos and don ts DRUCKEN
3 Letztes mal bei DIY CAM CNC G-Code (uralte Lochstrafen Sprache) N3 T0*57 N4 G92 E0*67 N5 G28*22 N6 G1 F1500.0*82 N7 G1 X2.0 Y2.0 F3000.0*85 N8 G1 X3.0 Y3.0*33 (Hier RepRap G-Code mit Checksum) Foto: Wikipedia
4 Bild nach: Weck: Werkzeugmaschinen Band 4, Springer-Verlag 2006 CNC-Steuerung (1/2) Steuerbefehle einlesen G-Code Geometriedaten verarbeiten (Koordinatentransforma1on) Zeitunkri1sch Zeitkri1sch Bahnplanung (Geschwindigkeitsführung) Interpola1on (Zwischenpunkte berechnen) 1ms FIFO-Puffer Antrieb / Extruder Synchrone Ak1onen 100us Timer Interrupts
5 CNC-Steuerung (2/2) Controller Board Mikrocontroller 8bit: Wenig RAM, Seriell (USB, langsam), SD-Karte 32bit: Netzwerk Interface, USB (na1ve, schnell) Güns1g Marlin, Grbl Embedded System All-In-One Teuer LinuxCNC = Linux + RTAI Bild:hjp://
6 Steuerbefehle Einlesen Embedded System: Dateisystemzugriff Controller Board 3Drag (8bit): USB-Seriell 250kBaud ( 24kB/s) Zwischenspeicher: nur wenige Befehle SD-Karte Komplejer G-Code (PC unabhängig) Upload USB-Seriell (sehr langsam, stunden...) Kartenleser (umständlich) Foto: 3Drag Schnellere Interfaces bei teureren (32bit) Board Octoprint: Vorgelagerter Raspberry Pi + Webserver
7 Geometriedaten Verarbeitung G-Code: Pfad der Werkzeugspitze ( Achsen der Maschine) Koordinatentransforma1on und Skalierung XYZ Wikipedia Delta Thingiverse
8 Bahnplanung (1/4) Prämisse: Minimale Fer1gungszeit bei (idr) maximaler Genauigkeit Werkzeugbewegung: Von Punkt zu Punkt (maximale Geschwindigkeit in G-Code enthalten) In jedem Punk Richtungsänderung Analogie: Auto fährt mit maximal erlaubter Geschwindigkeit auf eine enge Kurve zu abbremsen Sollverlauf muss physikalisch realisierbar sein
9 Bahnplanung (2/4) Wann wird welche Geschwindigkeit erreicht? Geschwindigkeit Kine1sche Energie Weg, Beschleunigung Motorleistung (begrenzt) m: Bewegt Masse (const) F: Maximale Stellkrar (const, vereinfacht) v: Geschwindigkeit s: Strecke W kin = 1 2 mv2 W = Fs -- Stark vereinfacht --
10 Bahnplanung (3/4) Beschleunigungsrampe: Geschwindigkeit linear anpassen Bild: Weck: Werkzeugmaschinen Band 4, Springer-Verlag 2006 Problem: Ruck (mechanische Schwingung)
11 Bahnplanung (4/4) s: Strecke v: Geschwindigkeit = s a: Beschleunigung = s r: Ruck = s Bild: Weck: Werkzeugmaschinen Band 4, Springer-Verlag 2006
12 Bahnplanung: Look Ahead Vorausschauendes Fahren Nicht an jedem Punkt komplej stoppen Verrunden der Ecken (erlaubte Toleranz) Schneller G64 G61: (Punkt zu Punkt)
13 Interpola1on / Antrieb Schrijmotor / Servo Ansteuerung (Pulse) Vor- und Nachteile Später im Elektronik-Kapitel
14 Subtrak1ve Fer1gungsverfahren CNC seit 1960 Fräse (im FabLab) 585x350x180mm Drehen (im FabLab) Durchmesser 100mm Material: bis Stahl Schwierigkeit: hoch Foto: FabLab
15 Zerspanung Material wird durch härteres abgetragen (komplex; Material plas1sch verformt) Material bildet Späne aus P. Hehenberger, Computerunterstützte Fer1gung. Springer, 2011 Mit geometrisch unbes1mmter Schneide Schleifen Honen Mit geometrisch bes1mmter Schneide Drehen Drechseln Fräsen Bohren Foto: KTM GmbH
16 Drehbank Hauptwerkzeug: Drehmeißel mit Wendeschneidplaje Vorschub und Zustellung (aus Datenbläjern) Zu niedrige Werte verhindern effek1ves Zerspanen Zu hohe Werte kann die Maschine nicht bearbeiten Wendeschneideplaje
17 Fräse Fräser ist kreisrund Abrolllinie entlang Außenkontur Stumpfe Ecken (>180 Material) nicht möglich Durchmesser beachten Scharfräser mit Schruppverzahnung Foto: Wikipedia
18 d Ausfräsen eines Sterns
19 Einfräsen eines sternförmigen Lochs 3
20 Addi1ve Fer1gungsverfahren 1984: Charles W. Hull: Stereolithographie 1987: Carl Deckard, Joseph Beaman: Selek1ves Laser Sintern Material: bis Stahl Im FabLab: PLA und ABS
21 Foto: Wikipedia Laminated Object Manufacturing 1. Folienvorrat 2. Beheizte Walze 3. Laserstrahl 4. Umlenksystem 5. Laser 6. Schicht 7. Arbeitsplayorm 8. Abfall (LOM) (1/2) Schneideverfahren mit Schichtenverkleben Schichtdicke: eine bis mehrere Blaj Papier Adap1ves Verfahren
22 Laminated Object Manufacturing (LOM) (2/2) Material: Folien aus Keramik, Kunststoff, Aluminium Vorteile Keine chemische Reak1on Wenig innere Spannungen Nachteile Mechanische Belastbarkeit variiert in Abhängigkeit von Baurichtung Dünne Wandstärken schwierig (<2mm) Restmaterial (idr) nicht wiederverwendbar
23 SLS / SLM (1/4) Genera1ves Verfahren Selek1ves Lasersintern (SLS) Sintern: Pulvrige vermischte Stoffe werden durch Erwärmung miteinander verbunden. Pulverkörner nur par1ell aufgeschmolzen Selek1ves Laserschmelzen (SLM) Pulver ohne Zusatz eines Binders wird vollständig aufgeschmolzen
24 SLS / SLM (2/4) Foto: Wikipedia
25 SLS / SLM (3/4) Foto: Wikipedia
26 SLS / SLM (4/4) Material: was der Laser schmelzen kann Vorteile Restmaterial wiederverwendbar Keine Stützstrukturen notwendig Höchste mechanische Belastbarkeit Baumaterial güns1g Nachteile Raue Oberfläche (granulares Pulver) Teilweise hoher Nachbearbeitungsaufwand Materialabhängig können girige Gase entstehen Hoher Anschaffungspreis
27 Stereolithographie (SLA) (1/2) Genera1ves Verfahren Foto: Wikipedia
28 Stereolithographie (SLA) (2/2) Material: lichtaushärtender Kunststoff (Photopolymer) Vorteile Sehr genau (10μm) Sehr schnell Nachteile Nur photosensi1ve Materialien verwendbar Stützstrukturen notwendig Nachbelichtung notwendig Girige Gase entstehen Bauteile brüchig und porös
29 Fused Deposi1on Modeling (FDM) Addi1ves Verfahren Schmelzschichtung (1/4) Oder auch Fused Filament Fabrica1on (FFF) Plas1c Jet Prin1ng (PJP) Foto: Wikipedia
30 Fused Deposi1on Modeling (FDM) (2/4) Technologie erlaubt mehreren Materialien Idee: Stützstruktur aus weicherem Material oder auswaschbar Meist nur ein Material
31 Fused Deposi1on Modeling (FDM) (3/4) Vorteile Geringer Anschaffungspreis Bürotauglich Stützmaterial auswaschbar (selten) Nachteile Für sehr kleine, komplexe Geometrien ungeeignet Stützstrukturen notwendig Schlechtere Oberfläche Bedingte Belastbarkeit Materialkosten verhältnismäßig hoch
32 Fused Deposi1on Modeling (FDM) Filament (4/4) Wärmezufuhr verformbare Kunststoffe (Thermoplaste) PLA Polylac1de, die auch Polymilchsäuren Biologisch abbaubar Verarbeitungstemperatur 190 C ABS Acrylnitril-Butadien-Styrol Verarbeitungstemperatur 220 C Langlebiger und stabiler als PLA, Druck schwieriger TPE (NinjaFlex) Thermoplas1sche Elastomere Elas1sch Stützstrukturen HIPS, PVA auswaschbar
33 Aceton Dampf + ABS Siedepunkt 56 C Weicht ABS auf (5-10min) Aushärten min 12h ACHTUNG GEFAHR!! Reizend Leicht entzündlich Nicht innerhalb von Gebäuden!
34 Weitere Addi1ve Verfahren 3D-Prin1ng (3DP) Poly-Jet Modeling (MJM)...
35 Beispiel: Lur- und Raumfahrt Airbus A380 Teil Titan + DMLS (SLS mit 200Waj Laser) Technologie entwickelt von EOS in München Billiger Leichter Mehr Design Freiheit Foto: EADS
36 Beispiel: Magic Arms Emma mit 2 Jahren Foto: Youtube
37 Weitere Beispiele Prototypen Entwicklung Medizintechnik Organe Zahnkronen Prothesen Lebensmijel (Digitale Küche)...
38 Demo Time (Dos and Don ts) Wie drucken?
39 Demo Time (Dos and Don ts) CAM
40 Demo Time (Dos and Don ts) Schlecht Keine gute Idee Gut Am stabilsten
41 Demo Time (Dos and Don ts) Wenn überhängend drucken dann so
42 CAM Simulator
43 CAM Simulator
44 Stützstruktur
45 Elektronik Nächstes mal bei DIY
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