Projekt: 3D-Copy-Shop Ein Holzmodell wurde von einem Gipsgesichtsabdruck erstellt

Ein Beitrag von Eri

  • Aus einer Gipsgesichtsmaske wurde eine Fotoserie erstellt.
  • Eine Punktwolke aus der Fotoserie wurde mit Linux/Colmap erstellt.
  • Die Punkte wurden bereinigt und aufbereitet mit Meshlab
  • Die Fräsbahnen wurde mit Pycam generiert.
  • Die Fräsbahndateien wurden mit einem eigenentwickelten Tool


vereinfacht, sodass der GCode mit der Fablab-CNC-Software sowie NCcad lauffähig sind.

Face1_Punkte
  • Das Werkstück: ein 1 1⁄2 Jahre altes, getrocknetes Stirnholzstück, vorgebohrt zum auf-„spaxen“ auf die Opferplatte.
  • Fräser: 6 mm Zylinder für das „Schruppen“ sowie 6 mm Kugelkopf für das „Schlichten“
Face2_Tools
Face3

Zum Herstellungsvorgang

Der Vorschub zum Fräsen konnte deutlich erhöht werden. Beim Erstellen wurde die Fräserlänge nicht ausreichend beachtet. So kam es zu dem Spruch des Tages: „Eine Zustellung geht noch“. Bevor es zu Kollisionen kam, wurde abgebrochen. Nach dem Neumodellieren und x-fachen Schlichtdurchgang (Proxxon) entstand Folgendes:

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Dieses Projekt entstand durch freundliche Unterstützung der Uni Siegen. Vielen Dank dafür, insbesondere Daniel für seine Mitarbeit und Helga für Textentwurf und Textgestaltung.

Anmerkung:
Vor Ort ist nur ein sehr langsames Linux Notebook (Ubu 19.04) verfügbar. (evtl. mit SSD schneller o. CloudComputing ??)
Netzwerkzugang für Updates geplant.
Freitagsnachmittags ist für solche Projekte mit Publikumsverkehr und die eingeschränkte Zeit der MitarbeiterInnen, erschwerend und nicht so gut geeignet.
Weitere Spaxschrauben fehlen oder sind nicht gefunden worden.
Die Fräser Auswahl ist eingeschränkt.
Ungelöst : Rattermarken.

Reparatur einer sowjetischen Handbohrmaschine

Vorgeschichte

Mein Vater hat das Ding irgendwann auf dem Trödelmarkt gekauft. Der Preis von 5 Rubeln (Ц. 5Р.) ist im Griff eingearbeitet, weil es in der Sowjetunion damals die Planwirtschaft gab und man in dem großen ganzen Land eine Packung Butter für den gleichen Preis bekam.

Problem

Die Bohrmaschine tat immer ihren Dienst. Sie ist besonders für kleine Arbeiten sehr gut geeignet und man kann das Drehmoment schön manuell dosieren. Nur irgendwann blieb der Bohrer irgendwo stecken und mein Vater hat zu viel Moment auf das große Kegelrad ausgeübt, bis ein paar Kunststoffzähne abscherten und das Ding damit unbrauchbar wurde. Das alte Kegelrad bestand aus zwei Teilen: Die Vorderseite mit den Zähnen bestand aus einem Kunststoffguss und die Rückseite war aus irgendeinem Metall, welches irgendwie mit dem Kunststoff verbunden war (leider kein Foto). Es musste also ein neues Kegelrad her.

Lösung

Zunächst mussten die Zähne des Kegelrades gezählt werden. Es sind 60 Zähne. Das getriebene Kegelrad hat 15 Zähne, so dass es eine Übersetzung von 1:4 gibt. Außerdem mussten alle Abmessungen, wie die Höhe der Zähne, ihre Breite und der Bohrungsdurchmesser des Kegelrades mit einem Messschieber gemessen werden. Das Problem: Die Zähne sind nicht einfach gerade angeordnet und ihr „Brennpunkt“ befindet sich irgendwo in der Luft. Außerdem sind sie am äußersten Durchmesser breiter als am inneren Durchmesser des Kegelrades. Die Geometrie hat es also in sich und man kann das Ding nicht einfach eben mal mit einem CAD-Programm nachbauen, wenn man kein Profi ist.
Was tun? Zum Glück bin ich zufällig auf eine Solidworks-Anleitung im Internet gestoßen. Dort wird gezeigt, wie man mit Hilfe von der Konstruktionsbibliothek von Solidworks (SW) konfigurierbare Normteile herstellen kann. Und das hat gut funktioniert!

Vorgehensweise

Solidworks öffnen, irgendeine Baugruppe öffnen und alle Teile rausschmeißen. Anders hat es bei mir irgendwie nicht geklappt. Dann auf der rechten Bildschirmseite die Konstruktionsbibliothek öffnen und sich durch den Baum hangeln. Toolbox, ISO, Kraftübertragung, Zahnräder, Gradkegelrad (treibend).

Solidworks

Bei mir hat die ISO-Norm gut mit meinem sowjetischen Teil übereingestimmt. Dann muss das „Gradkegelrad (treibend)“ per Drag & Drop in das Baugruppenfenster gezogen werden. Jetzt öffnet sich links der Dialog „Komponente konfigurieren“ Es können der Modul, die Zähnezahl, der Eingriffswinkel usw. eingestellt werden. Hier muss man experimentieren, das Kegelrad mit dem grünen Häkchen immer wieder bauen lassen und nachmessen. (Tipp: Wenn man auf eine Bauteilkante klickt, steht in der unteren Infoleiste von SW praktischerweise direkt die gemessene Länge.)

SolidWorks-2

Man kann jedoch nicht alle Abmessungen und Geometrieeigenschaften im Konfigurator festlegen. Und hier wird es etwas knifflig. Wenn die Zahngeometrie von dem erstellten Rohling soweit passt, muss der Rest nun manuell dazugebaut werden. Ich habe die Funktion „Aufsatz/Basis rotiert“ benutzt, um eine erstellte Skizze als Rotationskörper an den Rohling zu bauen (siehe Screenshot). Auch hier musste ich das alte Kegelrad immer wieder vermessen.

SolidWorks-3

Sobald man mit dem Bauteil zufrieden ist, muss es für den 3D-Druck ins *.STL Format exportiert werden. Und schon kann es losgehen zum Fab Lab Siegen! Hier hat mir Fabian unter die Arme gegriffen, mir die 3D-Drucker gezeigt und den Druck gestartet. Vielen Dank! 😊

Ergebnis

Der erste Druck verlief erfolglos (is’ ja klar). Beim 3D-Druck fallen z. B. die Bohrungen im Vergleich zum Modell immer etwas kleiner aus. Auch waren die Zähne zu klein, so dass sie nicht tief genug in die gegenüberliegenden Zähne eingreifen konnten. Auch diese Zähne sind bei ersten Versuchen abgeschert. Außerdem war die Halterung für die Kurbel etwas zu dünn geraten und ist deshalb abgebrochen.

Zahnräder gedruckt

Bohrmaschine-offen

Jetzt konnte man aber das gedruckte Kegelrad vermessen und die Abmessungen in SW verbessern und schließlich einen zweiten Versuch starten. Beim zweiten Mal lief es jedoch besser als erwartet und das Kegelrad ließ sich wunderbar einbauen. Die Handbohrmaschine läuft sehr geschmeidig und falls in ein paar Jahren irgendwelche Probleme auftreten sollten, drucke ich das Kegelrad eben nochmal aus. 😉

Bohrmaschine-zusammengebaut-1

Bohrmaschine-zusammengebaut-2

Die Entstehung eines Bogengriffstücks

Ein Beitrag von Philipp Dasbach

Problemstellung

Beim Bogenschießen ist die Wiederholbarkeit des gesamten Schussablaufs
entscheidend für ein gutes Ergebnis. Ich selbst besitze seit einigen Jahren einen olympischen Recurvebogen mit Visier (Zielvorrichtung) und Stabilisationssystem (Gewichte zum Ausbalancieren, für ruhigeres Zielen).

Charakteristisch für diesen Bogentyp sind die geschwungenen bzw. nach
hinten gebogenen Enden des Bogens, woher der englische Begriff “Recurve” stammt. Im Gegensatz zu anderen Schießsportarten, wo beispielsweise über Kimme und Korn geschossen wird, hat das Visier des Recurvebogens nur das Korn. Damit bilden die Körperhaltung und der Haltepunkt des Bogens (Ankerpunkt) den zweiten Bezugspunkt des Recurvebogens, um die Richtung zu definieren in die der Pfeil fliegt. Das heißt, selbst wenn das Korn immer ins Gold (Mitte der Zielscheibe) zeigt, der Bogen jedoch etwas anders in der Hand liegt, als beim Schuss zuvor, wird der Pfeil woanders auftreffen.

Daher passen sich viele Bogenschützen das Griffstück ihres Bogens mit Griffband oder Modelliermasse an, um einen Griff zu basteln, der perfekt und stabil in der eigenen Hand liegt. Da ich mit dem Griffstück meines Bogens nicht zufrieden war, habe ich mich dazu entschlossen mein eigenes Griffstück zu designen, welches durch den 3D-Druck zudem professionell aussieht.

Der Recurve-Bogen

Versuche bekanntes Wissen anzuwenden

Bevor ich den Griff nach meinen Vorstellungen gestaltet habe, wollte ich zunächst das Original-Griffstück meines Bogens kopieren, um von dieser Basis ausgehend die Anpassungen vorzunehmen, die mir sinnvoll erschienen.

Aufgrund meines Maschinenbaustudiums an der Uni Siegen bin ich mit dem Umgang von CAD-Software vertraut und habe mich selbstbewusst an die Konstruktion begeben. Zwei Sachen haben mir jedoch unerwartet viele Probleme bereitet.

Zum Einen habe ich für die Konstruktion der vielen ineinander greifenden Verrundungen des Griffs sehr lange gebraucht. Diese Verrundungen sind mit Softwarelösungen aus dem Maschinenbau sehr schwierig nachzubilden, da man dort in der Regel definierte Geometrien hat. Dies hat mich einige Zeit gekostet, mich aber auch dazu gezwungen neue Funktionen und Möglichkeiten von CAD-Software zu lernen.

Der zweite Punkt, der mich einige Versuche im 3D-Druck gekostet hat, ist
die Messbarkeit der schwer zu definierenden Geometrien. Da das Griffstück nur eine sehr schmale, gerade Kante hat, war es sehr schwierig die Position der Bohrung, Schrägen und Radien zu vermessen. Für die Befestigung des Griffstücks am Bogen ist jedoch wichtig, dass die Geometrie des Griffstücks exakt der Geometrie der dafür vorgesehenen Aufnahme am Bogen entspricht. Da ich viele Maße nur grob schätzen konnte, musste ich mich durch Ausprobieren Schritt für Schritt an die richtige Geometrie herantasten.

Während dieses Ausprobierens habe ich sehr viel durch die Mitarbeiter und Maker im Fab Lab über 3D-Druck lernen können. Sie halfen mir vor allem die idealen Einstellungen des Slicers für mein Bauteil und den richtigen Werkstoff zu finden. Außerdem wird im Fab Lab mit verschiedenen CAD Programmen gearbeitet, die alle ihre Stärken für unterschiedliche Problemstellungen haben.

Prototypenbau

Nach vier Versuchen hatte ich das Original-Griffstück meines Bogens ausreichend gut kopiert und habe mit Versuchen gestartet, die Griffgeometrie an meine Hand anzupassen. Dabei habe ich insgesamt fünf verschiedene Versionen ausprobiert.

Zum Einen habe ich Änderungen vorgenommen, die mir selbst logisch erschienen, um bestimmte Bereiche der Hand zu stabilisieren, damit ein Hin- und Herrutschen der Hand verhindert wird. Zum anderen habe ich dies mit Geometrien der Griffstücke unterschiedlicher Hersteller kombiniert, um so zu meinem individuellen und optimalen Griff zu kommen.

Aktuell habe ich auf meinem Bogen eine Version des Griffstücks montiert, bei der ich einige störende Kanten des Original-Griffs verrundet habe und durch eine Winkeländerung der Auflagefläche das Hin-und Herrutschen minimiere.

Bogen mit montiertem Griffstück auf Halterung

Zufrieden, aber da geht doch sicher noch mehr?!

Mein Ziel, ein besseres Griffstück zu erhalten als das Alte, habe ich auf jeden Fall erreicht. Ob ich schon die Ideallösung gefunden habe, weiß ich nicht, da es noch einige Geometrien gibt, die ich ausprobieren könnte.

In der Zwischenzeit habe ich die aktuellste Version des Griffstücks bei Thingiverse hochgeladen und hoffe darauf, einmal einem Bogenschützen über den Weg zu laufen, der ebenfalls mein Griffstück benutzt. Insgesamt muss ich sagen, dass ich durch den Austausch im Fab Lab Ideen und Tipps bekommen habe, auf die ich alleine nie gekommen wäre.

Griffstück, montiert auf Bogen

Copyright Fotos: Philipp Dasbach

Zeit.Raum – Siegen erlebbar machen

Das interdisziplinäre Forschungsprojekt ZEIT.RAUM Siegen wird in enger Zusammenarbeit mit BürgerInnen durchgeführt und zielt darauf ab, die Stadt Siegen in ihrem Raum und ihrer Geschichte mit innovativer Technik gemeinschaftlich erleb- und begreifbar zu machen. ZEIT.RAUM soll die Zusammenarbeit und den Austausch von allen Interessierten – von WissenschaftlerInnen, Studierenden bis hin zu SchülerInnen und Hobby-HistorikerInnen – über die Geschichte, Gegenwart und Zukunft der Stadt ermöglichen. So werden neue Formen der Wissensgenerierung und -vermittlung eröffnet.

Das Projekt besteht aus zwei miteinander verknüpften Bestandteilen: Einem anfassbaren Stadtmodell in Tischgröße zur Interaktion, das mit Hilfe verschiedener digitaler Fabrikationsverfahren hergestellt und im Siegerlandmuseum ausgestellt wird. Durch verbaute Sensoren wird eine interaktiv erfahrbare Auseinandersetzung mit der Stadt und ihrer Geschichte ermöglicht, die auch individuelle Erinnerungen anregt. Zweites zentrales Element des Projektes ist das Stadtwiki, eine gemeinschaftliche, digitale Plattform zur Siegener Stadtgeschichte, die von und für BürgerInnen entwickelt wird. Neben der Sammlung von Informationen dient sie auch als Forum, um über die Bedeutung der gesammelten Daten zu diskutieren. Es werden Erinnerungsorte identifiziert, aufbereitet und reflektiert. Alle Bestandteile des Projektes sollen so gestaltet werden, so dass sie für alle Interessierten gut zugänglich, verständlich und leicht bedienbar sind.

Einer der ersten Probedrucke für das interaktive Stadtmodell

Die Rolle des Fab Labs

Auch wir vom Fab Lab sind auf mehreren Ebenen an dem Projekt beteiligt, insbesondere an der Erstellung des interaktiven Stadtmodells. Als Datenbasis dafür dient das bereits bestehende, virtuelle 3D-Modell der Stadt Siegen, das von Prof. Jarosch erstellt wurde. Die Topografie wird im Lab aus einer großen Platte gefräst. Welches Material sich dafür am Besten eignet wird aktuell getestet. Die darauf installierte originalgetreue Bebauung der Stadt hingegen wird mit den 3D-Druckern im Fab Lab gedruckt. Auch die später im Stadtmodell zu verbauende, möglichst nutzerfreundliche Sensorik wird bei uns im Lab entwickelt. In das Projekt sind auch mehrere Studierende involviert, die im Rahmen von Qualifikationsarbeiten an einzelnen Bestandteilen des Projektes arbeiten.

Papierprototyp für das Interaktionskonzept des Stadtmodells

Aktuelle Entwicklungen

Aktuell arbeiten Studierende an der Gestaltung des Interaktionskonzeptes und haben dafür unter anderem einen Papierprototypen des Stadtmodells erstellt. Ebenso konnten bereits erste Protoypen für das Stadtmodell erfolgreich gedruckt und die Sensorik ausführlich getestet werden. Um später die Sensorik direkt in das Stadtmodell verbauen zu können, wird das Modell mit leitfähigem Filament gedruckt. Im Rahmen dieser ersten technischen Arbeiten wurde auch ein EntwicklerInnenboard (siehe Titelbild) erstellt, auf dem Folgendes verbaut wurde: Arduino-Leonardo, Raspberry Pi 2, CAP1188-Breakout, 3D-gedruckter Touchsensor und 3D-gedruckte Matrix.

Test der Sensorik, die in dem Stadtmodell verbaut werden soll

Während eines unser letzten Projekttreffen wurde bereits ein erstes Modell der Nikolaikirche – das wohl bekannteste Wahrzeichen der Stadt Siegen – gedruckt. Ganze drei Stunden benötigte unser Ultimaker für das Modell im Maßstab 1:9000.
Hier seht ihr das Ergebnis:

Zeit.Raum Siegen - 3D-Druck Nikolaikirche

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Weitere Projektpartner

Neben dem Fab Lab sind zudem seitens der Universität Siegen der Lehrstuhl für Didaktik der Geschichte unter Leitung von Prof. Dr. Bärbel Kuhn, der Lehrstuhl für Praktische Geodäsie und Geoinformation unter Leitung von Prof. Dr. Monika Jarosch und der Lehrstuhl für Computerunterstützte Gruppenarbeit, Leitung Prof. Dr. Volkmar Pipek involviert. Die Realisierung wurde möglich durch die Unterstützung der Universität sowie der Freunde und Förderer des Siegerlandmuseums, die in dem Projekt eine Investion in die Zukunft des Siegerlandmuseums sehen. Das Siegerlandmuseum soll durch ZEIT.RAUM in seiner Rolle für kooperative und inklusive historische Arbeit in der und mit der Region gestärkt werden.

Über weitere Entwicklungen des Projektes im und rund um das Lab halten wir euch natürlich auf dem Laufenden.