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DIY Personal Fabrication Dokumentation Juergen Eckert – Informatik 7.

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Präsentation zum Thema: "DIY Personal Fabrication Dokumentation Juergen Eckert – Informatik 7."—  Präsentation transkript:

1 DIY Personal Fabrication Dokumentation Juergen Eckert – Informatik 7

2 Agenda Taxonomie Fertigung Top-Down im Detail

3 DIN8580 1/2 (Klassisch, Stand 2003/09) 1.Urformen (Zusammenhalt schaffen) – Aus formlosem Stoff ein Werkstück hergestellt wird – Bsp: Polymer- oder Matelschmelze, 3D Druck 2.Umformen (Zusammenhalt beibehalten) – Aus festen Rohteilen Werstück durch bleibende Formänderung erzeugen – Bsp: Schmieden, Walzen, Biegen 3.Trennen (Zusammenhalt vermindern) – Aufhebung des Werkstoffzusammenhalts an der Bearbeitungsstelle – Bsp: Sägen, Feilen, Schneidendeverfahren

4 DIN8580 2/2 (Klassisch, Stand 2003/09) 4.Fügen (Zusammenhalt vermehren) – Langfristige Verbinden oder sonstige Zusammenbringen mehrerer Werkstücke – Bsp: Verschrauben, Kleben, Löten, Nieten 5.Beschichten (Zusammenhalt vermehren) – Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff an ein Werkstück – Bsp: Lackieren, Galvanisieren, Pulverbeschichten 6.Stoffeigenschaften ändern – Verändern der Eigenschaften des Werkstoffes – Bsp: Härten, Glühen

5 Geometrieerzeugung nach Burns Subtraktive Fertigungsverfahren – Abtragen definierter Bereiche – Bsp. Drehen, Fräsen Additive Fertigungsverfahren – Aneinanderfügen von Volumenelementen – Aus einzelnen Schichten zusammengefügt → Schichtbauverfahren Formative Fertigungsverfahren – Geometrieerzeugung durch Umformung eines gegebenen Volumens

6 Burns verfeinert Additive Fertigung: Geometrie ändert sich, Werkstoff verändert seine Eigenschaften nicht. Generative Fertigung: Geometrie und Werkstoffeigenschaften verändern sich simultan im bei der Herstellung Praxis: beide Begriffspaare synonym verwendet

7 Technologie und Anwendung Anwendung: 1. Idee 2. Design 3. CAM 4. Maschine Technologie Anforderungen Eigenschaften

8 Fertigung Top-Down Idee CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Machining CNC Computerized Numerical Control Maschine Werk- stück Werk- stück Zeichnung Steuerbefehle Antrieb

9 CAD (Heute 3D) Zuerst Skizze mit Abmessungen Design Schritt für Schritt (iterativ) Virtuelles Model eines 3D Objektes Volumenmodell → Körper-Modell, durch zusätzliche physikalische Eigenschaften – Dichte, Elastizität, Bruchfestigkeit,... Geometrische und physikalische Eigenschaften simulieren – Belastbarkeit, Gewicht,...

10 3D Modell: Zellenmodell Bekannt aus 1D: Punkte Voxel = Volumen + Pixel (oder Trixels) Objekt definiert sich aus Anzahl von Voxel Voxel untereinander keinen Zusammenhang Bsp: 3D Scan, wie CT in der Medizintechnik x y z

11 3D Modell: Flächenmodell Bekannt aus 2D: Linien 2D Konturen / Flächen werden rotiert und extrudiert Keine Informationen bzgl. innen und außen Volumen?? Bild: Wikipedia

12 3D Modell: Kantenmodell Bekannt aus 2D: Linien Objekt durch Kanten repräsentiert Geometrisch unvollständig Keine Flächen und Volumenoperationen möglich

13 3D Modell: Volumenmodell Togologisch geschlossene Flächenverbände Standardkörper + boolsche Operationen Geometrische und Physikalische Informationen erfassbar

14 3D CAD Programme Blender Openscad – 3D Interpreter von Script Dateien FreeCAD – Interaktiver Modeller – WYSIWYG PTC Creo, NX, SketchUp... Tutorial in der Übung

15 Konstruktive Festkörpergeometrie CSG (Constructive Solid Geometry) 3D Modell = Basisobjekte (Primitive) + Boolsche Operationen – Würfel, Kugel, Zylinder,... – Vereinigung ( ∪ ), Difference (-), Schnitt (∩) Operationen nicht kommutativ → hierarchisch ordnen und in Baumstruktur überführen – Blatt=Primitiv, Knoten=Operation, Ergebnis=Wurzel

16 Beispiel mit OpenSCAD K = ((c1 ∪ c2) – z1) – z2 K = (c1 – z1) ∪ (c2 – z2) c1 c2 z1 z2

17 Von 2D nach 3D 1.2D Sketch ( = Grundriss) erstellen 2.3D Extrude (aufpolstern)

18 Beispiel FreeCAD 1/2 2D Sketch (5x15mm) rotiert um Z-Achse im Abstand 20mm

19 Beispiel FreeCAD 2/2 2D Sketch (Ring mit 25mm ∅ ) extrudiert in Z- Achse um 30mm

20 Schnittstelle: CAD → CAM ∃ viele verschiedene Abspeicherungsarten STL (Surface Tesselation Language) (Quasi-) Standard vieler CAD-Programme Geschichte: Stereolithografie-Schnittstelle Stereolithografie-Anlagen (SLA) erste kommerziell verfügbaren Anlagen Veröffentlicht: 1989 Schlechte Nachbearbeitung, Keine Farben,...

21 Surface Tesselation Language (STL) Beschreibung der Oberfläche von 3D-Körpern mittels Dreiecksfacetten 3 Eckpunkte und 1 Flächennormale (zeigt vom Volumen weg) V1 V2 V3 N

22 STL File Format ASCII oder Binär solid name facet normal n 1 n 2 n 3 outer loop vertex p1 x p1 y p1 z vertex p2 x p2 y p2 z vertex p3 x p3 y p3 z endloop endfacet endsolid name N x Dreiecke

23 Computer-Aided Manufacturing (CAM) CAM-Kern CAD-Daten Weitere Angaben -Maschineneigenschaften -Materialeigenschaften Werkzeug- bewegung Postprozessor Simulation Maschinen- befehle Vorschau

24 Zusatzinformationen CAD-Zeichnung ist noch keine eindeutige Beschreibung der Fertigung! Konstruktion an Fertigung anpassen (Stützstrukturen, Stege) Festlegen der Bearbeitungsgänge (Features) – Welcher Teil der Zeichnung? – Wie bearbeiten? z.B. Innen/Außen fräsen – Welches Werkzeug? – Parameter wie Drehzahl, Vorschub, Temperatur,... – bei 2D-CAD für 3D-Werkstück: Tiefenangabe Teilweise „automatische“ Verarbeitung möglich (Profil)

25 CAM Slic3r Objekt wird in Schichten (Slice) geschnitten STL (und andere) sind Einheiten los → Annahme: mm Profilsammlung für – Maschinen – Materialien Output: G-Code Foto: skinshift.com Alternativen z.B. Fräsen: VCarve (2D)

26 CAM → CNC Steuerbefehle: G-Code genormt (DIN 66025) + „Dialekt“ 1950er (Lochstreifen-Zeitalter) Klartext (ASCII) zeilenweise Ausführung fast alle Anweisungen modal, d.h. solange gültig bis man sie überschreibt Foto: Wikipedia

27 Beispielprogramm: Schlitz fräsen (leicht vereinfacht) CodeErklärung % Beispielprogramm Programmname N01 M06 T3 Wechsle auf Werkzeug 3 N02 M03 S1500 Frässpindel anschalten, 1500 U/min, Rechtslauf N03 G00 Z40 Fahre im Eilgang nach Z=40 mm N04 G00 X100 Y100 Fahre im Eilgang nach X=100 mm, Y=100 mm N05 G01 F20 Z17.5 Fahre Gerade mit 20 mm/s nach Z=17,5 mm N06 X75 Fahre Gerade mit 20 mm/s nach X=75 mm N07 G00 Z40 Fahre im Eilgang nach Z=40 mm N08 M02 Spindel aus N09 M30 Programmende und Zurückspulen Befehl G01 bleibt bestehen (Lochstreifen sparen!)

28 Nächstes mal bei DIY 3D Druck Fräsen und Drehen Inklusive „Dos and Don‘ts“ – Schluss mit Theorie, wir drucken! Mechanik eines 3D Druckers – Lager – Antrieb


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