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DIY Personal Fabrication Mechanik Juergen Eckert – Informatik 7.

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

1 DIY Personal Fabrication Mechanik Juergen Eckert – Informatik 7

2 Letztes mal bei DIY CAM → CNC – G-Code (uralte Lochstrafen Sprache) Foto: Wikipedia 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)

3 Steuerbefehle einlesen Geometriedaten verarbeiten (Koordinatentransformation) Bahnplanung (Geschwindigkeitsführung) Bahnplanung (Geschwindigkeitsführung) Interpolation (Zwischenpunkte berechnen) Interpolation (Zwischenpunkte berechnen) Antrieb / Extruder Synchrone Aktionen Antrieb / Extruder Synchrone Aktionen Zeitunkritisch FIFO-Puffer Zeitkritisch Timer Interrupts 1ms 100us Bild nach: Weck: Werkzeugmaschinen Band 4, Springer-Verlag 2006 CNC-Steuerung (1/2) G-Code

4 CNC-Steuerung (2/2) Controller Board – Mikrocontroller 8bit: Wenig RAM, Seriell (USB, langsam), SD-Karte 32bit: Netzwerk Interface, USB (native, schnell) – Günstig – Marlin, Grbl Embedded System – „All-In-One“ – Teuer – LinuxCNC = Linux + RTAI Bild:http://www.electronicsam.com

5 Steuerbefehle Einlesen Embedded System: Dateisystemzugriff Controller Board „3Drag“ (8bit): – USB-Seriell 250kBaud ( ∼ 24kB/s) Zwischenspeicher: nur wenige Befehle – SD-Karte Kompletter G-Code (PC unabhängig) Upload – USB-Seriell (sehr langsam, stunden...) – Kartenleser (umständlich) Foto: 3Drag Schnellere Interfaces bei teureren (32bit) Boards

6 Geometriedaten Verarbeitung G-Code: Pfad der Werkzeugspitze (≠ Achsen der Maschine) Koordinatentransformation und Skalierung WikipediaThingiverse XYZ Delta

7 Bahnplanung (1/4) Prämisse: Minimale Druckzeit 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

8 Bahnplanung (2/4) Wann wird welche Geschwindigkeit erreicht? Geschwindigkeit ↭ Kinetische Energie Weg, Beschleunigung ↭ Motorleistung (begrenzt) m: Bewegt Masse (const) F: Maximale Stellkraft (const, vereinfacht) v: Geschwindigkeit s: Strecke -- Stark vereinfacht --

9 Bahnplanung (3/4) Beschleunigungsrampe: Geschwindigkeit linear anpassen Problem: Ruck (mechanische Schwingung) Bild: Weck: Werkzeugmaschinen Band 4, Springer-Verlag 2006

10 Bahnplanung (4/4) s: Strecke v: Geschwindigkeit = s‘ a: Beschleunigung = s‘‘ r: Ruck = s‘‘‘ Bild: Weck: Werkzeugmaschinen Band 4, Springer-Verlag 2006

11 Bahnplanung: Look Ahead „Vorausschauendes Fahren“ Nicht an jedem Punkt komplett stoppen Verrunden der Ecken (erlaubte Toleranz) Schneller G64 G61: (Punkt zu Punkt)

12 Interpolation / Antrieb Schrittmotor / Servo – Ansteuerung (Pulse) – Vor- und Nachteile Später im Elektronik-Kapitel

13 Subtraktive Fertigungsverfahren CNC seit 1960 Fräse (im FabLab) – 585x350x180mm Drehen (im FabLab) – Durchmesser 100mm Material: bis Stahl Schwierigkeit: hoch Foto: FabLab

14 Zerspanung Material wird durch härteres abgetragen (komplex; Material plastisch verformt) Material bildet Späne aus Mit unbestimmter Schneide – Schleifen – Honen Mit geometrisch bestimmter Schneide – Drehen – Drechseln – Fräsen – Bohren Foto: KTM GmbH P. Hehenberger, Computerunterstützte Fertigung. Springer, 2011

15 Drehbank Hauptwerkzeug: Drehmeißel mit Wendeschneidplatte Vorschub und Zustellung (aus Datenblättern) – Zu niedrige Werte verhindern effektives Zerspanen – Zu hohe Werte kann die Maschine nicht bearbeiten Wendeschneideplatte

16 Fräse Fräser ist kreisrund → „Abrolllinie“ entlang Außenkontur Stumpfe Ecken (>180° Material) nicht möglich →Durchmesser beachten Foto: Wikipedia Schaftfräser mit Schruppverzahnung

17 Ausfräsen eines Sterns d

18 Einfräsen eines sternförmigen Lochs 3

19 Additive Fertigungsverfahren 1984: Charles W. Hull: Stereolithographie 1987: Carl Deckard, Joseph Beaman: Selektives Laser Sintern Material: bis Stahl – Im FabLab: PLA und ABS

20 Laminated Object Manufacturing (LOM) (1/2) 1.Folienvorrat 2.Beheizte Walze 3.Laserstrahl 4.Umlenksystem 5.Laser 6.Schicht 7.Arbeitsplattform 8.Abfall Foto: Wikipedia „Schneideverfahren“ mit „Schichtenverkleben“ Schichtdicke: eine bis mehrere Blatt Papier Adaptives Verfahren

21 Laminated Object Manufacturing (LOM) (2/2) Material: Folien aus Keramik, Kunststoff, Aluminium Vorteile Keine chemische Reaktion Wenig innere Spannungen Nachteile Mechanische Belastbarkeit variiert in Abhängigkeit von Baurichtung Dünne Wandstärken schwierig (<2mm) Restmaterial (idR) nicht wiederverwendbar

22 SLS / SLM (1/4) Generatives Verfahren Selektives Lasersintern (SLS) – Sintern: Pulvrige vermischte Stoffe werden durch Erwärmung miteinander verbunden. – Pulverkörner nur partiell aufgeschmolzen Selektives Laserschmelzen (SLM) – Pulver ohne Zusatz eines Binders wird vollständig aufgeschmolzen

23 SLS / SLM (2/4) Foto: Wikipedia

24 SLS / SLM (3/4) Foto: Wikipedia

25 SLS / SLM (4/4) Material: „was der Laser schmelzen kann“ Vorteile Restmaterial wiederverwendbar Keine Stützstrukturen notwendig Höchste mechanische Belastbarkeit Baumaterial günstig Nachteile Raue Oberfläche (granulares Pulver) Teilweise hoher Nachbearbeitungsaufwand Materialabhängig können giftige Gase entstehen Hoher Anschaffungspreis

26 Stereolithographie (SLA) (1/2) Generatives Verfahren Foto: Wikipedia

27 Stereolithographie (SLA) (2/2) Material: lichtaushärtender Kunststoff (Photopolymer) Vorteile Sehr genau (10μm) Sehr schnell Nachteile Nur photosensitive Materialien verwendbar Stützstrukturen notwendig Nachbelichtung notwendig Giftige Gase entstehen Bauteile brüchig und porös

28 Fused Deposition Modeling (FDM) (1/4) Additives Verfahren Schmelzschichtung Oder auch Fused Filament Fabrication (FFF) Plastic Jet Printing (PJP) Foto: Wikipedia

29 Fused Deposition Modeling (FDM) (2/4) Technologie erlaubt mehreren Materialien Idee: Stützstruktur aus weicherem Material oder auswaschbar Meist nur ein Material

30 Fused Deposition 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

31 Fused Deposition Modeling (FDM) Filament (4/4) Wärmezufuhr verformbare Kunststoffe (Thermoplaste) PLA – Polylactide, die auch Polymilchsäuren – Biologisch abbaubar – Verarbeitungstemperatur 190°C ABS – Acrylnitril-Butadien-Styrol – Verarbeitungstemperatur 220°C – Langlebiger und stabiler als PLA, Druck schwieriger NinjaFlex – Thermoplastische Elastomere (TPE)

32 Weitere Additive Verfahren 3D-Printing (3DP) Poly-Jet Modeling (MJM)...

33 Beispiel: Luft- und Raumfahrt Airbus A380 Teil Titan + DMLS (SLS mit 200Watt Laser) Technologie entwickelt von EOS in München Billiger Leichter Mehr Design Freiheit Foto: EADS

34 Beispiel: „Magic Arms“ Foto: Youtube Emma mit 2 Jahren

35 Weitere Beispiele Prototypen Entwicklung Medizintechnik – Organe – Zahnkronen – Prothesen Lebensmittel (Digitale Küche)...

36 Demo Time (Dos and Don‘ts) Wie drucken?

37 Demo Time (Dos and Don‘ts) CAM

38 Demo Time (Dos and Don‘ts) Am stabilsten Gut Schlecht Keine gute Idee

39 Demo Time (Dos and Don‘ts) Wenn überhängend drucken dann so

40 CAM Simulator

41

42 Stützstruktur

43 Nächstes mal bei DIY Elektronik


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