Personal Fabrication Dokumentation DIY Personal Fabrication Dokumentation Juergen Eckert – Informatik 7

Agenda Taxonomie Fertigung Top-Down im Detail

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

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

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

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

Technologie und Anwendung Idee Design CAM Maschine Anforderungen Technologie Eigenschaften

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

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, ...

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 z y x

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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, ...

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

STL File Format ASCII oder Binär N x Dreiecke solid name facet normal n1 n2 n3 outer loop vertex p1x p1y p1z vertex p2x p2y p2z vertex p3x p3y p3z endloop endfacet endsolid name N x Dreiecke

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

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)

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

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

Beispielprogramm: Schlitz fräsen (leicht vereinfacht) Code Erklärung % 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 N08 M02 Spindel aus N09 M30 Programmende und Zurückspulen Befehl G01 bleibt bestehen (Lochstreifen sparen!)

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