Wanhao Duplicator 7: 3D-Druck mit Licht

In der Bastelkammer kommen in der Mehrheit die sehr verbreiteten FDM-Drucker zum Einsatz, bei denen ein Kunststofffilament aufgeschmolzen wird. Doch zuweilen reicht deren Detailierungsgrad von Teilen nicht aus. Entsprechende Druckverfahren, die eine höhere Detailierung und feinere Teile ermöglichen, waren bis vor einiger Zeit nur bei professionellen Druckservice-Anbietern im Einsatz. Doch mittlerweile gibt es für ambitionierte Privatanwender einen vielversprechenden 3D-Drucker mit einem guten Preis-Leistungsverhältnis. Mit dem Wanhao Duplicator 7-Drucker entstehen die Teile aus flüssigem Kunstharz.

 

Der Wanhao Duplicator 7 (D7) arbeitet nach dem Stereolithografie-3D-Druck-Verfahren. Es kann im Gegensatz zu FDM-Verfahren mit einer sehr feinen Auflösung und für das bloße Auge kaum sichtbaren Layer-Stufen die Limitierungen des FDM-Verfahrens umschiffen. Das Ergebnis sind dann Druckobjekte mit ebener Oberfläche, die zudem auch noch sehr klein bzw. filigran sein können. Ideal für die Erstellung von Urmodellen die abgegossen werden sollen oder sichtbaren Teilen, die direkt am Modell zum Einsatz kommen.

Blick auf den D7 mit der oben hängend montierten Druckplatte und der Warmwanne (unten) die auf dem LCD-Screen mit zwei Handmuttern befestigt wird.

Der Wanhao Duplicator 7 mit aufgesetztem Lichtschutz.

Das zentrales Element des Druckers ist sein 5,5 Zoll LCD-Display, welches im Stahlblechgehäuse zusammen mit dem Controllerboard, Schrittmotor für die Z-Achse und Netzteil verbaut ist. Auf das Display wird eine Harzwanne montiert, deren Unterseite mit einer teflonbeschichteten FEP-Klarsichtfolie abgeschlossen ist. Die Druckplatte hängt kopfüber an dem Befestigungsarm, welcher mittels Schrittmotor durch eine Gewindestange hoch- und runterbewegt wird. Damit wird schon klar, dass die Druckobjekte kopfüber entstehen, denn die Druckplatte taucht beim Druck in die mit UV-empfindlichen Harz gefüllte Harzwanne von oben kommend ein und wandert dann bei fortschreitendem Druck Schicht für Schicht wieder hoch. Der unter der Harzwanne befindliche LCD-Screen belichtet das Resin und es härtet an der entsprechenden Stelle den jeweiligen Layer aus.

Um das lichtempfindliche Harz während des Drucks vom Umgebungslicht abzuschirmen, wird ein großer schwarzer Stahlblech-Lichtschutzdeckel während des Drucks auf den Drucker aufgesetzt.

Die Druckdaten und Layer-Bildinformationen werden über einen notwendigen externen Rechner via USB- und HDMI-Port an den Drucker übermittelt. Dieses Setting macht deutlich, dass ein Computer jeweils einen USB- und HDMI-Ausgang benötigt und permanent an den Drucker angeschlossen sein muss, um drucken zu können.

Findigen Tüftlern war aber genau dieses Computer-Drucker-Setting des Wanhao D7, welches eben keinen Stand-alone-Betrieb ermöglicht, ein Dorn im Auge. Denn wer möchte schon seinen Computer über Stunden an den Drucker binden, solange dieser druckt. Und was machen Modellbauer wie ich, die zwar einen Rechner dafür entbehren könnten, aber der Laptop blöderweise nicht über einen HDMI-Port verfügt.

Glücklicherweise gib es eine sehr einfache und verhältnismäßig kostengünstige Lösung, um den Wanhao D7 Stand-alone-fähig zu machen, sie heißt NanoDLP. Dabei handelt es sich um eine kostenlose Host- und Controll-Software, die auf einen Raspberry PI mit WLAN installiert wird und sich über den Webbrowser von jedem Rechner mit WLAN-Anbindung im heimischen Netz nutzen lässt. NanoDLP ist für DLP-Drucker was Octoprint für FDM-Drucker ist. Aus den o.g. Gründen betreibe ich den D7 mit NanoDLP. Wie NanoDLP konfiguriert wird ist hier wirklich gut erläutert.

Der D7 wird über einen RPi 3 (rechts im Bild) mit NanoDLP im Stand-alone-Betrieb genutzt.

Vor und nach jedem Druck ist eine obligatorische Reinigung von Harzwanne und Druckplatte mit Spiritus oder Isopropanol notwendig, um Staub, Schmutz oder Harz-Rückstände zu entfernen.

Um mein Welrod MKII-Modellbauprojekt voranzutreiben, habe ich mir als Druckobjekt ein konstruiertes Welrod-Kleinteil (Fanghebel) ausgewählt, welches ich später evtl. als Zink-Gußteil herstellen möchte. Für diesen Herstellungsprozess wird zunächst ein genaues Ur-Modell gebraucht – genau dafür ist das Druckverfahren des D7 prädestiniert.

Da beim diesem Druckverfahren durch die Bewegungen der Druckplattform in dem zähflüssigen Resin enorme Kräfte am Bauteil entstehen, ist die richtige Bauteilausrichtung und das Anlegen einer zuverlässigen und richtig positionierten Support-Struktur für den Druckerfolg entscheidend. In diesem Artikel ist das sehr gut erläutert.

Ich nutze für das Ausrichten des Modells und das Anlegen des Supports die kostenlose Software B9C .

Die Bauteilausrichtung und der Support wird in der B9C-Software vorgenommen.

Nach den Vorbereiteten Arbeiten in B9C erstellte ich in NanoDLP eine Plate, füllte die Harzwanne des Druckers mit Wanhao Resin Orange und startet den Druck mit einer Layerhöhe von 35 Mü (35 Micron).

NanoDLP: Positionieren des STL-Files auf der Druckplatte.

Einfüllen des Resins in die Harzwanne.

Nach gut 2,5 Stunden war das kleine Teil fertig und sah im Verlgeich zu einem Teil, welches ich mit einem FDM-Drucker aus ABS hergestellt habe, wirklich erheblich sauberer und präziser aus.

Das gedruckte Bauteil sitzt sicher auf der Druckplatte. Nach dem Druck wird das Teil in Isopropanol gereinigt, bevor es unter UV-Licht ausgehärtet wird.

Frisch gedruckt. Das Bauteil nach der Reinigung. Nun wird die Supportstruktur entfernt und das Teil anschließend ausgehärtet. Zu beachten: Die glatte Bauteil-Oberfläche.

Ohne sichtbare Layerstruktur: 35 Mü sind mit dem Auge nicht zu erkennen…

 

Im Vergleich: FDM-Druck (oben)  und STL-Ausdruck mit dem Wanhao D7 unten. Die Druckqualität des D7 überzeugt wirklich.

Nun werde ich zum aushärten von Resin-Druckteilen eine einfache Härtekammer bauen, in der ich eine 25W UV-Lampe nutzen werde.

Soweit aus der Bastelkammer

Horrido und stay tuned.

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Modellbau: Welrod MK II Nachbau

Technischer Modellbau ist eine meiner ganz großen Bastel-Leidenschaften. Angefangen von der Konstruktion über den Prototypenbau, der Optimierung bis hin zur Fertigung mittels unterschiedlicher Technologien macht diese Art des Modellbaus für mich spannend – besonders wenn es um den Nachbau von historischen Gerätschaften geht. Denn dann lernt man im Rahmen der nötigen Recherchen nicht nur etwas über die technische Seite von Dingen, sondern auch über die Zeit-Geschichte.

Schon seit meiner Kindheit sind die technischen Details und unterschiedlichen Konzepte von Handfeuerwaffen ein Feld, welches mich wegen seiner Diversität fesselt. Ob nun frühe Steinschloss-Gewehre, hoch anspruchsvolle und mit unter komplizierte Pistolenkonstruktionen bis hin zu Verschlusstechnologien die über das vergangene halbe Jahrhundert immer weiter verfeinert wurden – alles technische Finessen, die man entdecken kann. Dabei ist es als Modellbauer natürlich spannend auszuprobieren, ob sich diese feinmechanischen Konstruktionen nicht mit eignen Mitteln nachbauen lassen – natürlich unter strikter Einhaltung der Gesetze. Wenn man über den heimischen Tellerrand schaut, so bin ich mit diesem Hobby nicht alleine. Besonders in Japan gibt es eine größere Modellbau-Szene, die genau dies macht. In heimischen Werkstätten entstehen sogenannte Modelguns  – als nicht schussfähige Abbilder echter Waffen. Die Modellbauer setzen dabei von Pappe über Kunststoffe bis hin zu Aluminium und Messing eine ganze Bandbreite unterschiedlicher Materialien ein – die aber eines gemeinsam haben: Sie sind ungeeignet für den Bau von schussfähigen Waffen.

Vor einigen Jahren habe ich ebenfalls begonnen, mit kleineren Projekten vorbildgetreue Abbilder zu bauen. Mein STGW 42 Projekt mit unterschiedlichen Griffstücken habe ich hier ausführlich dokumentiert.

Seit dem ist viel Zeit ins Land gegangen. Über die vergangenen Monate ist bei mir dann die Idee gereift, einmal einen kompletten Nachbau anzugehen. Grundüberlegung war es, so viele Teile wie möglich zunächst als Druckobjekte herzustellen – um sowohl die Funktion als auch die Verwendbarkeit für ein Modell aus Aluminium und Messing zu prüfen.

Als Nachbau-Objekt wollte ich zunächst klein anfangen. Also entschied ich mich für ein Pistolen-Modell. Aber in Natura gibt es so viele Vorbilder. Aus meiner Sicht musste es also es etwas werden, was noch nicht so geläufig ist, um auch für spätere Betrachter interessant zu sein. Nach vielen Recherchen entschied ich mich für den Nachbau einer Welrod MK II Pistole. Das Ausschlaggebende war, dass sie wenig bekannt ist und von der Mechanik einige interessante Aspekte aufweist.

 

Es geht los

Nach einigen langen Abenden war klar, dass es zu der Pistole kaum technische Dokumentationen im Internet gibt. Dennoch konnte ich eine brauchbare Schnittzeichnung im Internet ausfindig machen. Solche eine Zeichnung war für mich eine gute Grundlage, um mit der CAD-Konstruktion der einzelnen Bauteile zu beginnen. Mehrere Wochen dauerte es, bis ich alle Teile am Rechner konstruiert hatte. Die virtuelle Montage der Einzelteile half, Maßunterschiede und Konstruktionsfehler beim Nachkonstruieren zu beheben.

Dann ging es an den Druck. Wieder brauchte es mehrere Wochen, um mit meinen beiden Druckern die einzelnen Modell-Teile aus PLA und ABS zu produzieren. Nach dem Druck wurde gefeilt und gebohrt, um die Druckteile zueinander passend zu bekommen, denn alle Teile waren nur mit geringen Toleranzen konstruiert. Die nötigen Toleranzen wollte ich in einem zweiten Schritt aus dem erstellten Prototypen-Modell ableiten, um dann die CAD-Konstruktion anzupassen und hinterher Pläne zu erstellen, damit ich die Teile aus Alu und Messing herstellen kann.

 

Hier mal ein Einblick in den derzeitigen Stand des Projekts:

 

Virtuell montiert: Das selbst konstruierte CAD-Modell.

Blick in das Innere: Dank CAD kann die Konstruktion virtuell geprüft werden.

Drehstück aus PLA.

Auch das Gehäuse ist aus PLA entstanden.

Der Auszieher ist aus PLA gedruckt.

Das Raststück ist aus ABS gedruckt.

Der Bolzen ist aus ABS gedruckt.

Bolzen und Halterast…

Die Abzuspalten aus ABS auf de Druckbett.

Stehend gedruckt: Der ABS-Verschluss.

Seitenansicht des aus ABS gedruckten Verschluss.

Verschluss von unten.

Das teilzerlegte Modell…

Voll zerlegte Modelgun aus Druckteilen (es fehlen noch einige Teile). Lediglich das Blech-Magazin ist aus einer alten japanischen Modelgun.

Draufsicht auf das montierte Modell von oben. Der Verschluss ist geschlossen.

Blick auf den Verschluss. Der gedruckte Auszieher und Bolzenkopf sind gut erkennen.

Der Verschluss ist offen. Zu erkennen ist die aus ABS gedruckte Dummy-Round.

 

Derzeit fehlen mir noch einige wenige Teile (Dämpferteilt, Abzug). Diese werde ich noch drucken. 

An dieser Stelle berichte ich dann hoffentlich bald wieder.

 

Horrido und stay tuned.

Zusch. MKb42(H): Holzgriffschalen sind gefräst

Gestern habe ich etwas Zeit gefunden, um die beiden Griffschalen, der original Maschinenkarabiner hat ebenfalls Holzgriffschalen, aus Holz zu fräsen.

Entgegen meiner letzten Idee, die Griffschalen als 3D-Objekt zu fräsen, habe ich die Konturen im 2,5D-Fräsverfahren abgearbeitet – erst die Absatzkontur, dann die Flächenhöhe und letztlich die Aussenkontur.

Lange Rede, kurzer Sinn – hier mal einige Bilder aus der Bastelkammer:

CNC-Fräsen der rechten Griffschale

CNC-Fräsen der rechten Griffschale

Rechte Griffschale ist fertig gefräst.

Rechte Griffschale ist fertig gefräst.

Fräsbahnen-Anzeige (Bahnen werden in rot angezeigt) im Fräsmaschinensteuerprogramm LinuxCNC.

Fräsbahnen-Anzeige (Bahnen werden in rot angezeigt) im Fräsmaschinensteuerprogramm LinuxCNC.

Die gefrästen Holzgriffschalen, die links zu sehende Griffschale muss noch vom Restmaterial befreit werden.

Die gefrästen Holzgriffschalen, die links zu sehende Griffschale muss noch vom Restmaterial befreit werden.

Beide Holzgriffschalen sind in den Aussenkonturen fertig. Nun werden die Kanten noch verrundet (R3) und die Rillen per Handsäge eingebracht.

Beide Holzgriffschalen sind in den Aussenkonturen fertig. Nun werden die Kanten noch verrundet (R3) und die Rillen per Handsäge eingebracht.

So, nun ist aber Wochenende…;-)

Horrido und stay tuned

Zusch. MKb42(H): Ein kleiner Schritt weiter

In den vergangenen Tagen habe ich mit dem Griff weiter gemacht.

Zunächst hatte ich versucht, im 2.5D-Verfahren in Estlcam den G-Code aus den DXF-Dateien abzuleiten. Leider hat das so wie ich mir das vorgestellt hatte nicht funktioniert. Daraufhin habe ich einen weiteren Versuch unternommen, in dem ich STL-Daten aus den CAD-Daten erstellte und dies STL’s dann in Estlcam importierte. Leider musste ich in der Vorbereitung dazu die rechte Griffschale neu konsturieren…

3D-CASD der Griffschale (rechts) für die zuschießende Griffvariante.

3D-CAD -Modell der Griffschale (rechts) für die zuschießende Griffvariante.

 

In Estlcam hat das Erzeugen des G-Codes problemlos funktioniert, nur bin ich mir über einige Grundparameter nicht sicher. So konnte ich den Nullpunkt nicht verschieben, das Bauteil nicht frei im Fräsraum ausrichten und auch bei der Rohmaterialgeometrie konnte ich keine Angaben machen. Daher werde ich den erzeugten G-Code nun einmal am Rechner genauestens testen/simulieren. Zur Sicherheit habe ich dem Autor von Estlcam mal einige Fragen zum Vorgehen in der Software bei 3D-Vorhaben angefragt – Antwort steht leider noch aus.

 

Daher habe ich heute mit den am Griffstück angedeuteten Bolzenenden und dem Feuerwahlschieber weiter gemacht. Dazu habe ich aus 1mm-Polystsrol entsprechende Teile gefräst und diese dann in die im Griffstück ausgefrästen 0,5mm tiefen „Taschen“ eingeklebt. Hier mal zwei Bilder zur Verdeutlichung:

Bolzen-Mockups aus 1mm Polystyrol gefräst

Bolzen-Mockups aus 1mm Polystyrol gefräst

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So, für heute wars das…

Horrido und stayed tuned.

Zusch. MKb42(H): Weiter geht es an dem Urmodell des Griffstücks

Gestern und heute habe ich an dem Griffstück mal etwas weitergearbeitet – sowohl in der Bastelkammer als auch am Rechner.

Um das Mockup-Modell der Griffbaugruppe später auch im Gehäuse sicher fixieren zu können, musste ich eine Aufnahme aus Blech anfertigen, die den Griff am Schaft und Gehäuse aufnehmen kann.

Hier mal einige Bilder dazu:

Al-Blech im Rohschnitt für Mock-Up-Griffstück

Al-Blech im Rohschnitt für Mock-Up-Griffstück

Blech für die hintere Griffaufnahme ist gekantet und am Griffstück befestigt.

Blech für die hintere Griffaufnahme ist gekantet und am Griffstück befestigt.

Griffbaugruppe ist zur Probe montiert.

Griffbaugruppe ist zur Probe montiert.

Auf der linken Seite muss die das Griff-Mockup vorne nachbearbeitet werden.

Auf der linken Seite muss die das Griff-Mockup vorne nachbearbeitet werden.

Im nächsten Schritt werde ich das Blechteil mit dem Ur-Modell verkleben, die äussere Form mittels Spachtelmasse dem Original anpassen und die Passfähigkeit im vorderen linken Griffbereich dem AGM-Gehäuse anpassen.

 

Heute habe ich mich am Rechner noch um die Griffschalen gekümmert – so sind am Rechner die linke und rechte Griffschale als 3D-Modell entstanden. Die zur Erstellung des G-Code notwendigen DXF-2D-Zeichnungen habe ich gleich abgeleitet.

Morgen mache ich dann das CNC-Programm, vorher werde ich aber beide DXF-Dateien mittels Draftsight zu einer Zeichnung zusammenfassen, um anschließen eine einzige G-Code-Datei mittels Estlcam erzeugen zu können.

Hier mal die Griffschalen, die am Rechner entstanden sind:

Griffschale, links ist konstruiert. Die Riffelung fehlt noch...

Griffschale, links ist konstruiert. Die Riffelung fehlt noch…

Abgeleitete 2D-Zeichnung der rechten Griffschale. Die Mittellinien der Riffelungen sind übertragen. Aus der Zeichnung wird das CNC-Programm abgeleitet.

Abgeleitete 2D-Zeichnung der rechten Griffschale. Die Mittellinien der Riffelungen sind übertragen. Aus der Zeichnung wird das CNC-Programm abgeleitet.

 

So, Horrido und stay tuned.

MKb42(H): Herstellung Ur-Modell der zuschießenden Griffbaugruppe

In den vergangene Tagen habe ich in der Werkstatt etwas weiter gemacht. Nachdem ich  versucht hatte, das Griffstück der zuschießenden Maschinenkarabiner-Version aus Stahlblech zu biegen, die Ergebnisse mich aber nicht überzeugten habe ich umgeplant. Nun fertige ich ein Ur-Modell der Griff-Baugruppe an, die ich später für die Herstellung einer Gussform nutzen will. In dieser  möchte ich dann die Griff-Baugruppe aus einem verstärkten Resin herstellen. Dabei will ich dann versuchen, den Harz mit Glasfaser-Mehl zu verstärken.

Nun ging es in den letzten Tage also darum, ein Urmodell herzustellen. Die Idee ist, die äusseren Flächen des Griffstücks aus Polystyrol-Platten zu fräsen und den Kern des Griffs aus MDF-Plattenmaterial (19mm) aus dem vollen zu fräsen.

Nach dem ich die PS-Teile (Ober- und Unterteile der linken und rechten Seite) fertig hatte, musste die CNC-Fräse mal zeigen, wie Sie mit MDF zurecht kommt. Dazu habe ich erstmals einen 6mm Fräser eingesetzt – das Ergebnis hat mich überzeugt.

Hier nun einige Impressionen der vergangen Tage Bastelkammer-Arbeit:

Gefräster Griffkern für Mockup Urmodell des Griffstücks für den zusch. MKb42(H).

Gefräster Griffkern für Mockup Urmodell des Griffstücks für den zusch. MKb42(H).

Griffkern wird eingepasst.

Griffkern wird eingepasst.

Aufnahme-Öffnung, um später den Abzug montieren zu können.

Aufnahme-Öffnung, um später den Abzug montieren zu können.

Erste Anprobe des Urmodells...

Erste Anprobe des Urmodells…

Alle gefrästen Teile für die Herstellung des Urmodells (zMKb42(H))

Alle gefrästen Teile für die Herstellung des Urmodells (zMKb42(H))

Bauteile des Griff-Ur-Modells, v.l.n.r.: rechte Seitenteil (oben und unten), Griffkern aus MDF, linke Seitenteil (oben und unten).

Bauteile des Griff-Ur-Modells, v.l.n.r.: rechte Seitenteil (oben und unten), Griffkern aus MDF, linke Seitenteil (oben und unten).

Verkleben der Polystyrol-Seitenteile mit dem Griffkern - zusammenpressen mittels Schraubzwingen.

Verkleben der Polystyrol-Seitenteile mit dem Griffkern – zusammenpressen mittels Schraubzwingen.

 

So, bald geht es weiter – sowohl mit dem Bau des Urmodells, als auch mit der 3D-Konstruktion der übrigen Bauteile…

Horrido und stay tuned…

MKb42(H)-Modell: Verfeinerung der Griffbaugruppe

So, nun habe ich laut meiner Zeiterfassung knapp 30 Stunden an der Entwicklung der Bauteile für den Umbau schon gearbeitet. Der Bärenanteil der Arbeit ist dabei in die zwei unterschiedlichen Griffbaugruppen geflossen.

Auch heute ist meine Zeit in  den  Griff geflossen. Es sind jetzt die unterschiedlichen Bolzen auf beiden Gehäuseflächen angedeutet. Zudem habe ich die umlaufende Wandung im Bereich des Abzugbügels optimiert und aneinander angepasst.

Letzte Konstruktionsarbeit heute war die Erstellung einer Griffschale, die ich aber vermutlich noch einmal im Bereich der Wölbung überarbeiten will.

Hier nun einige Bilder des Arbeitsfortschritts:

Rechte Griffhälfte - Wandung und Montagepunkte des Gußteils sind zu erkennen.

Rechte Griffhälfte – Wandung und Montagepunkte des Gußteils sind zu erkennen.

Die linke Griffhälfte.

Die linke Griffhälfte.

Die Griffhälften virtuelle montiert. Gut zu sehen sind die Modifikationen (rechteckiger Ausschnitt im Grffteil) und die angedeuteten Bolzen.

Die Griffhälften virtuelle montiert. Gut zu sehen sind die Modifikationen (rechteckiger Ausschnitt im Grffteil) und die angedeuteten Bolzen.

Linke Griffschale ist an ihrem Platz...

Linke Griffschale ist an ihrem Platz…

Linke Griffschale, Innenansicht

Linke Griffschale, Innenansicht

Nun ist gut für heute.

Horrido und stay tuned.