Anycubic 4Max: DIY-Abdeckhaube hält die Wärme für den ABS-Druck

Seit einiger Zeit werkelt in meiner Bastelkammer der neue Anycubic 4Max, ein Ultimaker-Clone, der als Bausatz für knapp 300 Euro auf den deutschen Markt gekommen ist. Hier gibt es kurzes Video vom Hersteller zum Drucker.

PLA konnte ich mit dem Drucker bisher ohne Probleme und sehr zufriedenstellend drucken. Doch leider war der Druck von ABS-Teile nicht von Erfolg gekrönt. Die Teile verzogen sich stark (Warping). Hauptursache ist aus meiner Beobachtung heraus, die große Öffnung an der Oberseite des Drucker, die dazu führt, dass die im Druckraum durch Heizbett und Hotend entstehenden Wärme an die den Drucker umgebende Raumluft abgegeben wird.

Um die Wärme im Druckraum zu halten und so ein Warping zu vermeiden, müssen die Öffnungen am 4Max geschlossen werden.  Bei thingiverse bin ich glücklicherweise für das Verschließen der Grifföffnungen fündig geworden. Dort ist dieses Snap-In-Teil zu finden. Zwei aus PLA gedruckte Teile waren schnell angefertigt.

Die Griffabdeckungen gibt es bei thingiverse zum download. Ich habe diese Teile ebenfalls aus PLA gedruckt.

Etwas aufwändiger ist die Abdeckung auf der Oberseite, denn sie muss aus meiner Sicht vier Dinge erfüllen:

  1. Lichtdurchlässig sein, um genügend Licht im Inneren des Druckers zu haben.
  2. Von der Höhe so ausgelegt sein, dass große Druckteile in der vom Werk eingestellten Endposition des Druckbetts (oben) nicht mit der Abdeckung kollidieren.
  3. So ausgelegt sein, dass sich der Kabel- und Filament-Versorgungstrang hindernisfrei bewegen kann.
  4. Die Abdeckhaube muss leicht abnehmbar sein, um das Filament am Extruder wechseln zu können.

Mit diesem kleinen Pflichtenheft habe ich mich daran gemacht, ein entsprechende Abdeckhaube zu konstruieren und zu bauen.

CAD-Modell der Abdeckhaube für den Anycubic 4Max.

Meine Konstruktion besteht aus fünf Plexiglas-Platte mit einer Stärke von 5 Millimetern. Für den seitlichen Durchbruch in der Haube, durch die der Versorgungsstrang zum Druckkopf verläuft, habe ich einen passenden Kantenschutz entworfen. Der Kantenschutz ist an der Ober – und Unterseite so konstruiert, dass er 11 Millimeter hohe Steigner Bürstendichtungen aufnimmt, um den Durchbruch flexibel zu verschließen, damit so wenig Wärme wir möglich entweichen kann.

Beim ersten Druck, bei dem ein Bauteil mit knapp 5h Fertigungszeit entstand, habe ich die Temperatur im Inneren des Druckers auf Höhe des Durchbruchs in der Abdeckhaube gemessen. Dort liegt die Temperatur nach ca. 2,5h Druckzeit bei 38 ° Celsius (Druckeinstellung: Druckbett 80°C, Hotend 235°C; Raumtemperatur in dem der Drucker steht liegt bei 21°). Die Temperatur wird innerhalb des Druckers sicherlich in Richtung Druckbett höher liegen – insofern macht die Abdeckhaube das was sie soll: Sie hält die warme Umgebungstemperatur, die beim ABS-Druck nötig ist, im Inneren.

Um die Effizienz und damit die Haftungsfähigkeit von ABS-Druckteilen auf dem Druckbett zu erhöhen, habe ich das Heizelement unter dem Druckbett von der Unterseite mit einer Aluminium-kaschierten Keramikfaser-Matte (Abmessungen 218x218x10) isoliert. Dadurch wird die Wärme des Heizbetts nicht nach unten sondern nach oben zum Druckbett abgegeben. Ein 3,5 Stunden dauernder Testdruck (0,2mm Layerhöhe, 235 °C Hotend, 95° C Heatbed, 30 Prozent Infill) eines Motorblockmodells (auf 30% in der Größe verkleinert) mit Verbatim ABS verlief problemlos – es zeigte sich kein Warping oder eine Ablösung vom Heatbed.

Aus ABS gedrucktes „Testobjekt“ – 0,2mm Lagerhöhe, 30 % Infill.

Ein Drucktest eines weiteren „Testteils“ (Schrittmotor-Motorhalterung) aus ABS mit einem Infill von 75 Prozent klappte leider nicht. Denn das Druckteil löste sich bereits nach knapp einer Stunden vom Druckbett. Dieses Ergebnis legt den Schluss nahe, dass die inneren Spannungen im ABS-Bauteil während des Abkühlens erheblich größer sind, wenn der Infill hoch ist. Die Anycubic Ultrabase-Folie bringt trotz knapp 100 °C Heizbetttemperatur in solch einem Fall nicht ausreichend Haltekraft auf, um Warping und das anschließende Ablösen vom Druckbett zu verhindern.

Ein Vergleich mit meinem Prusa i3, bei dem ich auf einem beheizten Glasdruckbett mit ABS-Slurry als Haftvermittler ABS drucke, zeigt hingegen keine Haftungs- oder Warping-Probleme – selbst bei 100 Prozent Infill!

Mein Fazit dazu

ABS auf dem Anycubic 4 Max zu drucken ist möglich, aber mit der Anycubic Ultrabase-Beschichtung auf dem Druckbett ist das nur zuverlässig bis rund 30 Prozent Infill möglich. Eine Lösung kann sein, das Ultrabase zu entfernen und auf einer glatten Glasplatte mit ABS-Slurry zu drucken. Eine Andere ist, sich beim 4 Max auf ABS-Drucke mit maximal 30 Prozent Infill zu beschränken.

 

Folgend nun einige Bilder, die dieses Mod-Projekt zeigen:

Mit einer Laubsäge wird der Durchbruch in der Acrylglas-Platte angefertigt.

Die Öffnung für den Versorgungsrang ist fertig montiert. Gut zu erkennen sind die beiden Bürstendichtungen.

Die Acrylglac-Platten werden mit Plastikkleber von Uhu verklebt.

Die Öffnung an der rechten Seite der Abdeckhaube.

Fertig gebaute Abdeckhaube.

Die Eckhalter sind aus PLA gedruckt.

Mit Kleber sind die Eckhalter auf die obere Gehäuseplatte des 4Max geklebt.

Die Abdeckhaube ist auf dem 4Max aufgesetzt – es kann gedruckt werden.

Durch abkippen der Haube kommt man gut von oben an den Druckbereich und den Extruder heran.

Eine zugeschnittene Aluminium-kaschierte Keramikfließmatte isoliert das Heatbed nach unten.

Die unkaschierte Seite der Hitzeschutzmatte.

Die Matte passt ohne Probleme zwischen Heatbed und Z-Achsen-Trägerplatte – es muss noch nicht einmal Kleber verwendet werden.

 

Wer die Abdeckhaube nachbauen möchte, der findet bei thingiverse die entsprechenden Files.

 

Horrido und stay tuned.

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Modellrakete: Gedruckter Brennstoff für Micro Hybrid Raketenmotor

Es hat mich wieder gepackt – das Raketenfieber.

Vor Jahren kaufte ich mir eine Modellrakete – die Falcon von Estes, um diese zusammen mit meinen Kindern in den Himmel aufsteigen zu lassen. Je mehr ich mich seinerzeit mit dem Thema beschäftigte, desto stärker interessierte ich mich für Antriebe abseits der klassischen Modellrakten-Feststoffantriebe, die es im Fachhandel frei verkäuflich zu erwerben gab. Letztlich blieb ich bei Hybrid-Antrieben hängen. Diese an sich simpel aufgebauten Antriebe – im Raketensprech auch als Motor bezeichnet – bestehen aus einem gasförmigen Oxidator (meist N2O, auch als Lachgas bekannt) und einem festen Brennstoff aus unterschiedlichen Materialien. Beide Bestandteile sind getrennt voneinander unproblematisch in der Handhabung und unterliegen keiner rechtlichen Beschränkung.

Für größere Modellraketen gibt es solche Hybrid-Motorne von Rattworks, Contrail Rockets bzw. Hypertek in den USA, die jedoch im Handling, insb. was den gasförmigen Oxidator N2O angehen, recht aufwändig und damit kostspielig sind. Für die verbreiteten kleinen Modellraketen (Low to Mid power) gib es eigentlich nur den Micro Hybrid Motor, der von Rene Caldera entwickelt wurde. Diese Motor-Version verwendet 8 Gramm Sahnespender-N2O-Kapseln als Oxidator und Brennstoff (Grain) aus Papier oder Kunststoff. Seinerzeit kaufte ich eine überarbeitete Micro Hybrid-Motorversion von der Firma Cavemanrocketry aus den Niederlanden, diesen Anbieter gibt es aber nicht mehr. Aktuell wird ein Micro Hybrid von Eclipse Rocketry  aus England angeboten. Wer einen Micro Hybriden selbst bauen möchte, der kann mir gerne ein Kommentar hinterlassen – ich werde in Kürze Baupläne für einen Unkostenbetrag anbieten.

Über den Aufbau und die Funktion eines Micro Hybrid Motors und seine Funktionsweise kann man sich hier  gut informieren.

Der „klassische“ Micro Hybrid Motor für eine 8 Gramm N2O-Sahnespender-Kapsel: Kapselspanner, Motorrohr, Tüte mit Dichtungen und Sicherungsringen, Tüte mit Kapselaufnahme und Piercer, Tüte mit Graphit-Düse (v.o.l.n.u.r.)

 

Grains aus dem 3D-Drucker

Kürzlich stieß ich bei meinen erneuten Recherchen zum Thema Hybrid Raketen-Motor auf eine interessante Studie. Darin wurde dargestellt, wie unterschiedlich ausgeformte innere Strukturen des Grains (Brennstoffe) die Perfomance und das Abbrandverhalten eines Hybrid-Antriebs verändern. Die Grains sind sogenannte Innenbrenner. Bei dieser Art von geometrischer Ausgestaltung brennt das Grein von innen nach aussen. Besonders bemerkenswert war die Tatsache, dass die Studienautoren die Brennstoffe auf einem 3D-Drucker anfertigten. So waren Formen und Kombinationen möglich, die mit konventionellen Methoden kaum oder überhaupt nicht möglich sind. Üblicherweise sind die Grains von Innenbrennern in der Mitte kreisrund oder sternförmig ausgeformt, um so die zur Verfügung stehende Abbrand-Oberfläche (und damit über die Brenndauer einen mehr oder weniger gleichbleibenden Schub) zu gewährleisten. Auch im Grain des Micro Hybriden ist es als Innenbrenner mit einer Kernbohrung von 9,5 mm in den original Unterlagen von Caldera angegeben.

Nach Studium der Studienergebnisse habe ich nun vier unterschiedlich Grains aus ABS (Infill 80%) gedruckt, da auch ABS ein möglicher Brennstoff für Hybrid-Raketen-Motoren ist. Der Unterschied der gedruckten Grains ist in deren Ausgestaltung der Kernbereiche zu erkennen: Rund, sternförmig (Pseudo-finocyl), sprial-sternförmig (Swirl star) und mit drei spiralförmigen Schaufeln (turbulator vane). Das letzte Grain wird zusätzlich mit einer Mischung aus 80% Paraffin und 20% Pyro-Aluminiumpulver vergossen. Das turbulator vane grain zeigt laut Studie ein ganz besonders gutes und effizientes Abbrandverhalten, da das Aluminium die Brenntemperatur des Paraffins erhöht. Die Schaufeln im Kern des Grains geben dem Brennstrom durch sein anderes Abbrandverhalten zudem einen entsprechend förderlichen Strömungsdrall.

Druck des spiral-sternförmigen Grains aus ABS (80%-Infill).

Gedruckte Grains (v.l.n.r.): Runder Kern, sternförmiger Kern, spiral-sternförmiger Kern, schaufelförmiges Grain (Paraffin-Al-Gemisch ist noch nicht eingegossen).

Ob und wie sich diese gedruckten Grains im Micro Hybrid Motor verhalten, werde ich testen. Dazu konzipiere und baue ich zur Zeit einen einfachen Teststand, mit dem ich dann die Schubkraft messen kann. Ich werde dazu ein gesonderten Post erstellen.

Um die Brenndauer des Micro Hybrid-Motors zu verlängern habe ich zudem ein Motor für drei 8 Gramm N2O-Sahnespender-Kapseln konstruiert. Auch diesen 24 Gramm Motor werde ich alsbald testen.

Dreifache N2O-Menge. Diese Micro Hybrid-Version (CAD) verfügt über drei 8 Gramm N2O-Sahnspender-Kapseln.

Blick in das Innere der 24 Gramm Micro Hybrid-Version.

Schnittansicht der 24 Gramm Micro Hybrid Motor Konstruktion (Dichtungen und Piercer sind nicht im 3D-Modell platziert). Gut zu erkennen ist das spiral-sternförmige Grain.

Soweit aus der Bastelkammer.

Horrido und stay tuned.

IPSC-Training: Digitaler Helfer zur Verbesserung der Abzugskontrolle

IPSC ist eine tolle Schießdisziplin. Sie ist dynamisch und gleichzeitig verlangt sie vom Sportler eine gehörige Portion Präzision. Die Fähigkeit eine Pistole oder ein Gewehr präzise zu schießen ist jedoch eine vergängliche Fertigkeit. Wenn man sie nicht permanent trainiert, wird man diese Fertigkeit mit der Zeit verlieren. Gleiches gilt auch für die im IPSC-Sport wichtigen dynamischen Fertigkeiten wie Ziehen der Waffe, Magazinwechsel, Positionswechsel, Schießen aus unterschiedlichen Anschlagarten, dem Zielwechsel usw. Wer die notwendigen Fertigkeiten nicht immer wieder trainiert, wird im Wettbewerb das Nachsehen haben.

Sowohl die Fertigkeiten für den präzisen Schuss als auch die dynamischen Skills lassen sich gut daheim trainieren. Dazu ist nicht viel nötig: Etwas Zeit – ich wende ca. 15-30 Minuten (täglich) auf, etwas Platz (3 bis 5 Meter reichen), und passendes Equipment. Viele Schützen nutzen ihre eigentliche IPSC-Waffe und machen sogenanntes Dryfire-Training, d.h. die Waffe wird ohne Munition bei den jeweiligen Übungen abgeschlagen. Dies ist eine weit verbreitete Trainings-Variante. Es gibt jedoch immer mehr IPSC-Schützen, die statt des Dryfire-Trainings für das Training abseits des Schießstands auf Airsoft-Waffen und passende Targets zurückgreifen. Der Vorteil liegt auf der Hand: Es wird durch die Airsoft-Blowback-Waffen ein Rückstoß der Waffe simuliert, der zwar schwächer als der vom Original ist, aber dennoch der Realität näher kommt, als dies beim Dryfire der Fall ist. Genauso wichtig ist aber auch das Treffer-Feedback, welches der Schütze durch den Aufprall der Kugeln auf das Ziel erhält. Nicht zu vergessen ist natürlich das erhebliche Einsparpotential an Munition – Plastik BB-Kugeln kosten nur ein Bruchteil von echter Munition. Zudem sind die Targets günstiger als beispielsweise Laser-Trainingssystem-Targets, die auch eine gewisse Verbreitung gefunden haben.

Ich nutze seit geraumer Zeit eine Gasblowback-Airsoft-Pistole und auch einen Gasblowback-Karabiner zum IPSC-Training daheim, um an meinen Fertigkeiten auch außerhalb des Schießstandes kontinuierlich zu arbeiten. Zum Training verwende ich speziell dafür entwickelte 1:3-IPSC-Training Targets der Firma Tactrainers sowie DIY-Nachbauten. Meinen Trainingsparcour selbst baue ich auf den Vorschlägen von Saul Kirschs Buch „Perfect Practice“ daheim im angepassten Maßstab 1:3 im Keller auf. Für größere Distanzen nutze ich hin und wieder auch meinen Garten. Zur Zeitnahme für das dynamische Training kommt die Shot Timer Pro App auf meinen Smartphone zum Einsatz, denn damit werden die Schüsse der Airsoft-Waffen zuverlässig erkannt.

Wie Eingangs erwähnt nutzt alle Schnelligkeit nicht viel, wenn die Schusspräzision nicht passt. Über die Targets beim Live-Fire-Training und die Airsoft-Tactrainers-Targets bekommt man schon ein gutes Feedback, um dann im Training gezielt an seiner Verbesserung arbeiten kann. Doch es bleiben immer Unwägbarkeiten bei der Suche nach Fehlern. Ist es das fehlerhafte Visierbild, ein schlechter Anschlag oder mangelnde Abzugskontrolle? Um den möglichen Fehlerquellen auf die Spur zu kommen und um an diesen dann im Sinne einer Verbesserung gezielt arbeiten zu können, ist meiner Meinung mehr Feedback als nur ein Einschussloch oder Treffer auf das o.g. Trainigstarget nötig. Beim Präzisionsschießen ist die Abzugskontrolle wohl der wichtigste und zugleich schwierigste Aspekt. Gerade wenn es um das Schießen mit der Pistole geht. Denn dadurch, dass die Pistole so klein und kurz ist, und nur an einem Punkt fixiert ist, überträgt sich jede Bewegung gleich auf die Visierung – dadurch schleichen sich Fehler ein.

Was also kann man machen, um seine Abzugskontrolle zu verbessern, wenn man in der zeitlich so kurzen Periode zwischen Anschlag und Schussabgabe sein Handling der Waffe beim Abziehen nicht wirklich überprüfen kann?

Die Antwort kommt in Form eines kleinen Trainingsgerätes, welches mit Bewegungssensoren bestückt ist und an die Waffe montiert wird. Dieses Gerät sammelt die Daten der verbauten Sensoren und funkt sie in Echtzeit via Bluetooth an das eigene Smartphone, auf dem eine App werkelt, die die Informationen in nützliche Informationen für den Schützen umwandelt. Dieses System heißt MantisX. Ich habe mir dieses System beim deutschen Händler bestellt, doch leider ist die Lieferzeit mit knapp vier Woche sehr lang. Daher hat mir das Unternehmen netterweise ein Leihgerät zum Testen zur Verfügung gestellt. Meine bisherigen Erfahrungen mit MantisX beim täglichen Training daheim und auch beim Training auf dem Schießstand werde ich folgend etwas näher beleuchten.

 

Lieferumfang: Eine einseitige Anleitung, ein Sticker und MantisX in einem soliden Pelicase.

Gut untergebracht: MantisX und USB-Lagekabel im Pelicase.

 

 

Das Handling von MantisX

MantisX-Einheit auf einer WE Gforce Glock 19-Airsoft-Pistole zum Training daheim. Hier im Einsatz und Test mit einem Android-Phone. Die MantisX-Einheit ist direkt an die Picantinny-Rail am Frame montiert.

MantisX ist absolut einfach in der Handhabung. Es wir einfach an die Picatinny-Montageschiene der Pistole oder des Gewehrs montiert. Wer an seiner Pistole keine entsprechende Rail hat, der kann direkt bei MantisX Picatinny-Rail-Magazinboden-Halterungen für seine Waffe bestellen, die statt des Werksmagazinbodens am Magazin montiert werden. Diese Halterungen eignen sich auch gut für IPSC-Training mit Holster.

Für Schooter die mit einer Airsoft-Pistole trainieren und einen 3D-Drucker besitzen, habe ich eine Picatinny-Magazinboden-Montagen für KWA/KSC Airsoft Glock-Magazine konstruiert. Damit kann dann MantisX auch mit geholsteter Waffe genutzt werden, um dynamisches IPSC-Training durchzuführen. Hier geht es zu der STL-Datei zum Download. Diese Montage sollte idealerweise aus ABS oder Nylon gedruckt werden, da dies Material am widerstandsfähigsten ist. Als Infill habe ich aus Stabilitätsgründen 80-100 Prozent gewählt.

3D-CAD-Modell des eigens konstruierten KSC/KWA Magazinbodens mit Pictinny-Rail für die Befestigung der MantisX-Einheit.

Der konstruierte Magazinboden wird im Slicer für den Druck passend ausgerichtet.

Der Magazinboden ist aus ABS fertig gedruckt.

KSC/KWA-Glock 19 Airsoft-Magazin: Der gedruckte Magazinboden (grau) ersetzt den Ursprünglichen (schwarz).

KSC/KWA Glock 19 Airsoft-Magazin mit gedrucktem Magazinboden und montiertem MantisX.

Ansicht von der Rückseite des KSC/KWA-Magazins. Gut zu erkennen ist die USB-Ladebuchse der MantisX-Einheit.

KSC/KWA GLock 19 Airsoftpistole zum IPSC-Training mit montierter MantisX-Einheit am Magazin.

MantisX montiert am Magazin der KSC/KWA Glock 19 Airsoft-Pistole. Diese Montageart ist geeignet für das IPSC-Training mit Holster.

Nachdem man die MantisX-Einheit an der Rail befestigt hat, drückt man den kleinen Knopf an der Unterseite, bis die LED dauerhaft grün leuchtet. Anschließend startet der Schütze die MantisX-App auf seinem Smartphone (Bluetooth muss eingeschaltet sein) und verbindet die App per „CONNECT“-Taste. Und dann kann es mit dem Training auch schon losgehen.

Ist der Akku leer (Der Akku hält bei mir gut und gerne eine Woche bei regelmäßiger Nutzung (30 Min/täglich)) blinkt die LED. Mit dem mitgelieferten Micro-USB-Ladekabel lädt man MantisX mit einem USB-Ladegerät in ca. 3h auf.

 

Die Nutzung von MantisX

MantisX misst grundsätzliche Mikrobewegungen kurz vor dem Abziehen bis circa 300 Millisekunden danach. Das System ist so entworfen, dass es in zahlreichen Schießszenarien und mit gängigen Waffentypen arbeiten kann. D.h. von Dryfire über Livefire bis hin zu CO2-Systemen wie Luftdruck- und Airsoft-Waffen.

Startbildschirm der MantisX-App.

In „SETTINGS“ werden vor Beginn des eigentlichen Trainings die Einstellungen vorgenommen.

Ich nutze die MantisX App-Version 2.4.5. Über den Menü-Punkt „SETTINGS“ werden zunächst die Grundeinstellungen wie Waffentyp, Schusshand, Montageposition des Sensors usw. vorgenommen. Anschließend wechselt man in den „TRAIN“-Bereich. Dort stehen neun unterschiedliche Modi zu Verfügung, diese sind:

  • „Open Training“: In diesem Mode kann man sein eigenes Training tracken
  • „MantisX Benchmark“: 10 Schüsse, es wird die Präzision und die Zeit festgehalten
  • „Timed Benchmark“: So schnell und präzise wie möglich schießen. 5, 8 oder 10 Schuss
  • „Compressed Suprise Break“: Auf IPSC-Tonsignal so schnell und präzise wie möglich Abziehen
  • „Reload, in Battery“: Schnelles Nachladen und einen präzisen Schuss abgeben
  • „Reload, out of Battery“: Ungeladene Waffe nachladen und einen präzisen Schuss so schnell wie möglich abgeben.
  • „Reload, Tactical“: Taktische Nachladen und ein präziser Schuss.
  • „Primary Hand Only“: Schießen nur mit der starken Hand.

Die neun Modi sind in erster Linie für statisches Training vorgesehen. Für dynamisches IPSC-Training nutze ich lediglich den Modus „Open Training“.

Teil-Übersicht zu den verfügbaren Trainingsmodes in der App.

Unterschiedliche Trainingsmodi: Die App hält z.Z. neun unterschiedliche Modes zum Training bereit. Hier ist der „Compressed Suprise Break“ zu sehen. In acht Modes sind Anleitungsvideos eingebunden – das macht es sehr anschaulich.

 

Das Feedback von MantisX

Ist man im Trainings- oder im History-Modus, stellt MantisX drei unterschiedliche Datenvisualisierungsmodi zur Verfügung – das Shot-Chart mit dem Kreis, ein Movement Chart mit Linien- und Balkendiagramm und den Bewegungstracker mit einem Fadenkreuz. Damit lässt sich das aufgenommene Geschehen bei Schussabgabe ansehen und analysieren.

Der History-Screen der MantisX-App.

Das MantisX Shot Chart zeigt in den rot markierten Bereichen die Abzugsfehler-ausprägung und -richtung an.

Fehlerinterpretation und Tips von MantisX zu Abzugsfehlern sind in der App integriert.

Ein weiteres Beispiel, wie MantisX zu bestimmten Fehlerbildern Verbesserungstips gibt.

Unter den Charts, die während des Trainings anwählbar sind, finde ich das Shot-Chart für meine Zwecke am wenigsten hilfreich, denn es zeigt eigentlich immer Fehler an, obwohl ich tatsächlich keine merkliche Bewegung im Handgelenk zeige, bekomme ich das Feedback „Breaking Wrist up“. Aber für Anfänger ist das Chart sicherlich eine gute Hilfe, um Abzugsfehler zügig beheben zu können.

Welche Charts ich hingegen sehr hilfreich finde sind die beiden weiteren Screens. Denn jeder Schütze weiß, dass Bewegungen die man während des Haltens und beim Abziehen macht, den größten Einfluss auf die Präzision haben. D.h. die Minimierung der Bewegung ist der Schlüssel zum guten Treffer. Das Movement Chart zeigt einem die relative Höhe der Bewegung für jeden Schuss an – sowohl für das Halten als auch für das Abziehen. Je näher man an der Mittellinie ist, desto weniger Bewegung wird getrackt und der Score ist am höchsten.

Mit diesem Chart ist beispielsweise gut die Haltebewegungsdauer (blau) und die Abzugsdauer (gelb) abzulesen.

Aus meiner Sicht am wertvollsten ist die Darstellung des dritten Charts. Denn dort werden die tatsächlichen Bewegungen eines jeden Schusses nachgezeichnet. Die grüne Linie zeigt die Millisekunden vor dem Abziehen. Gelb ist die Bewegung während der Betätigung des Abzugs und die rote Linie zeigt den Bewegungsverlauf nach dem der Schuss gebrochen ist. In dem Chart sind somit alle relevanten Informationen vereint. Idealerweise will man die grüne und die gelbe Linie eng beieinander haben. MantisX zeigt einem, wie sich diese Beziehung tatsächlich verhält. D.h. langsames Anlegen mit einem konzentrierten Fokus auf die grundlegenden Schießfertigkeiten bringen grün und gelb sowohl auf dem Screen als auch auf dem Schießspiegel zusammen. Schnelles Schießen hingegen zeigt sich in einer größeren Ausdehnung von grün und gelb und letztlich vermutlich auch auf dem Spiegel.

Sehr aussagekräftig: Das Movementchart zu jedem abgegebenen Schuss in der MantisX-App.

Ergebnis-Analyse eines dynamischen Trainingsdurchlaufs – hier Ziehen aus dem Holster. Deutlich ist die lange Anhaltephase (blau) zu erkennen. Beim Abziehen ist die Waffe leicht nach rechts gewandert.

Fazit

Insgesamt bin ich von den Feedbackmöglichkeiten und den damit transparent werdenden Trainingsfeldern begeistert.

Die Hardware macht einen soliden Eindruck und ist bisher ohne Fehlfunktionen in Betrieb gewesen. Prima ist, dass MantisX die App regelmäßig durch Updates verbessert und damit zukunftssicher macht.

Nun ist es nur noch an dem Schützen selbst – also mir, seine Fertigkeiten bei der Abzugskontrolle mit dem System stetig zu Trainieren. D.h. das Feedback von MantisX zielgerichtet zur persönlichen Verbesserung einsetzen – ob nun beim heimischen Training oder auf dem Schießstand. Bisher habe ich das System daheim zusammen mit meiner Airsoft-Pistole genutzt. Aber auch auf dem Schießstand kam MantisX zum Einsatz, um an meinen Fertigkeiten zu arbeiten.

Auch auf dem Schießstand kommt MantisX zum Einsatz. Hier an einer Glock 17 auf 25 Meter.

Aus meiner Sicht sind die knapp 175 Euro für das Trainings-System gut angelegt. MantisX kann man z.Z. in Deutschland nur über www.kl-strategic.com beziehen. Der Firma danke ich für die Leihstellung des Testgerätes.

 

Horrido und stay tuned.

 

Nachtrag (25.10.2017)

Offensichtlich sind elektronische Trainingshilfen für den Schießsport gerade sehr angesagt. Ich bin kürzlich auf ein System namens KINETIC gestoßen, welches auf dieser Website angekündigt wird. Es handelt sich dabei im Kern offensichtlich um drei Bewegungssensoren, die an Ober- und Unterarm sowie Hand getragen werden und ihre Bewegungen via Bluetooth an einen Rechner senden. Mehr als diese Infos findet man z.Z. auf der Website von KINETIC nicht.

Diese Video scheint aber KINETIC im Test zu zeigen:

Also, man darf gespannt sein. Ich halte die diesbezüglichen Entwicklungen im Auge.

Update (30.10.2017)

Es wurde bei youtube erneut ein Video veröffentlicht, in dem das System beim IPSC-Training testweise eingesetzt wird. Das sieht schon interessant aus. Allerdings bleibt noch offen, wie es das Training mit welchen Informationen tatsächlich sinnbringend unterstützen kann.

Hier das Video:

Prusa-Upgrade, Teil 3: Fertig (fast)!

Octoprint liefert seine Videobilder per Wlan aufs Tablet - so habe ich auch aus der Distanz die Kontrolle.

Octoprint liefert seine Videobilder per Wlan aufs Tablet – so habe ich auch aus der Distanz die Kontrolle.

Für alle Neu-Einsteiger in diesen Post: Hier geht es zum 1. und 2. Teil des Upgrade-Berichts.

Es ist vollbracht: Das Prusa- Upgrade ist fertig, zumindest fast. Lediglich das E3Dv6-Hotend muss ich noch verbauen, doch da mein derzeitiges Hottend tatsächlich so gut funktioniert, werde ich das E3D zu einem späteren Zeitpunkt einbauen. In dem Zuge werde ich meine gerade bestellte Dauerdruckplatte (mit Pei-Beschichtung) ebenfalls montieren, da ich vorhabe, nicht mehr mit Haarspray auf der Glasplatte zu arbeiten.

 

Was habe ich in den letzten Tagen noch gemacht?

  • Mein defektes Arduino (Sainsmart) Mega 2560 getauscht und alles Endstops und deren korrekte Verdrahtung geprüft. In dem Rahmen habe ich festgestellt, dass ich den Z-Endstop falsch verkabelt hatte (VCC lag auf dem Signalen) was offensichtlich den Arduino in die ewigen Jagdgründe schickte. Nun sind bei keinem Endstop mehr der VCC-PIN angeschlossen – der wird auch nicht wirklich benötigt, denn letztlich ist der Spannungsanschluss nur für die auf den Endstops verbaute LED zuständig. Ob die nun leuchtet oder nicht ist für die Funktion des mechanischen Endstops völlig unerheblich.
  • Octoprint: Rapsberry Pi-Cam installiert, eine entsprechendes Gehäuse gedruckt und eine Halterung für die Cam am Teko-Gehäsue entworfen und ebenfalls gedruckt
  • Ein PLA-Probedruck – dazu habe ich gleich ein Teil meines neues Projekt (Bau eines Funktionschnittmodells einer Flugzeugturbine – dazu werde ich bald mal was schreiben) gedruckt. Leider hatte ich ein Filament-Stau – den ich aber glücklicherweise beheben konnte
  • Messungen der Innentemperatur des Druckers und des Schallpegels, Ergebnis: Der Innenraum ist deutlich wärmer als die Umgebungstemeperatur (Raumtemp. von 17,5°C vs. 23°C im Inneren des Druckergehäuses), dieser Umstand kommt hoffentlich dem zukünftigen Drucken zu Gute.
    Der Schallpegel hat sich um ca. 10 dB verringert – d.h. die gefühlte Lautstärke hat sich ca. halbiert! So macht Arbeiten in der Bastelkammer dann schon wieder mehr Freude.

Hier mal einige Bilder dazu:

Noch ist das LCD-Display hinter dem Gehäuse zu finden, da das Flachbandkabel zu kurz ist. Das wird noch zügig durch neues Kabel behoben.

Noch ist das LCD-Display hinter dem Gehäuse zu finden, da das Flachbandkabel zu kurz ist. Das wird noch zügig durch neues Kabel behoben.

Eigenkonstruktion: Die Halterung, um die PiCam-Halterung am Teko-Gehäuse zu befestigen ist extra dafür entworfen worden.

Eigenkonstruktion: Die Halterung, um die PiCam-Halterung am Teko-Gehäuse zu befestigen ist extra dafür entworfen worden.

RPi (mit Octoprint und Cam) an Ort und Stelle im Druckergehäuse...

RPi (mit Octoprint und Cam) an Ort und Stelle im Druckergehäuse…

Installiert: RPi mit Cam und Wlan sind im Gehäuse befestigt. Die Kamera ist auf das Druckbett ausgerichtet.

Installiert: RPi mit Cam und Wlan sind im Gehäuse befestigt. Die Kamera ist auf das Druckbett ausgerichtet.

Leider war beim ersten Druck das Filament zu stramm eingespannt - das führte zum Jam...

Leider war beim ersten Druck das Filament zu stramm eingespannt – das führte zum Jam…

Der erste Druck im neuen Heim...

Der erste Druck im neuen Heim…

2. Messung des Schallpegels beim Druck - im Vergleich ist der Pegel um 10 dB geringer. D.h. die wahrgenommen Lautstärke hat sich halbiert.

2. Messung des Schallpegels beim Druckvorgang (diesmal ist der Prusa im geschlossenen Gehäuse untergebracht) – im Vergleich ist der Pegel um 10 dB geringer. D.h. die wahrgenommen Lautstärke hat sich halbiert.

Aus einem Meter Abstand macht der Drucker schon Lärm...

1. Messung: Aus einem Meter Abstand macht der Drucker schon wirklich Lärm, so ohne schützendes Gehäuse…

Soweit für heute

 

Horrido und stay tuned.

 

 

Struktur-Analyse: Finite Element Analyse eines 3D-Druckteils aus PLA

Blog-Aufmachermotiv

Was hält eigentlich ein gedrucktes Bauteil aus? Muss ich einen Probedruck machen, und dann eine entsprechende Testreihe, um das heraus zu finden? Kann man nicht am Computer die Verformung eines Bauteils berechnen und sich die auftretenden Veränderungen ansehen, um ggf. vor dem Druck das Bauteil im CAD-Modell zu überarbeiten?

Um es gleich vorweg zu sagen: JA, man kann – auch als Autodidakt, Nicht-Fachmann und Bastler, mit kostenfreier Software und etwas Zeit, um sich mit dem Thema auseinander zu setzen!

Wie genau das geht, was man benötigt und wie ich vorgegangen bin, dies werde ich hier nun Schritt für Schritt erklären.

 

Ausgangspunkt für meine Neugierde war mein aktuelles Upgrade für den Prusa. Im Rahmen des Projekts habe ich ein Gehäuse gebaut, in welchem der Drucker seinen Platz finden soll. Die Elektronik samt ATX-PC-Netzteil soll an die Rückwand montiert werden. Glücklicherweise habe ich zur Befestigung des Netzteils bei thingiverse eine entsprechende Halterung gefunden. Diese sah für mich sehr vernünftig entworfen aus, doch beim Anheben meines Netzteils bekam ich etwas Zweifel, ob die Konstruktion tatsächlich halten würde. Denn das 420W-Netzteil bringt ca. 1,4 kg auf die Waage.

Doch bevor ich in einer stundenlangen Drucksession die Teile für die Halterung drucke, wollte ich vorher sicher sein, dass diese Vorrichtung auch Ihren Dienst erfüllt.

Um mir Gewissheit zu verschaffen viel mein Augenmerk auf ein weitverbreitetes rechnergestütztes Verfahren, welches auf Basis von CAD-Daten und angenommene Kräfte und unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften, die Vorhersage, wie sich das Bauteil bei einer bestimmten Belastung verhalten wird. Dieses Verfahren ist die sogenannte Finite Element Methode (FEM) bzw. Finite Element Analyse (FEA). Die FEA, so die Abkürzung, ist eine mathematisch-numerische Methode zur Beschreibung von Strukturproblemen. Bei der Anwendung der Methode wird die Bauteil-Struktur in endlich viele, kleine Elemente zerlegt – die sog. Finiten Elemente. Element sind z.B. Stäbe, Balken Schalen oder Volumenelemente. Diese Elemente sind untereinander mittels sog. Knoten verbunden. Die FEA-Software macht, einfach ausgedrückt, eine Berechnung, wie sich die einzelne Knoten zueinander verschieben, wenn auf die Elemente Kräfte wirken. Mit Hilfe der FEA können virtuelle Bauteile (CAD-Modelle) am Computer berechnet und auftretende Verformungen und Spannungen unter Krafteinfluss simuliert werden. Die Berechnungsergebnisse dienen dann zur Festigkeitsabschätzung – also genau das, was ich brauche, um eine Aussage über die Stabilität des Bauteils treffen zu können.

 

Konstrukteure und Ingenieure bestimmen mit diesem Verfahren in der Hauptsache die Festigkeit und Steifheit eines Produktes, indem Spannungen und Verformungen (in der FEA sind es sog. Verschiebungen) auftreten. Die Art der Analyse und die Berechnung hängen von dem jeweiligen Produkt/Bauteil, der Art der Lasten (Kräfte) und der erwarteten Fehlerart (Versagenskriterien sind z.B. Bruch, plastische Verformung, elastische Verformung) ab:

  • Kurze/starke Strukturen versagen meist aufgrund von Materialversagen (die zulässige Zugfestigkeit des Materials wird überschritten) – der Bruch des Teils ist die Folge
  • Lange/schlanke Strukturen segnen das Zeitige aufgrund von Instabilität der Struktur (plastische Verformung, d.h. die Streckgrenze des Materials wird überschritten) – die Folge ist das Knicken der Geometrie.

 

Auch das verwendete Material hat einen erheblichen Einfluss auf die FE-Analyse:

  • Metallkomponenten erfordern meist eine lineare Analyse, sofern die wirkende Last unterhalb der Fließgrenze des Materials liegt.
  • Kunststoffe und Gummiartige Materialien bedürfen einer nichtlinearen Analyse. Für Metalle gilt das auch, sofern die Last über der Fließgrenze des Metalls liegt.

 

Soweit die graue und zugegeben, sehr verkürzte Theorie. Als Autodidakt und Bastler geht es mir eher um die praktische Nutzanwendung. D.h. in diesem Fall: Wie und mit was komme ich zum Ergebnis?

In professionellen CAD-Softwarepakten wie z.B. Solidworks sind entsprechende FEM-Module bereits integriert. Stand Alone Programme wie ANSYS scheiden ja für den Hobby-Bastler generell aus. Auch im kostenlosten CAD-Programm FreeCAD gibt es ein entsprechendes Modul.

Doch beide Varianten schieden für mich aus – sowohl aus finanziellen Gesichtspunkten (Solidworks) als auch aus Mangel an guter Dokumentation (das FEM-Modul für FreeCAD ist fast überhaupt nicht sinnvoll in der Anwendung beschrieben).

Glücklicherweise gibt es aber eine aus Deutschland kommende FEA-Freeware, die sehr gut dokumentiert ist, diese Software heißt: Z 88 Aurora und kann direkt kostenfrei heruntergeladen werden.

Der Vorteil, aus meiner Sicht, ist dabei, dass es sich um eine eigenständige Software handelt, die auf den gängigsten Betriebssystem läuft (LINUX, WINDOWS und MAC)und die eine sehr übersichtliche GUI hat (etwas Einarbeitung natürlich vorausgesetzt).

Folgend gebe ich einen Überblick über die vier wesentlichen Arbeitsschritte in Z88 Aurora, um zu einer entsprechenden Bewertung der berechneten Ergebnisse zu kommen, dies sind:

  1. Import der Geometrie
  2. Pre-Processing – definieren der sog. Randbedingungen
  3. Solver – die FEM-Berechnung
  4. Post-Processing – was sagen einem die Ergebnisse?

 

Z88 Aurora : Die GUI

Z88 Aurora : Die GUI

Um in Z88 Aurora arbeiten zu können, muss man zunächst ein Projekt anlegen, denn darin werden die generierten Daten einer Berechnung abgelegt. Einfach dazu Datei/Neu wählen und im gewählten Verzeichnis einen Ordner anlegen.

Ein Projekt anlgen in Z88 Aurora.

Ein Projekt anlgen in Z88 Aurora.

Menü: Ein Projekt in Z88 Aurora öffnen.

Menü: Ein Projekt in Z88 Aurora öffnen.

 

  1. Import der Geometrie

Um eine CAD-Datei zu importieren, in meinem Fall habe ich das STL-File, welches das Bauteil repräsentiert, genutzt, klickt man auf den blauen Pfeil in der Symbolleiste. Im sich dann öffnenden Auswahlfenster wählt man das zu importierende Dateiformat aus. Bei STL-Dateien ist es wichtig, dass diese zuvor im ASCII-Format angelegt wurden und nicht im Binär-Mode.

Eigentlich sind STL-Dateien für die FEA nur bedingt geeignet, da die CAD-Modelle in diesem Format sehr vereinfacht beschrieben sind. Da aber sowohl Bauteile-Plattformen wie thingiverse in der Hauptsache STL-Daten zur Verfügung stellen, als auch die beliebten Freeware CAD-Direct Modeler PTC Creo Elements/Direct Modeler und Autodesk Inventor Fusion (Mac)  mehr oder weniger nur den Export von STL-Dateien zulassen, habe ich mit diesem Format angefangen. Ggf. muss man vor dem Import mit Meshlab das STL-Netz verfeinern.

Besser geeignet für FEA sind CAD-Daten im Step-Format, da dieses Datentyp die CAD-Daten erheblich besser wiedergibt.

 

Wichtige Navigationsicons: Auswahl des Berechnungsverfahren, Import, Pre-Prozessor, Solver, Post-Prozessor (v.l.n.r.).

Wichtige Navigationsicons: Auswahl des Berechnungsverfahren, Import, Pre-Prozessor, Solver, Post-Prozessor (v.l.n.r.).

Daten-Import in Z88 Aurora.

Daten-Import in Z88 Aurora.

 

Bauteil-Daten (STL) ist importiert. Mit der Maus kann das Bauteil gedreht, verschoben und gezoomt werden.

Bauteil-Daten (STL) ist importiert. Mit der Maus kann das Bauteil gedreht, verschoben und gezoomt werden.

 

  1. Pre-Processing
Auswahlmenü des Pre-Prozessors.

Auswahlmenü des Pre-Prozessors.

Da wir ein PLA-Bauteil berechnen wollen, und es sich dabei um einen Kunststoff handelt, wählen wir als Simulationsart „Nichtlineare Festigkeit“ aus. Danach wechseln wir in den Vernetzer und wählen Netgen aus. Anschließen gilt es die Art der Vernetzungselemente zu definieren – da es sich bei dem CAD-Model um ein dreidimensionales Objekt handelt, wählen wir ein Volumenelement – ein quadratischen Tetraeder – aus. Für den Wert geben wir drei an (3 ist der Abstand in mm der Knoten zueinander) und klicken dann hinzufügen. Nun noch „Netz erstellen“ klicken und schon wird automatisch vernetzt. Anschließend wir mittels „Netz-Analyse“ das FEM-Netz überprüft. Eigentlich solle man nun eine visuelle Kontrolle des Netzes an besonders gefährdeten Regionen vornehmen. So sind z.B. Kerbregionen mit einem feineren Netz zu versehen, um gerade dort die auftretenden Verschiebungen genauer berechnen zu können. Diesen Schritt habe ich aber in meinem ersten Versuch ausgelassen. Die in Z88 Aurora enthaltenen Tutorials und Dokumentationen geben einem aber anschauliche und wertvolle Tipps dazu.

Ein Teil der Vorarbeiten ist erledigt – es folgt die Definition der sogenannten Randbedingungen. Dies sind die am Bauteil auftretenden Kräfte, Richtungen der Kräfte und die Festhaltungen, also die Stellen am Bauteil, an denen in allen Richtungen die Kraft = 0 ist. In Z88 Aurora nennt sich dieser Arbeitsschritt Picking. D.h. es wird im Präprozessor-Bereich zum Menü “Picking” gewechselt. Für das Kraft-Set markieren man einfach einen Knoten auf der zu belastenden Fläche (Strg-Taste gedrückt halten und mit linker Maustaste den Knoten anklicken), stellt den Winkel auf 0 und wählt “Fläche”. Danach ist die Auflagefläche, auf der das Netzteil später aufliegt, ausgewählt. Nach anwählen von “Set hinzufügen” ist das Set gespeichert.

Für das zweite Set, die Festlager, ist etwas mehr Arbeit zu verrichten. Im ersten Schritt markieren wir wieder einen einzelnen Knoten (irgendwo) in der Mitte der Kraftaufgabefläche – in diesem Fall in der Innenfläche der Schraubenbohrung. Der Winkel wird auf 30 gestellt, und klicken auf “Fläche”. Diese Arbeit wiederholt man dreimal. Hat man die drei Markierungen zusammen, erstellt man wieder ein Set – diesmal mit den drei Markierungen zusammen. Es empfiehlt sich, die Sets später eindeutig zu benennen, z.B. mit „Lager“ und „Gewichtskraft“.

Zugewiesen: An diesem Set liegt das Netzteil auf.

Zugewiesen: An diesem Set liegt das Netzteil auf.

Die blau Markierten Stellen sind die Fixlager, an denen die Halterung später mittels Schrauben am Gehäuse befestigt sind.

Die blau Markierten Stellen sind die Fixlager, an denen die Halterung später mittels Schrauben am Gehäuse befestigt sind.

 

Es geht weiter im Pre-Processing: Nun gilt es die Randbedingungen den vorher gepickten Bereichen zuzuweisen. Dazu einfach auf „Zuweisen“ im Menu Randbedingungen klicken. Beim Kraftset „Gewichtskraft“ auswählen und diesem den entsprechenden Wert zuweisen. Da das Netzteil 1,4 kg wiegt, die Last auf zwei Träger-Element verteilt wird, habe ich 6.87 (N) eingegeben. Die Kraft wirkt senkrecht von oben – als nur aus der X-Richtung. Die Fixpunkte sind im Set „Lager“ zusammengefasst. Für dieses Set gibt man für alle Kraftrichtungen und Momente den Wert 0 an.

 

Der letzte Akt in diesem Schritt ist die Festlegung des Materials. Das Programm benötigt für die (lineare) Strukturanalyse eigentlich nur zwei Werte: Das Elastizitätsmodul und die Querdehnungszahl (auch Poissonzahl  genannt). Tritt als Belastung eine Beschleunigung auf, so ist auch die Dichte des Werkstoffs nötig.

Das PLA und auch ABS, welches im 3D-Druck verwendet wird, ist bisher kaum unter technologischen Aspekten in der Fachliteratur dokumentiert. Daher habe ich dazu zunächst recherchiert. Dabei bin ich auf die 2014 veröffentlichte Studie Tymrak20014-MechanicalProps-3DPrinting gestoßen, der die wissenschaftlichen Versuche dokumentiert, wie sich auf heimischen 3D-Druckern (FDM) gedruckte Versuchskörper aus PLA und ABS unter Belastung verhalten. Die in den unterschiedlichen Versuchsreihen ermittelten Mittelwerte habe ich übernommen und dazu in Aurora entsprechende Materialien definiert. Bei der Definition ist darauf zu achten, dass alle Einheiten im Solver einheitlich angegeben werden, da die Software unabhängig von Einheiten rechnet. Angegeben wird standardmäßig in der Z88 in N/mm/t (Newton/Millimeter/Tonnen).

Materialdatenbank: Z88 Aurora hat bereits zahlreiche Materialien vordefiniert. 3D-Druckteile muss man aber selbst anlegen.

Materialdatenbank: Z88 Aurora hat bereits zahlreiche Materialien vordefiniert. 3D-Druckteile muss man aber selbst anlegen.

 

  1. Solver

Für nichtlineare Berechnungen gibt es eine Reihe von Einstellungsmöglichkeiten, die zum Teil erheblichen Einfluss auf den Rechenlauf haben. Im Folgenden sei auf die wichtigsten kurz eingegangen. So hat die Anzahl der Lastschritte einen großen Einfluss auf die Rechenzeit. Je weniger Lastschritte eingestellt werden, desto weniger Rechenzeit wird i.d.R. benötigt. In meinem Fall habe ich mit dem Standardwert von 25 Lastschritten gerechnet.

Den Solver selbst habe ich auf „PARADISO“ eingestellt, dieser Solver passt eigentlich immer gut. Die Berechnung wird mit einem Klick auf „Berechnung starten“ initiiert. Nach einigen Minuten (mein Laptop ist schon etwas in die Tage gekommen) sollte die Software melden, dass die Berechnung erfolgreich war.

 

 

  1. Postprozessor

Nach Abschluss der Berechnung wechseln wir in den Postprozessor. Primäre Ergebnisse einer strukturellen FE-Analyse sind die Knotenverschiebungen, Verdrehungen und Knotenkräfte. Interessant sind die maximalen Verschiebungen, die man sich mit einem Verschiebungsbild in Z88 Aurora anzeigen lassen kann.

Gesamtverschiebungen, Darstellung in unverformter Ansicht.

Gesamtverschiebungen, Darstellung in unverformter Ansicht.

Darstellung der Gesamtverschiebungen des Bauteils, die Darstellung zeigt die Verformung an den rötlichen Bereichen.

Darstellung der Gesamtverschiebungen des Bauteils, die Darstellung zeigt die Verformung an den rötlichen Bereichen.

Bei Kräften und Momenten sind exponierte Stellen, wie z.B. Bohrungen, scharfe Kanten, Kerben oder Übergänge (mit und ohne Radien) von Interesse.

Oberste Priorität hat demnach die genaue Betrachtung der Elemente, an denen die maximalen Spannungen auftreten.

Ergbnisdarstellung im Post-Prozessor: Die Spannungen in den Gausspunkten.

Ergbnisdarstellung im Post-Prozessor: Die Spannungen in den Gausspunkten.

 

Grundsätzlich muss man wissen, dass die FEM eine Näherungsmethode ist und eine absolute Genauigkeit nicht erreicht werden kann.

In meinem Fall ging es mir, wie eingangs erläutert, darum, herauszufinden, ob das Bauteile halten wird. Korrekt ausgedrückt lautete daher das Analyse-Ziel:

Das Bauteil darf nicht brechen.

D.h. die Zugspannung <Zugfestigkeit sein.

Das bedeutet, dass ich die Spannungsergebnisse mit Werkstoffkennwerten (Festigkeit) von PLA vergleichen muss. Diese Vergleichsdaten habe ich aus der oben erwähnten Studie entnommen.

Ergebnis meiner FE-Analyse: Das Teil hält.

 

Anmerkung:

Allerdings muss ich an dieser Stelle zwei Dinge einräumen. Zum einen ist die Berechnung, was das CAD-Modell angeht, verhältnismäßig idealisiert, schließlich handelt es sich bei einem PLA-Druckteil nicht um ein homogenes Bauteil aus einem homogen hergestellten Werkstoff (Ein PLA-Spritzgussteil wäre hingegen homogen). Denn durch den schichtweisen Aufbau weist das PLA-Teil besonders an den Layergrenzen eine andere Verbindungsfähigkeit auf als es das PLA-Material innerhalb eines Layer selbst tut – einmal ganz abgesehen von der Druckteilausrichtung im Bauraum (Die horizontalen Materialschichten wirken sich auf die Stabilität des Bauteils ähnlich wie die Maserrichtung beim Holz aus.).

Die Schichten von FDM-Druckteilen sind wie die Maserung bei Holz. Die Belastung sollte quer dazu auftreten, nicht parallel...

Die Schichten von FDM-Druckteilen sind wie die Maserung bei Holz. Die Belastung sollte quer dazu auftreten, nicht parallel…

Ferner geht meine Berechnung von einem 100%-Infill aus – ich drucke aber in der Regel mit 30% Infill, auch diesen Aspekt habe ich in der Berechnung nicht weiter berücksichtigt.

Die o.g. Einschränkungen kann man sicherlich mit einem geeigneten FEA-Software-Paket und entsprechenden Einstellungen in der FEM-Software (Stichwort wäre schichtweise aufgebaute Verbundwerkstoff) und reichlich FEA-Erfahrung entgegentreten – für meinen ersten Gehversuch in der FEA reicht mir das geschilderte Vorgehen zunächst.

Für alle, die nun auch einmal Ihre Druckteile zerstörungsfrei testen wollen, für die habe ich hier meinen Workflow einmal übersichtlich zusammengefasst:

Der FEA Workflow mit Z88 Aurora in einer kompakten Übersicht.

Der FEA Workflow mit Z88 Aurora in einer kompakten Übersicht.

 

Das Bauteil ist nun auch gedruckt:

Nach der FEA habe ich das Teil dann gedruckt.

Nach der FEA habe ich das Teil dann gedruckt.

Soweit aus der Bastelkammer

Horrido und stay tuned…