Hallo das Forum,
ich habe mir mal Gedanken über den Bau mechanischer Komponenten für Spektrografen mit einem 3D-Drucker gemacht. In den Astro-Foren gibt es schon einige wenige Beiträge über den Bau astronomischer Komponenten wie Sucherhalter und Montierungen!! Bisher mussten Selbstbauer von Spektrografen Zugriff auf eine gut ausgestattete mechanische Werkstatt haben: Ständerbohrmaschine, Fräse, Drehbank gehörten hier zur Grundausstattung. Ein umfangreiches Materiallager mit verschiedenen Aluprofilen war notwendig, um kurzfristig benötigte Komponenten zu fertigen. Der 3D-Druck bietet heute die Möglichkeiten, mit weniger Material- und Zeitaufwand viele Komponenten herzustellen:
3D-Drucker
Im Bereich des Prototypenbaus (Rapid Prototyping) ist in der Industrie heute der 3D-Druck eine anerkannte Alternative. Es gibt keinen Grund mehr, diese Technik nicht auch im privaten Bereich einzusetzen. Die Drucker und das Material sind erschwinglich (Bausätze ab 150 Euro, eine Rolle Material für ca. 40 Bauteile ab 20 Euro). 3D-Programme für die Modellierung sind kostenlos erhältlich (z.B. Fusion 360 von Autodesk). Der Prusa i3 MK2-Drucker wird z.B. als Bausatz angeboten. Man benötigt ca. 15 h für den Aufbau und die erste Inbetriebnahme. Ähnliche Geräte sind auch fertig aufgebaut erhältlich. Foren, die bei Problemen helfen, gibt es in großer Anzahl im Netz.
Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt jetzt in der 3D-Modellierung und dem Betrieb des Druckers, der einige Erfahrung benötigt.
Erste Ergebnisse
Ich hatte zunächst Bedenken bezüglich der Genauigkeit der gedruckten Teile mit Feingewinden. Die Abbildung zeigt einen Adapter mit einem M68 x 1 Gewinde an einem stabilen Okularauszug. Das freie Ende wird in einen geplanten Echelle-Spektrografen eingeklebt. Die Maße des Gewindes im ersten Prototyp betrugen 66,95 mm im Kerndurchmesser (zulässige Toleranz ist 66,57 mm …66,75 mm) und 67,63 mm im Außendurchmesser (zulässige Toleranz ist 67,79 mm … 67,97 mm). Die Abweichungen von der zulässigen Toleranz von ca. 1/10 bis 2/10 mm haben keinen negativen Einfluss auf die Passung. Das Teil passt problemlos auf einen kommerziellen M68-Adapter und den Okularauszug. In jedem Fall haben wir bei dem Programm Inventor (und anderen) die Möglichkeit, eigene Gewindemaße zu definieren. So können wir eventuelle Abweichungen von der Norm durch die Drucktechnologie kompensieren.
Die Druckzeit für den M68-Adapter betrug 2,5 h, die Modellierung dauerte 10 min, die Materialkosten betrugen ca. 50 Eurocent.
Es können mit dieser Technologie Gewindeadapter mit Feingewinde (M68, M69, M48, T2….), Bajonett-Verbinder, Halterungen für optische Bauteile, Off-Axis-Guider und andere Komponenten für die Astronomie gedruckt werden.
Nachteile und Resume´
Die bei diesem Drucker verwendeten Materialien sind die Kunststoffe PLA und ABS. Der E-Modul für PLA beträgt 3,5 GPa (für Aluminium 70 GPa, das bedeutet Faktor 20 weniger Durchbiegung bei Belastung als bei PLA). Die Teile aus dem Drucker können also nur für Komponenten verwendet werden, die wenig mechanischem Stress ausgesetzt sind. Gehäuse würde man deshalb nicht drucken sondern z.B. aus Carbon-Faserplatten erstellen. Mit den thermischen und mechanischen Eigenschaften der Materialien muss man sich im Vorfeld auseinandersetzen.
Bei ungünstig gewählten Drucker-Parametern können die Teile Fehlstellen aufweisen. Bei „Dächern und Überhängen“ in der Konstruktion hätte das Material keinen Halt. Der Drucker zieht dann ein Stützgestell ein, das nach dem Druck herausgebrochen werden muss. Das klappt nicht immer, wenn das Stützgestell zu massiv ausfällt. Man sollte während des Drucks anwesend sein, um bei Problemen abbrechen zu können. Mit wachsender Erfahrung sollten die Probleme jedoch abnehmen. Trotz der beschriebenen Nachteile wird sich der 3D-Druck vermutlich in Zukunft beim ATM (Amateur Telescope Making) durchsetzen.
Den Workflow und die Software habe ich auf meiner Webseite
http://www.darkskyfriends.de beschrieben. Dort finden sich auch Links und weitere Abbildungen.
Ich werde auch einige Teile zur nächsten Aspekt mitbringen.
Beste Grüße
Jochem
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