Schraubenfedern aus dem Filamentdrucker - nur so eine Idee

[Jettaheizer]

Hallo Leute,

heute morgen, als ich aufgewacht bin, hatte ich eine Idee. Fragt mich bitte nicht, wie ich darauf kam, das weiß ich selber nicht so genau.
Ich muß auch dazu sagen, daß ich von 3D-Druck nicht wirklich viel Ahnung habe. Ich besitze auch selber keinen 3D-Drucker.
Es geht hier auch nur um die Frage, ob diese Idee grundsätzlich machbar wäre.

Ich hatte die Idee, daß man Schraubenfedern mit einem Filamentdrucker herstellen könnte, die aber nicht schichtweise, sondern "am Stück" gedruckt werden und somit deutlich stabiler sind als in Schichten gedruckt.
Ich stelle mir das folgendermaßen vor: es gibt ja 3D-Drucker, die kein beheiztes Druckbett benötigen, sondern auf einer Folie (oder auch ganz ordinärem Kreppband) drucken.
Jetzt nimmt man einen (Metall-)Zylinder, der waagerecht liegend in Böcken gelagert wird, so daß er sich drehen kann. Ausgerichtet ist er im Drucker in X-Richtung. Gedreht wird dieser Zylinder von einem Schrittmotor, der anstelle der Y-Achse des Druckbetts angesteuert wird. Dann wird der Zylinder mit der Folie (oder dem Kreppband) beklebt.
Das zu druckende Objekt wird als diagonal angeordneter Stab gezeichnet. Die Enden laufen senkrecht aus und werden beschnitten, so daß sich ein glattes Ende ergibt.
Jetzt startet der Druckkopf am Ende des Zylinders. Normalerweise würde der Drucker jetzt auf dem Druckbett einen diagonal liegenden Stab drucken. Da es aber keine lineare Y-Achse gibt, sondern mit dem Y-Kanal der Zylinder gedreht wird, druckt der Kopf jetzt spiralförmig um den Zylinder herum. Das Ergebnis ist eine Schraubenfeder, die praktisch "aus einem Strang" gedruckt ist, ohne Stützstrukturen oder ähnliches. Die Größe der Feder ergibt sich aus dem Durchmesser des Zylinders und der Länge des Drucks.
Und mit dem entsprechenden Filament und dem Querschnitt des "Stabs" könnte man die Härte verändern.

Ich hoffe, ich hab das jetzt einigermaßen verständlich ausgedrückt.
Jetzt die Frage an die Druck-Experten: wäre das so grundsätzlich möglich?
Ob es sinnvoll ist, steht dabei auf einem ganz anderen Blatt.

Gruß,
Franz

 

[Bording]

Hallo Franz

es gibt einen sogenannten "Vasenmodus" bei dem eine endlose Schlange gedruckt wird. Dazu müsste man dann noch eine entsprechend dicke Düse einsetzen. Soweit die Theorie

 

[Jettaheizer]

Hallo Bert,

man könnte (nach meiner Idee) schon mit unterschiedlichen Schichtdicken arbeiten, nur daß die einzelnen Schichten dann längs des Objektes verlaufen.

Gruß,
Franz

 

[Winni]

Moin Franz.
Du brauchst aber die Steuerung der Y-Ebene trotzdem für den Druckkopf.
Du brauchst ja zum positioniern der Düse an den Startpunkt alle 3 Ebenen, damit der Druckkopf aus seiner Parkposition in die Startposition fährt.
Der Druckkopf muss ja in eine Position fahren, die 0,1 mm über der Zylindermitte (höchster Punkt des Zylinders) liegt um mit dem Druck zu beginnen. Das wirst du niemals von Hand ausrichten können. Wenn dieser Abstand auch nur um die Hälfte verkehrt ist bekommst du keine Anfangshaftung mehr zustande.
Dickste Materialstärke im Druck ist bei käuflich erwerbbaren Düsen für unsere semiprofessionellen Drucker 0.8 mm.
Ich bezweile auch, das da viel mehr geht, eventuell noch 1 mm, da das Material ja auch schnell genug auf die Schmelztemperatur gebracht werden muss.
Aus PLA würde die Feder auch sehr schnell brechen, da PLA zu hart ist.
Ich habe da ja schon meine Erfahrung mit, aus dem Blattfederdruck beim MAN-VW-FAE 8.136.
Federn die im Sommer nicht zu weich sind, brechen im Herbst bei 10° -15° schon sehr schnell. Und nicht wegen der Schichten, sondern auch quer zum Faserverlauf.

 

[Jettaheizer]

Hallo Winni,

dann müßte man also eine "Umschaltung" konstruieren, die es ermöglicht, den Druckkopf vor dem Druck an die richtige Stelle zu fahren und nach Umschaltung die Y-Achse während des Drucks als Drehachse für den Zylinder nutzt.
Weiterhin hab ich ja nicht gesagt, daß die Feder aus nur einer Schicht bestehen soll. Man kann ja mehrer Schichten übereinander drucken und auch mehrere "Bahnen" (ich weiß nicht, wie das richtig heißt) nebeneinander. Nur daß die dann halt nicht auf einer ebenen Fläche, sondern auf einem sich drehenden Zylinder gedruckt werden, so daß letzten Endes eine Spirale, sprich eine Schraubenfeder herauskommt.
Und was das Material betrifft, meine ich hier mehrfach gelesen zu haben, daß es auch flexible Filamente gibt.

Gruß,
Franz

 

[Winni]

Hallo Franz.

Flexible Filamente gibt es. Aber flexibel heißt hier biegbar ohne zu brechen aber leider quasi keine Federwirkung.
Für eine Feder muss das Material hart und trotzdem bruchfest sein. Wie z.B. Federstahl. Das Metall einer Feder ist flexibel mit dem Bestreben seine Ursprungsform wieder anzunehmen, was es auch mit einer relativ hohen Kraft macht. Du kannst es nur unter hoher mechanischer Gewalt so biegen, dass es seine Form ändert. Die flexiblen Kunststoffe haben leider nur ein sehr geringes bestreben in ihre Ursprungsform zurückzukehren.
Der maßgebliche Unterschied ist hierbei das Streckgrenzenverhältnis, d. h. das Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit des Werkstoffs, welches bei Federstählen üblicherweise im Bereich > 85 % liegt. Und dieser Unterschied ist bei üblichen Kunststoffen einfach zu klein.
Du kannst dir so eine Feder mit viel Aufwand für die Optik machen, aber sie wird kein Fahrzeug tragen und federn.
Als Filament erhältlicher Kunststoff kommt eben nicht an die Werte von Federstahl oder Phosphorbronze heran, und damit auch nicht an seine Kräfte. Der Effekt ist der gleiche, als wenn du dir aus z.B. 1,5 mm Messingdraht eine Feder wickelst.
Die federt auch, aber die Traglast ist fast 0.
Ich habe in der Firma genug Federn aus 61SiCr7-1.710 (Material für Schraubenfedern) (alte Bezeichnung EN 10089-60SiCr7) gewickelt, und als Werkzeugbauer die hydraulischen Wickelmaschinen passend zu unserer Produktion dafür gebaut. Daher weiß ich wie viel Kraft und engeres wickeln als den Sollduchmesser man aufbringen muss um Federn, die auch ausreichend Kraft haben zu fertigen.

 

[Winni]

Aber die generelle Idee zur Fertigung hast du dir schon schön ausgedacht.

Wenn du aber in mehreren Schichten drucken willst bekommst du ein Formproblem. Du bekommst keinen kreisförmigen Materialquerschnitt hin.
100%ig wirds aber auch schon nicht wenn der Düsendurchmesser dem Material entspricht.
Der Druck liegt ja auf dem Zylinder auf, und der Querschnitt hat nach dem Druck immer auf der Innenseite eine Abflachung.

Es wird aber auch schon schwierig, aber nicht unmöglich die Zylinderlagerung so zu bauen, dass der Abstand in Z-rRchtung und in Y-Richtung nich mehr als [SUP]1[/SUP]/[SUB]100[/SUB] - [SUP]2[/SUP]/[SUB]100[/SUB] toleranz in der Position aufweisen.

X-Richtungsvorschub der Düse ist dann Abhängig von der Steigung der Spiralfeder.
Der Materialvorschub ist schon schwieriger zu ermitteln, weil er vielerlei Abhängigkeiten unterliegt.
Da wären aus dem Stehgreif genannt schon mal X-Vorschub, Zylinderdurchmesser, Düsendurchmesser, Druckgeschwindikeit und Materialart. Das sind so die wichtigsten, die mir sofort einfallen.

Also, ich will mal sagen, ich würde nicht versuchen es umzusetzen. Es ist mir viel zu viel Aufwand, wo ich vorher schon weis, dass es nicht Erfolgsversprechend ist.
Obwohl ich ja jemand bin, der experimentierfreudig ist. Und immer gerne austestet: Geht das?

Mein Fazit, wie du schriebst unabhängig davon ob es sinnvoll ist.

• Sinnvoll nein.
• Machbar ja. Mit sehr hohem Aufwand.
• Federwirkung fast "0".

 

[Jettaheizer]

Hallo Winni,

mir ist schon klar, daß eine Schraubenfeder aus entsprechendem Metall gewickelt immer noch die beste Lösung darstellt. Aber daß die Federwirkung einer Kunststofffeder nahezu null ist, hätte ich jetzt ehrlich gesagt nicht erwartet. Ich kenne aus anderen Bereichen Federn aus Kunststoff (z.B. bei Fischertechnik), die durchaus eine akzeptable Federwirkung haben. Nur daß diese Federn nicht im 3D-Druck, sondern im Spritzgußverfahren hergestellt werden. Ich könnte allerdings jetzt nicht sagen, welches Material das genau ist und ob es dieses Material als Filament gibt.

Wie eingangs schon erwähnt, war das nur eine spontane Idee, die ich - aus welchen Gründen auch immer - beim Aufwachen hatte.
Die Zusammenfassung hast Du mir ja schon vorweg genommen:

Es wäre technisch möglich, aber der Aufwand steht in keinem Verhältnis zum praktischen Nutzen.

Lassen wir das einfach so als (vorläufiges) Ergebnis stehen.
Falls sich doch noch jemand findet, der das ausprobieren möchte, wäre ich sehr an den Erkenntnissen interessiert.

Gruß,
Franz

 

[Winni]

Ja, würde mich dann auch interessieren.

Zu Fischer Technik[SUP]®[/SUP].
Die Federn könnten aus Nylon sein. Es gibt auch Nylonfilament was saumäßig schwierig zu drucken ist.
Ich habe es nicht auf dem Druckbett zum haften bekommen.
Es wäre aber auch möglich, dass die Federn kunststoffumspritzte Metallfedern sind.
Die Grundbausteine von Fischer Technik[SUP]®[/SUP] haben oder hatten ja auch einen Metallkern.

 

[urban warrior]

Moin

und sorry, dass ich da einklinke, nachdem eigentlich Alles gesagt ist.

1. Anstelle sich diesen Umstand zu machen, könnte man auch gleich das Filament direkt um einen Kern wickeln und dabei mit einem Föhn warm machen. Ist technisch unkomplizierter und hat den gleichen Effekt. Reduziert sich halt auf die bestehenden Filamentdurchmesser - oder man streckt das Filament vorher über einer Wärmequelle um den Querschnitt zu verringern. Alternativ könnte man auch PS Rundstab z.B. wickeln. Aber der Federungseffekt dürfte hier genauso niedrig sein.

2. Mir erschließt sich nicht ganz die Motivation zu dieser Idee. Schraubenfedern gibt es eigentlich in allen möglichen Dimensionen und "Leistungsklassen". Wozu welche aus Filament drucken? Es sei denn, man macht das für den Standmodellbau.

3. Franz ... dass ausgerechnet Du mit so einer Idee kommst, hat mich jetzt etwas verwirrt.

 

[Jettaheizer]

Hallo Martin,

1. Anstelle sich diesen Umstand zu machen, könnte man auch gleich das Filament direkt um einen Kern wickeln und dabei mit einem Föhn warm machen. Ist technisch unkomplizierter und hat den gleichen Effekt. Reduziert sich halt auf die bestehenden Filamentdurchmesser - oder man streckt das Filament vorher über einer Wärmequelle um den Querschnitt zu verringern. Alternativ könnte man auch PS Rundstab z.B. wickeln. Aber der Federungseffekt dürfte hier genauso niedrig sein.

Richtig, könnte man auch machen. Aber darum ging es in meiner Idee ja nicht.

2. Mir erschließt sich nicht ganz die Motivation zu dieser Idee. Schraubenfedern gibt es eigentlich in allen möglichen Dimensionen und "Leistungsklassen". Wozu welche aus Filament drucken? Es sei denn, man macht das für den Standmodellbau.

Es ging ja in meinem Gedankenspiel nicht darum, "leistungsfähige" Federn zu drucken, sondern lediglich um das Verfahren an sich mit dem sich drehenden Zylinder. Ob es machbar wäre, eine Achse des Druckers von einer linearen in eine Drehbewegung umzuwandeln. Vielleicht auch, um andere zylinderförmige Objekte damit ohne Stützstrukturen zu drucken. Die Schraubenfeder wäre halt das ideale Beispiel für ein solches Objekt.

3. Franz ... dass ausgerechnet Du mit so einer Idee kommst, hat mich jetzt etwas verwirrt.

Warum? Ich habe nie den 3D-Druck grundsätzlich abgelehnt.

Gruß,
Franz

 

[urban warrior]

Hallo Franz

OK, Punkt 1 und 2 ist verstanden. Klar, warum nicht mal weiterdenken. Den 3D (Endlos-)Fließband-Drucker gibt es ja auch schon.

Zu Punkt 3. In dem anderen Thread klangst Du "zwischen den Zeilen" halt etwas "desillusioniert". Aber das mag das Problem mit dem geschriebenen Wort sein, was ja in Foren oft nur wenig der emotionalen Schwingungen des Verfassers wiedergibt. Und Emoticons können das auch nicht immer vermitteln. Und ich war ja nur verwirrt. Wie war das doch gleich?: "Ich bin nur Verantwortlich, für das was ich schreibe, nicht für das was Andere hineininterpretieren!" In diesem Sinne, Alles gut.