Modellezés esettanulmányok

A Phrozen Shuffle 3D nyomtató felhasználása elektromos versenyhajó modell alkatrészeinek készítésében

Elektromos meghajtású versenyhajó modellek építésével foglalkozom és természetesen versenyzem is velük. Ezekben a modellekben rendkívül sok egyedi tervezésű és gyártású alkatrész van, ha kissé alaposabban megvizsgáljuk a modell felépítését, akkor a motoron, sebességszabályzón, akkumulátoron és a távvezérlő berendezésen kívül szinte minden alkatrész egyedi gyártásban készül. Sok alkatrész hagyományos forgácsoló, ill. műanyag-alakító eljárásokkal történő legyártása bizony rendkívül idő- és munkaigényes eljárás, sok esetben pedig speciális szerszámok szükségesek hozzá, amelyek, miután egyedi, ill. kis sorozatú gyártásról beszélünk, esetenként eléggé költségigényesek is.

Az eredeti szándékom szerint kifejezetten a modellek meghajtását szolgáló fogászati acélból készülő propellerek viaszmintáinak nyomtatásához vásároltam meg ezt a nyomtatót. Kíváncsiságból nem csak a Bluecast X10 viasztartalmú gyantát vettem meg hozzá, hanem Phrozen ABS Like és Phrozen Rock Black Stiff gyantákat is, gondoltam, kipróbálom ezeket is, hátha a későbbiekben más alkatrészeket is tudok majd gyártani a hajómodellekhez. Ez az elképzelés tökéletesen bevált, amint az alábbiakban majd olvasható is lesz.

Itt szeretném külön kiemelni a 3D nyomtató Shoppe munkatársainak segítőkészségét, barátságos stílusát, nagyon sokat segítettek a kezdeti időkben és még ma is. Ezúton is sok köszönet a maximálisan pozitív hozzáállásukért.

Úgy gondoltam, hogy az alábbiakban fényképek segítségével bemutatom néhány alkatrész nyomtatással történő elkészítését, ezzel is prezentálva és bizonyítva azt a tényt, hogy a Phrozen Shuffle 3D nyomtató felhasználásával milyen nagy mértékben leegyszerűsíthető és megismételhetővé tehető a kis méretű, speciális alkatrészek gyártása.

1. Propeller viaszminta nyomtatása

Ennek az alkatrésznek a nyers öntvénye fogászati lemezfémből un. viaszvesztéses eljárással és centrifugál öntéssel készül. Az negatív öntőminta elkészítéséhez szükség van egy pozitív mintára, amelyet Bluecast X10 viasztartalmú gyanta felhasználásával nyomtatunk. Mivel az elkészült nyers öntvényből manuális megmunkálással (csiszolással, polírozással) alakítjuk ki a kész propellert, ezért nagyon lényeges a viaszminta pontossága és felületi érdessége. A Phrozen Shuffle 3D nyomtató ezeket az igényeket maximális mértékben ki tudja elégíteni.

Nyomtatási alapanyag:           Bluecast X10 viasztartalmú gyanta

Nyomtatási segédanyag:        UV érzékeny ragasztóanyag

Nyomtatás előkészítése:         ChiTuBox program

Megjegyzések, tapasztalatok: Az UV érzékeny ragasztóanyag használata a tárgyasztal előkezelésénél erősen javasolt. Az UV ragasztót érdemes a gyantával együtt a műveletek előtt 33-36 C fokra melegíteni, így hígfolyósabb lesz és könnyebben elteríthető vékony rétegben a tárgyasztalon. A vékony réteg fontos, ugyanis a tapasztalataim szerint ha vastagabb réteget alkalmazunk akkor a nyomtatás első egy-két rétege elmozdulhat („elúszhat”) akár több mm-t is a tárgyasztalon. Az alkatrész geometriája miatt alátámasztások a propeller mintához nem voltak szükségesek.

Az öntőcsonk megtervezésénél fontos, hogy a hengeres testen ne legyen hirtelen átmérőváltozás, beszúrás, stb. ugyanis a nyomtatás közben függőleges helyzetű hengeren az ilyen beszúrási helyeken a gyanta hajlamos kis cseppekben megállni és így nem tud visszafolyni a gyantatartóba. Ezek a kicsi cseppecskék a nyomtatás befejezéséig a kapott UV sugarak hatására megkötnek és torzítják az öntőcsonk szabályos geometriáját, ami az utómegmunkálásnál (pl. propeller agyfurat elkészítésénél) hátrányos lehet.

A használt gyantát soha ne öntsük vissza az eredeti flakonba, tároljuk külön, pl. 100 ml-es fekete színű porflakonban. 3-4 nyomtatásnál több alkalommal ne használjuk ezt a tárolt anyagot, ugyanis tapasztalataim szerint a gyanta a felhasználások számának növekedésével egyre érzékenyebbé válik az UV fényre és a sokadik felhasználáskor már a darab olyan felületeire is ráköt szabálytalan formájú cseppecskék alakjában (ezzel persze torzítva a darabot) ahova nem is kellene.

A nyomtatás befejezése után mielőbb meg kell tisztítani IPA segítségével a munkadarabokat a felesleges folyékony gyantától. Én ehhez egy kis méretű ultrahangos mosót és finom szőrű smink ecsetet használok. Ezután a nyomtatott darabok 1 óra időtartamra bekerülnek egy UV kamrába a tökéletes megkötésig, kikeményedésig. A darabok színe a kikeményedést követően megváltozik, halvány sárgásfehérré és a vékony részeknél opálosan áttetszővé válnak.

  

A gyanta kötésének gyorsítása érdekében készítettem egy UV kamrát, amely egy hőálló üvegedényből és egy 12 VDC feszültségű, vízálló UV LED sorból áll, amelyben 300 db LED található. Ezt a LED sort egyszerűen feltekertem az üvegedény külső palástjára majd az egész edényt beborítottam előre meggyűrögetett vastag alu-fóliával. A fotón látható kis ventilátor működés közben hűti az edény belső terét, így megakadályozza az edény és a nyomtatott darabok felmelegedését. A túlzott meleg a nyomtatott alkatrészeknél – főként a vékonyabb részeknél – vetemedéshez, torzulásokhoz vezethet.

LED sor beszerzési forrás: eBay.

Azért érdemesebb vízálló kivitelő LED sort vásárolni, mert ez egy vékonyfalú szilikongumi csőbe van behúzva. Ez azért hasznos, mert így a LED égők nem érnek közvetlenül az üvegedény falához, így kevésbé hevítik fel az üveget.

2. Antenna tartó nyomtatása

Ennek az alkatrésznek a feladata az, hogy biztonságosan rögzítse a távvezérlő vevőjének az antennáját, amely egy vékony koaxiális kábel. Erre a kábelre egy rövid szilikon-gumi csövet ragasztok, amelyet azután beledugok az antenna tartó furatába. Így az antenna szilárdan és mégis rugalmas módon van rögzítve. Az antennatartó epoxi alapú ragasztóval van a modell motorház-fedelének belső oldalára ragasztva.

Nyomtatási alapanyag:           Phrozen Rock Black Stiff gyanta

Nyomtatás előkészítése:         ChiTuBox program

 

3. Motor vízhűtés csonk nyomtatása

A modell meghajtását szolgáló nagy teljesítményű elektromotor hűtése vízzel történik. A megfelelő hűtés érdekében a motor testére egy nagyobb átmérőjű, karbonból készült, megfelelően kialakított csövet húzunk, amelyet tömítünk. Így a hűtővíz a cső belső fala és a motortest között áramolva tudja hűteni a motort. A víz be- és kiáramlási csonkjának speciális alakja van, így ezt a legcélszerűbb nyomtatással elkészíteni. Miután a Phrozen Shuffle 3D nyomtató nagy pontossággal képes nyomtatni, ezért az elkészült vízhűtés csonk nem is igényel különösebb utómunkát, csupán epoxi alapú ragasztóval bele kell rögzíteni az alumínium csatlakozó csövet és a csonkokat fel kell ragasztani a karbon hűtőtestre.

Nyomtatási alapanyag:           Phrozen Rock Black Stiff gyanta

Nyomtatás előkészítése:         ChiTuBox program

Megjegyzések, tapasztalatok: Ez a gyanta nagyon kemény, a kisebb falvastagságú részeknél ridegnek is mondható. Az ilyen helyeken óvatosan kell forgácsolni, pl. fúrni, mert az ilyenkor keletkező esetleges mechanikai feszültségeket nem bírja túl jól és elpattanhat a darab.

Tervezem a későbbiekben a gyanta keverését Phrozen Nylon gyantával kb. 10-15%-os arányban. Így talán ez a rideg tulajdonság csökkenthető.

 
 

4. Motor fogó nyomtatása

A modell motorháza eléggé szűkös, így a motor beszerelése kissé nehézkes, mert a motor kézzel történő megfogása, ill. pontos megtámasztása nem nagyon lehetséges. Ezért készítettem egy olyan célszerszámot, amellyel ez a feladat egyszerűbben megoldható. A fogó szárainak külön-külön nyomtatásával kezdtem a munkát, majd a szárakon levő furat dörzsárazása után egy megfelelő méretű csavarral szereltem össze a fogót. A fogó pofáinak belső oldalát dekorgumival borítottam, ezzel nagyobb tapadóerőt és így biztosabb megfogást tudtam elérni.

Nyomtatási alapanyag:           Phrozen ABS Like gyanta

Nyomtatás előkészítése:         ChiTuBox program

 
 

Lényeges, hogy később készítettem egy új fogót kissé módosított geometriával és a keményebb Phrozen Rock Black Stiff gyantából, ugyanis a Phrozen ABS Like gyanta e célra kicsit gyengének bizonyult és a legvékonyabb résznél (a forgási pont közelében) eltört. Az új fogó ellenben tökéletesen működik azóta is.

5. Kihajtási tengely-csapágyház szögmérő készülék nyomtatása

A hajómodellek kedvező menettulajdonságainak megvalósításához rendkívül fontos a kihajtási tengely-csapágyháznak a hajógerinc vonalához viszonyított mélységi és oldalszögének pontos beállítása. Ehhez a feladathoz készítettem egy lézeres szögmérő műszert, amelynek lézermodul tartó alkatrészeit nyomtattam ki kemény Phrozen Rock Black Stiff gyantából. Ez a gyanta kikeményedés után nagyon jól megmunkálható forgácsolással, így bele tudtam fúrni a beállító csavarok meneteit, valamint epoxi alapú ragasztóval felragasztottam az alsó lézermodul tartóra a fém rögzítő elemet. A keresztsugarú lézermodulok a készüléktől 1000 mm-re elhelyezett fehér lemezre vetítették ki a jelzéseiket, így a legkisebb elmozdulás is jól mérhetővé vált a vetítőlemezen. Az elkészített szögmérő műszerrel nagyon pontosan be tudtam állítani a tengely-csapágyház szögét mindkét irányban.

Nyomtatási alapanyag:           Phrozen Rock Black Stiff gyanta

Nyomtatás előkészítése:         ChiTuBox program

  
 

Végezetül mindenkinek nagyon jó és sikeres munkát kívánok a Phrozen Shuffle 3D nyomtatóval!

K. Péter
Egyházashollós