Der Weg zum Flugzeugflügel

Mit BeckerCAD eine spannende Aufgabe lösen

Je nachdem, welche Aufgabe ein Flugzeug hat, benötigt es den dazu passenden Flügel mit einem darauf abgestimmten Flügelprofil. Die Entwicklung eines derartigen Profils erfolgt unter anderem mithilfe eines Windkanals. Dazu werden Flügelprototypen benötigt, die – verteilt über die Flügeloberfläche– über kleine Bohrungen zur Druckmessung verfügen. Die Anfertigung solcher Flügelprototypen war früher sehr aufwendig und teuer. Heute können sogar engagierte Amateure diese bauen. Alles was man dazu benötigt, ist ein 3D-Drucker und eine 3D-CAD-Software, etwa beispielsweise BeckerCAD 14 3D Pro.

Der 3D-Drucker ist ein echter Technik-Meilenstein, denn damit werden Teile möglich, die mittels abtragender Verfahren, wie etwa Fräsen oder Schleifen, entweder überhaupt nicht oder nur mit höheren Kosten herstellbar sind. Dies trifft nicht zuletzt für den Flugzeugbau zu. So können damit in kurzer Zeit beispielsweise viele unterschiedliche Flügelprofile hergestellt und in einem Windkanal getestet werden, um noch mehr Auftrieb beziehungsweise geringeren Kerosinverbrauch zu erreichen.

Für die Konstruktion derartiger Flügelformen muss keine hochpreisige CAD-Software angeschafft werden, da solche Arbeiten auch mit BeckerCAD 14 3D Pro erledigt werden kann. Dieses Programm fußt auf früheren Versionen des Profi-CAD-Systems CADdy++ von Datasolid, ist daher für viele Konstruktionsaufgaben hinsichtlich der Leistungsfähigkeit völlig ausreichend dimensioniert. Dieses Programm ist in der Lage sowohl 2D- als auch 3D-Konstruktionen zu erstellen.

Für die Erstellung eines Flügels bietet es sich an, zunächst das 2D-Modul zu nutzen, um das Profil des Flügels zu erstellen. Dabei stellt man sehr schnell fest, dass BeckerCAD über sehr ausgefeilte Funktionen verfügt, die eine derartige Konstruktion sehr einfach machen. So wird beispielsweise bei Aktivierung der Funktion „Bogen 3 Punkte“ der Tangentenpunkt laufend angepasst, was es erlaubt, einen Bogen über drei Punkte intuitiv zu erstellen. Dies ist sehr hilfreich, wenn die genauen Maße des Flügelbogens oder der Verlauf von Bohrungsmittelpunkten noch unbekannt sind und diese sich erst im Konstruktionsprozess herauskristallisieren.

Die 2D-Zeichnung umfasst nicht nur die eigentliche Flügelform, sondern auch Bohrungen, die bei der Extrusion zu Zylindern werden, die später als Aufnahmebohrung für Mess-Schläuche dienen. Zudem sind weitere Bohrungen nützlich, an denen der spätere Flügel im Windkanal befestigt wird. All dies wird berücksichtigt und die Mittelpunkte dieser Bohrungen mittels des Werkzeugs „Hilfskonstruktionen“ erzeugt, in dem Geraden, Kreise und Ellipsen ausgewählt werden können.

Wenn alle Details für den Flügel eingezeichnet sind, werden die Hilfskonstruktionen ausgeblendet, die Funktion „Dynamisch kopieren“ aufgerufen und werden mit dem Cursor alle Objekte erfasst, die zum Flügel extrudiert werden sollen. Anschließend kann in den 3D-Modus gewechselt werden, wo die eben selektierten 2D-Elemente bereits eingezeichnet sind. Diese lassen sich mühelos an den gewünschten Platz verschieben und dort fest verankern.

Nachdem die Funktion „Schieberkörper ->Z“ aktiviert wurde, können die zu extrudierenden Elemente selektiert und auf die gewünschte Höhe extrudiert werden. Über die verschiedenen Ansichtsfenster kann der eben erzeugte Flügel in verschiedenen Ansichten betrachtet werden.

Ist eine individuelle Ansicht gewünscht, so kann über die Taste „W“ ein manueller Ansichtsmodus gestartet werden. Ist dieser aktiv und zudem die Shift-Taste gedrückt, so wird das 3D-Modell gedreht, ansonsten nur verschoben. Wird hingegen die Taste STRG betätigt, so kann das Modell bei bewegter Maus gezoomt werden. Werden die Shift sowie die STRG-Taste gleichzeitig betätigt, so wird das 3D-Modell um die Z-Achse gedreht.

Auf den Oberflächen der erzeugten Volumenkörper kann sehr einfach eine neue Konstruktionsebene (KE) erzeugt werden. Dazu besitzt BeckerCAD ein eigenes Icon, das verschiedene Möglichkeiten der Erzeugung von Konstruktionsebenen bietet. Auf diesen Konstruktionsebenen lassen sich 2D- und 3D-Elemente erzeugen und manipulieren.

So können beispielsweise 2D-Elemente erstellt und über die Funktion „Schiebekörper ->Z“ wiederum 3D-Objekte erzeugt werden.

Nachdem dort an geeigneter Stelle erneut eine Konstruktionsebene erstellt wurde, lassen sich sehr einfach Bohrungen erzeugen, die zunächst aus 3D-Zylindern erstellt wurden. Die eigentlichen Bohrungen im Flügel entstehen, indem diese Zylinder über die boolesche Funktion „Subtraktion“ von der Flügelform „abgezogen“ werden.

Nachdem alle Bohrungen eingebracht sind, kommt der Modell-Explorer zum Einsatz, da es damit unter anderem möglich ist, 3D-Gebilde durchsichtig zu machen.

Auf diese Weise kann geprüft werden, ob alle Bohrungen eingebracht wurden, der Flügel somit zum 3D-Druck bereit ist.

Für den 3D-Druck muss die Flügel-Konstruktion in das STL-Format exportiert werden und die erzeugte Datei in das 3D-Druckprogramm, beispielsweise „REXprint“ eingelesen werden.

Diese Software ist auf den 3D-Drucker Rex von Bresser abgestimmt und wartet mit vielen Features auf. So wird beispielsweise das 3D-Objekt automatisch auf den virtuellen Arbeitsplatz des 3D-Druckers platziert. Darüber hinaus werden selbsttätig eventuelle Fehler in der Datenstruktur behoben, sodass die Gefahr eines fehlerhaften Drucks des gewünschten Teils weitgehend minimiert wird.

Ausgesprochen hilfreich ist auch das nachträgliche manuelle Platzieren des Teils, um beispielsweise den zusätzlichen Platz der Diagonale des Drucktisches auszunutzen.

Für den Druck des Flügels ist es zudem empfehlenswert, die Funktion „Raft“ zu deaktivieren, da ein Raft in diesem Fall nicht benötigt wird.

Sobald alle Einstellungen abgeschlossen sind, kann die erzeugte gx-Datei per WLan oder USB-Stick in den Speicher des 3D-Druckers überspielt werden. Sobald alle Daten überspielt wurden, startet der Druck. Dabei wird zunächst eine automatisch von REXprint erzeugte Dummy-Kontur gedruckt, was den einwandfreien Fluss des Filaments beim Druck des eigentlichen Teils sicherstellt.

Die beim Druck des Flügels zu beobachtende Wabenstruktur wird von REXprint automatisch erzeugt, was den Vorteil hat, dass der Filamentverbrauch gering bleibt und dennoch ein fester 3D-Körper entsteht. Die Druckzeit für einen 80 Millimeter hohen Flügel ist mit rund 9 Stunden relativ hoch, weshalb der Druck erst dann starten sollte, wenn diese Zeit machbar ist. Zu berücksichtigen ist zudem die benötigte Filamentlänge, schließlich ist es sehr ärgerlich, wenn nach stundenlangem Druck das Teil unvollendet bleibt, weil der Filamentvorrat für eine Fertigstellung nicht ausreichte.

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