Die Raketendüse aus dem 3D-Drucker
In einem Körper verlaufende Konturen sind auf herkömmlichem Zerspanungs-Weg nur schwer oder überhaupt nicht zu realisieren. Ganz anders beim 3D-Druck beziehungsweise der Additiven Fertigung. Hier sind derartige Konturen mühelos erzeugbar, weshalb diese Technik beispielsweise im Werkzeugbau ebenso genutzt wird, wie in der Raumfahrttechnik. Die so produzierten Teile erlauben es beispielsweise, effektiv und ohne großen Fertigungsaufwand Wärme gezielt abzuführen. Zur Konstruktion derartiger Bauteile ist BeckerCAD 3D Pro prädestiniert, wie das Modell einer Raketendüse zeigt.
Werden Raketendüsen näher betrachtet, so fallen die vielen Kühlkanäle auf, die diese spiralförmig umfassen. Durch diese strömt ein Teil des Raketenbrennstoffes, bevor er in die Brennkammer eingespritzt wird. Dadurch wird eine Kühlwirkung erzeugt, die verhindert, dass die Düse aufgrund der hohen Brenntemperaturen schmilzt. Diese Kühlkanäle werden teils in Handarbeit verschweißt, was hohe Kosten verursacht. Künftig werden Raketendüsen daher wohl aus dem 3D-Drucker kommen, da es damit möglich ist, die Kühlkanäle direkt einzuarbeiten.
Ein entsprechendes 3D-Volumenmodell kann bereits mit dem preiswerten Zeichenprogramm „BeckerCAD“ erzeugt und mit einem beliebigen 3D-Drucker – etwa dem REX von Bresser – ausgedruckt werden, wie das nachfolgende Bild zeigt.
Wichtig ist, bereits in diesem Stadium die Bahn einzuzeichnen, die später für die zu erzeugende Kühlröhre benötigt wird. Zudem ist zu beachten, dass diese Bahn deutlich über den beiden Ellipsen ragt, damit die erzeugte Kühlröhre später für die boolesche Funktion „Subtraktion“ problemlos selektiert werden kann. Zu beachten ist, dass spätere Korrekturen an den Ellipsen nur mehr eingeschränkt möglich sind, da es BeckerCAD nicht erlaubt, Ellipsen beispielsweise zu verlängern. Daher sind Zeichenaktivitäten wohlüberlegt vorzunehmen!
Der obere Teil genügt, um im nächsten Schritt eine Raketendüse zu erzeugen. Aus diesem Grund wird der untere Teil gelöscht.
Hier einen Punkt zum Verschieben anwählen und die 2D-Zeichnung an die gewünschte Stelle verschieben.
Nun ist derjenige Volumenkörper zu erzeugen, der später zur Herausarbeitung der Kühlmittelbohrungen dient. Dazu ist zunächst ein Kreis in der Größe des gewünschten Durchmessers einzuzeichnen und in der Nähe des Pfads zu platzieren. Anschließend die Funktion „Schiebekörper Pfad“ aktivieren, alle Elemente des Pfads selektieren, den Kreis und einen geschlossenen Bereich anwählen sowie den Bezugspunkt (über mittlere Maustaste „Fläche/Schwerpunkt wählen) bestimmen und schon wird das Volumenmodell erstellt.
Danach müssen alle 2D-Elemente gelöscht werden, die als Pfad dienten. Dies ist leider nötig, da in BeckerCAD einige Funktionen deaktiviert sind, um dies zu vermeiden. Zusätzlich sind die Enden der Ellipsen mit je einer Geraden zu verbinden, damit eine geschlossene Fläche entsteht. Ehe die Pfadelemente gelöscht werden, muss über den Button „3D-Modus aktivieren/deaktivieren“ der 3D-Modus deaktiviert werden, damit die Löschfunktion sich nur auf 2D-Elemente auswirkt.
Nachdem die Funktion „Rotationskörper“ aktiviert ist, müssen alle Elemente selektiert werden, die den späteren Rotationskörper bilden. Dies geschieht am einfachsten über das Aufziehen eines Rahmens.
Nachdem alle Angaben der Funktion „Multiplizieren mit Kreisteilung“ getätigt sind und das gewünschte Objekt selektiert wurde, welches um den Mittelpunkt kopiert werden soll, werden nach kurzer Rechenzeit alle 3D-Objekte erzeugt. Diese müssen nun in Bohrungen „umgewandelt“ werden, wozu die boolesche Funktion „Subtraktion“ dient.
Nachdem diese Funktion angewählt wurde, genügt es, den Ausgangskörper sowie den zu bearbeitenden Körper zu wählen, woraufhin alle Bohrungen nach kurzer Rechenzeit erstellt werden.
Diese Düse könnte sofort im 3D-Drucker ausgedruckt werden. Doch muss die Raketendüse in der diesbezüglichen Software für den Druck zunächst korrekt auf dem Druckbett platziert werden, was unter Umständen nur schwer gelingt. Daher ist es besser, das 3D-Modell bereits in BeckerCAD entsprechend zu drehen, um den Platzierungs-Prozess zum korrekten Drucken auf ein sicheres Fundament zu stellen.
Dazu besitzt BeckerCAD die Funktion „3D-Objekte Transformieren“. Zum Drehen ist zunächst die Raketendüse anzuklicken, das Achsenkreuz anzuwählen und im Statusfeld der gewünschte Drehwinkel anzugeben, der in der Regel 270 Grad betragen sollte.
Ist alle korrekt abgelaufen, sollte die Raketendüse nun senkrecht stehen. Dieses Modell ist nun in das STL-Format zu exportieren und kann anschließend in die 3D-Druckersoftware eingelesen werden. Das Ergebnis sind Raketendüsen, wie sie wohl in nicht allzu ferner Zukunft auch für die Raumfahrt produziert werden.
