Ervaringen met 3D printen van vliegtuigmodellen

Van een clublid dat stopte met onze mooie hobby nam ik zijn HAI2 over, een vliegende vleugel. Hieraan beleefde ik veel plezier, totdat ik 2 servo stekkertjes verwisselde en hij bij de start aan zijn einde kwam. De romp was total loss, de vleugel leek gerepareerd te kunnen worden. Totdat ik deze stripte en de bouwkwaliteit kon beoordelen. Dat dit altijd goed gegaan was!

Intussen had ik voor andere doeleinden een 3D printer aangeschaft en in mijn hoofd rijpte het plan deze in te zetten voor de vervanging van mijn geliefde HAI2. Het printen van vleugels met zeer dunne ‘beplanking’, maar toch voldoende stevigheid, was een stap te ver. Dus ik besloot deze conventioneel te bouwen, maar wel de ribben te printen. Ik was in het bezit van de bouwtekeningen en een bouwbeschrijving uit het Duitse FMT, een goede basis voor het omzetten naar een 3D ontwerp.

Het Ontwerp

Voor het ontwerp gebruik ik het programma Fusion360 van Autocad dat gratis te downloaden is voor particulier gebruik, zelfs in de volledige uitvoering. Dit programma bevat vele honderden commando’s, voor ontwerp, sterkteberekening, CAM gestuurde productie enz., te veel om op te noemen. Onervaren als ik was, ben ik begonnen met het inscannen van de tekeningen van alle ribben om deze om te zetten in een digitale uitvoering, inclusief uitsparingen. Daarna moeten deze in de juiste positie worden ingebracht in de 3D wereld. Omdat de vleugel 2 keer schuin is, was dit een hele toer. Toen ik hiermee klaar was en enig inzicht in de werking van het programma had, waren we een maand verder!

Plotseling besefte ik dat het veel simpeler kon! Dus helemaal opnieuw begonnen, de begin- en eindrib op hun plaats gezet, een massieve vleugel geconstrueerd met één muisklik, het teveel tussenin weggehaald en binnen een uur had ik hetzelfde resultaat. Daarna de liggers ‘uitgesneden’ en de hele ribbenset was in een avond gepiept! Al doende leert men. Het voordeel is dat, als de ribben worden geprint, zij op 0,2 mm nauwkeurig zijn, de schuine liggers ook een schuine uitsparing hebben, en de voor- en achterkant eveneens de juiste afschuining hebben. Daarbij kan men variabelen benoemen, zoals “liggerdikte” of “liggerbreedte”. Als later blijkt dat de liggers niet 5 mm breed zijn, maar 5,4, zoals in mijn geval, verander je simpel deze variabele naar de werkelijke breedte en alles wordt in beide vleugels direct aangepast. In de alternatieve situatie moet men met een vijl of schaaf aan de slag. De liggers heb ik geprint in 2 mm met veel uitsparingen, dit laatste om gewicht te besparen.

Voor de romp heb ik alleen de spanten digitaal getekend. Oorspronkelijk is de romp een simpele rechthoekige kast, maar door de inmiddels toegenomen ervaring heb ik hem aangepast, ronder gemaakt. De spanten op de juiste plaats zetten en met een paar muisklikken heb je een automatisch gegenereerde vloeiend verlopende (massieve) romp. Die maak je met een andere opdracht hol. De wanddikte noem je in het programma bijvoorbeeld weer “wanddikte”, met een waarde van 0,8 mm. Mocht je later besluiten dat 0,7 mm ook voldoende is, verander je weer deze waarde in 0,7 en de hele constructie wordt opnieuw berekend, waarbij alles op elkaar blijft aansluiten. Gemak dient de mens!

[smart-grid row_height=”250″ last_row=”justify” captions=”false” style=”12″ title=”false”] [/smart-grid]

Verder blijft het programma je verrassen. Hoewel je soms zeker denkt te weten dat je alles juist ingesteld hebt, is het resultaat niet wat je verwacht. Maar hier biedt het internet uitkomst. Even intikken in Google wat je probleem is en tientallen voor je hebben het probleem al meegemaakt of opgelost. En als je er echt niet uit komt, is er een forum, waarop je je vraag kunt stellen.

Als het ontwerp klaar is, moet het geheel printklaar worden gemaakt. De printer bouwt het model op in laagjes, in mijn geval elk 0,2 mm dik. Dit alles stel je in via een ander programma, een slicer. Dat is weer een hele wereld op zich, met tientallen variabelen, zoals, temperatuur, snelheid, koelventilator ja/nee, laagdikte, ondersteuning van vrij hangende delen enzovoorts.

3D Printen

Mijn printer (Prusa i3 MK3) heeft een printvolume van 250 x 210 x 210 mm, dus je zult in delen moeten printen. Dit printen gaat niet snel. Voor een rompdeel is de printer al gauw een uurtje of 4 bezig. Maar je hoeft er niet bij te blijven. Voor het slapen gaan opstarten en ’s morgens ligt het resultaat te wachten. Ook de spinner en meenemer zijn 3D geprint. De meenemer heb ik uitvoerig getest op treksterkte en dit bleek geen probleem. De kosten van het materiaal spelen nauwelijks een rol. De romp weegt 160 gram en de ribbenset 60 gram. Het materiaal kost € 18 per kg. Balsa is per definitie duurder!

De rompdelen worden met CA lijm (secondenlijm) aan elkaar gelijmd. Heb je bij normale materialen nog enkele seconden om te corrigeren, bij het gebruikte plastic ontbreekt die tijd nagenoeg. Contact tussen de delen betekent vrijwel onmiddellijk vast. Daarom heb ik in de afzonderlijke delen pasgaatjes geprint, die exact tegenover elkaar liggen. Met geleide-pennetjes schuiven de delen bij het lijmen dan bijna naadloos tegen elkaar.

De opbouw verliep verder zonder problemen. De constructeur adviseert een vlieggewicht tussen 1100 en 1500 gram, ik ben geëindigd op een keurige 1350 gram, dit is inclusief accu en telemetrie apparatuur (GPS en vermogensmeter). Deze laatste meet het verbruik in mAh, waarbij de zender een signaal geeft dat het tijd is om te landen.

En wat zijn nu mijn ervaringen?

Voordelen van 3D printen:

• Grote vormvrijheid, geen mallen nodig voor bijvoorbeeld motorkappen.
• Zeer “precies” bouwen mogelijk, toleranties +- 0,2 mm. Iedereen heeft wel eens moeite gehad de juiste motordomp en zijstelling aan te houden bij het inlijmen van een motorschot. Of de precieze aansluiting tussen vleugel en romp met de bijbehorende bevestigingspennen. Bij 3D printen is dit geen enkel probleem. Alles past precies.
• Geen verrassingen dat er iets niet (in)  past. Je kunt de contouren van de overige componenten (bv. Motor, ontvanger) inbouwen  in het ontwerp. Het gaat mij nog te ver, maar je kunt in het programma zelfs de roeruitslagen bewegend simuleren!
• Schuren niet nodig, geen stof!
• Bij kleine schades simpelweg nieuwe onderdelen printen.
• Indien het ontwerp eenmaal klaar is, veel tijdwinst met bouwen. Printen en lijmen!
• Voor hen die geen zin hebben zich te verdiepen in het ontwerpen, bij  3DLabprint  kun je de bestanden voor complete modellen aanschaffen (ca.USD  40/st).  Ze worden geleverd met uitvoerige bouwbeschrijving en printerinstellingen. Deze kunnen direct worden geprint.
• Als je de software eenmaal onder de knie hebt, kun je relatief snel modellen ontwerpen en bouwen.
• Printen is goedkoop en balsa is duur. Ook vleugelbevestigingen, spinners, meenemers  etc. zijn te printen. Materiaalkosten zijn te verwaarlozen.
• Handige toegevoegde zaken mogelijk. Voor dit model heb ik bijvoorbeeld een extra (flexibele) mal geprint in 0,2 mm dikte voor het kielvlak. Op het balsa leggen, omtrek aftekenen en uitsnijden. Past precies! Ook de mal voor het aanbrengen van de 2-kleurige bespanning heb ik op die manier gemaakt. Kunnen direct uit het ontwerp worden geprint.
• Modern, je bent weer helemaal bij de tijd!
• Ook buiten de modelbouw zijn er legio toepassingen voor 3D printen.

En nu de nadelen:

• Eerst moet je inzicht krijgen in de programmatuur voor ontwerpen en printen. Deze zijn uitsluitend Engelstalig.  Als je hoofddoel alleen het bouwen van een vliegtuig is, ben je hiermee klaar voordat je in het andere geval  voldoende vertrouwd bent met de programmatuur!
• Ook met het printen zul je ervaring moeten krijgen. Hoewel het uiteindelijk geprinte gewicht maar enkele honderden grammen is, heb ik een kilogram aan materiaal verspild aan proefprints!
• 3D printen lijkt een iets hoger gewicht te geven dan bouwen met balsa, maar hier kan nog worden geëxperimenteerd.
• Het materiaal (PLA) is niet hittebestendig. Boven de 60 graden wordt het slap. Dus ook direct vaststrijken van folie op kunststof delen moet zo veel mogelijk worden vermeden. Verder weet ik nog niet hoe het model zich houdt in de volle zon. PETG heeft een iets hogere temperatuurbestendigheid (>70 gr), maar geeft een iets minder mooi printresultaat.
• Ook met de stevigheid heb ik nog geen ervaring. Het materiaal is hard en daardoor bros? Een een paar stevige landingen en we weten het!

Inmiddels heeft het model zonder problemen zijn eerste vlucht achter de rug. Komend seizoen zal het zich moeten bewijzen en weten we meer. Ik zal mijn ervaringen te zijner tijd aanvullen.

Voor hen die nog durven, succes! En, vragen mag altijd!

Frans van Ham