Bau einer Tapelegemaschine?

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Jomu
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Bau einer Tapelegemaschine?

Beitrag von Jomu » 20.03.2018, 03:49

Guten Tag!

Ich spiele mit dem Gedanken, eine eigene Tapelegemaschine zu bauen. Das ist eine Maschine, die Carbonfasern in Bandform auf eine Oberflaeche ablegt. Im Grossformat sieht das dann etwa so aus: https://www.youtube.com/wa=2QIUO-eNKx0
Das ganze mache ich nicht, weil ich unbedingt jahrelang im Bastelraum verbringen moechte, sondern weil eine professionelle Anlagen fuer meine Beduerfnisse vollkommen ueberdimensioniert und unerschwinglich ist, und zudem auch nicht das kann, was ich will.
In meinem Fall sollte auf eine flache Ebene von 300x600 mm, und auf rotierende Kerne von etwa ø80 x 600 abgelegt werden.
Da die Maschine im Endeffekt einer Portalfraesmaschine mit 4. Achse sehr aehnlich sehen wird, habe ich mir ueberlegt, dass ich wohl am besten von einem Bausatz fuer eine CNC-Maschine starte. Zudem waere eine CNC-Maschine ja auch nicht dumm, um benoetigte Teile (oder spaeter Werkzeuge) herstellen zu koennen. Anstelle der Spindel wuerde dann einfach der Legekopf kommen. Wobei der Legekopf auch in seiner Rotation kontrolliert werden koennen muss (also quasi eine 5. Achse), das Band wird in verschiedene Richtungen abgelegt.
Leider bin ich mit der Materie nicht sehr vertraut, so dass sich mir folgende Fragen stellen:

Maschine
- Welche Maschine waere eine geeignete Basis? Fuer mich gibt es zwei Optionen, entweder eine sehr einfache Maschine mit niedriger Praezision und Steifigkeit. Das waere fuer das Tapelegen eine immer noch gut genug, da die Kraefte nicht hoch sind, und 1 mm Positionsgenauigkeit eigentlich schon genug sind. Oder ich investiere in eine Maschine, die gleich gut genug ist, um auch die benoetigten Teile und Werkzeuge zu fertigen. Dann sollte sie aber auch in Aluminium funktionieren und auf etwa 0.01 mm Wiederholgenauigkeit kommen.
- Wie sieht das Angebot an 4. Achsen aus? Gibt es Kits, die gleich mit einer 4. Achse kommen?

CAM & Controller
- ist es realistisch, meine Programme mit einer guenstigen CAM-Software zu erstellen, und G-Codes zu verwende? Anders als beim Fraesen muss ich der Maschine ja mitteilen, in welchem Winkel der Legekopf sein soll, und wie schnell das Band abgespult werden muss. Die Pfade koennte ich zur Not haendisch im CAD erstellen.
- Gibt es erschwingliche Kontroller, die 5 Achsen kontrollieren koennen?

Ueber jegliche Hilfe wuerde ich mich sehr freuen!

Jyremya
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Re: Bau einer Tapelegemaschine?

Beitrag von Jyremya » 20.03.2018, 10:44

Der Link ist tot.
Und so ganz habe ich nicht verstanden was du willst, sind das dann quasi Carbonrohre? Und sollen die Fasern "straff gezogen" oder nur gelegt werden?
Wie erfolgt die Fixierung, nachträglich mit Harz oder wie kann man sich das vorstellen? Ist das der Versuch quasi 3D- Druck mit Carbonfasern die in Spannungsrichtung gelegt werden umzusetzen? Das ist ein sehr innovatives Thema...
Fürs reine Legen bietet sich das 3D-Drucker Grundkonzept an, günstig, geringe Kräfte und hier https://www.coffee.de/markforged/mark-two/ kann man sich inspirieren. Für ein Mehrachskonzept musst du dir wahrscheinlich selber was schreiben, oder mit konstanter Drehgeschwindigkeit arbeiten. Inspiration ansonsten: http://www.5axismaker.com/software/ da wird auch ein Softwarekonzept erarbeitet (Opensource).
Ich würde mich über mehr Infos und Bilder ( :) ) freuen.
5-Achse Controller findet man ohne Probleme auch unter 300 Euro, wieviel willst du denn insgesamt maximal ausgeben?

KarlG
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Re: Bau einer Tapelegemaschine?

Beitrag von KarlG » 20.03.2018, 11:47

Moin,

zum Thema carbon-wickeln sind die Beiträge von "Faserwickelmaschine" und speziell dieser ein Muss! Leider sind seit dem crash viele Bilder weg...

Gruss
Karl

Jomu
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Re: Bau einer Tapelegemaschine?

Beitrag von Jomu » 21.03.2018, 10:36

Vielen Dank erstmal fuer die Anregungen. Insbesondere den 5axismaker muss ich mir anschauen. Ansonsten duerfte das Transformieren von einem kartesischen Koordinatensystem in ein Zylindrisches auch machbar sein.

Hier nochmals der Link: https://www.youtube.com/watch?v=2QIUO-eNKx0&t=24s

Genau, mit der 4. Achse wuerden dann quasi Rohre hergestellt werden. Die Carbonbaender sind Prepregs (sprich, das Harz ist schon auf das Band aufgetragen), die sind leicht klebrig, besonders, wenn man sie leicht erwaermt. Es geht ein bisschen in die Richtung, die Fasern ueberall in der optimalen Orientierung zu legen, allerdings ohne Druck. Die Maschine macht nur einen sogenannten Preform, der dann in ein Werkzeug eingebracht wird, und dort unter Druck und Hitze aushaertet.
Zug braucht es beim Ablegen nicht, da ist die Gefahr zu gross, dass das Band verrutscht. Stattdessen sollte das Band entsprechend der Verfahrgeschwindigkeit aktiv abgespult werden.
Markforged kenne ich, aber der hat leider einige Nachteile. Der groesste, dass die Fasern immer parallel zur Basisebene verlaufen muessen (zumindest war das so, als ich mich das letzte Mal damit auseinandergesetzt habe).
Wenn die Kosten im Rahmen von 2000-3000 Euro bleiben wuerden, waere das positiv.

Wickeln ist die einfachste Technologie, da gibt es auch schon sehr guenstige Maschinen fuer den Hobbygebrauch (http://www.xwinder.com/). Wickeln ist sehr gut solange der Querschnitt nicht gross variiert, man rund um das und entlang dem Rohr ueberall den gleichen Lagenaufbau will. Ist das nicht gegeben (wie bei mir), wird es sehr schwierig bzw. unmoeglich, das mit Wickeln zu machen.

Jomu
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Re: Bau einer Tapelegemaschine?

Beitrag von Jomu » 22.03.2018, 04:59

Hier mal ein paar Bilder eines ersten Konzepts, noch sehr grob, ohne Antriebe etc. Mittlerweilen sieht es nicht mehr so sehr wie eine CNC-Fraese aus, vielleicht wird es also doch ein kompletter Eigenbau...
Konzept.png
Legekopf.png
Legekopf
Das ganze haette also folgende Elemente:
- Der Kern liegt in der X-Achse und kann um diese rotiert werden (positionsgesteuert). Die Kerne werden wohl meist 3D-Prints sein.
- Der Legekopf kann in X fahren, um Z drehen (+/- 90°), und auch in Z fahren. Wobei es in Z eigentlich reichen wuerde, wenn es nur 2 Zustaende gibt. Zum einen angehoben, um im Schnellvorschub ohne Ablegen zu verfahren, zum anderen aufliegend, also mit Kontakt auf dem Kern. Damit der Anpressdruck nicht zu hoch wird (duenne Kerne haetten sonst wohl ein Problem mit der Durchbiegung), ueberlege ich mir, ein Gegengewicht ueber einen Seilzug oder aehnliches anzubringen. so koennte der Anpressdruck eingestellt werden.
- Im Legekopf gibt es eine angetriebene Vorschubrolle, die das Band zufuehrt: Ein Messer (Guillotine), die das Band schneidet (das koennte die groesste Herausforderung werden); ein kleines Heizelement, dass den Beginn eines jeden neuen Bandabschnittes erwaermt, damit dieser gut auf dem Kern haftet; eine Anpressrolle

Die Steuerung stelle ich mir erstmal sehr einfach vor:
- Man gibt einen Startpunkt (X, Winkel um X), eine Richtung (Winkel um Z) und einen Endpunkt in X vor
- Verfahren wird immer in Richtung +X
- Die Z-Position wird gemessen
- Aus der Z-Position und der Vorschubgeschwindigkeit in X koennen die jeweils korrekten Werte fuer die Drehgeschwindigkeit um X, den Winkel um Z und den Bandvorschub berechnet werden. Diese muessten also nicht programmiert werden, sondern wuerden direkt waehrend dem Ablegen generiert

Wuerde sich sowas mit Riemenantrieb fuer die X-Achse und Schrittmotoren fuer die Rotationen sinnvoll realisieren lassen? Was waere geeignet fuer die Steuerung? Reicht da ein Arduino?

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