Die dritte Hand, 3D-Druck

Wenn ich mit Daumen und Mittelfinger ein 'O' bilde, hat die Öffnung ungefähr einen Durchmesser von 5cm.
Mein Zeigefinger ist ungefähr 8 cm lang.

Mit diesen Maßen im Kopf habe ich angefangen, eine Hand mit SketchUp zu zeichnen. Angefangen habe ich bei den Fingern und mich dann mit viel Try and Error zur Handwurzel vorgearbeitet.

• Alle Finger haben vorn eine gezackte Fläche / Fingerkuppe, damit Teile besser geklemmt werden können.
• In die Mittelfinger können vorn quasi statt Fingernagel starke Neodym-Magnet eingeklebt werden.
• Die beiden Mittelfinger sind stabiler / höher als die 4 Aussenfinger.
• Alle Finger haben zwei Gelenke.
• Alle Gelenke werden mit M6-Sechskantschrauben verbunden. Passende Sterngriffe zum Arretieren der Gelenke werden auch gedruckt.
• Mit der Handwurzel ist Rotation und Bewegung auf einer Ebene in der Waagerechten (X-Achse; rechts / links) möglich.
• Bewegungen auf der Y-Achse (Vor und Zurück) bzw. Z-Achse (Hoch und Runter) müssen mit weiteren Gelenken am Arm umgesetzt werden.

Die Zeichnung ergab, dass insgesamt 28 Teile zu drucken waren (siehe Bild 1 / 2).

• 2 Mittelfinger --> dunkelgrün
• 4 Aussenfinger --> dunkelgrün
• 4 Handknochen --> hellgrün
• 2 x Handwurzel (Rotation) --> rot
• 2 x Handwurzel (X-Achse) --> hellblau
• 14 Sterngriffe für M6 --> gelb

Genaue Maße der einzelnen Bauteile habe ich nicht. Die sind auch nicht wichtig, denn der Drucker 'frißt' alles, was man ihm übergibt.
P.S. Nachdem ich die Hand samt Handwurzel fertig konstruiert hatte, mußte ich feststellen, dass Mutter Natur eine noch viel bessere Konstrukteurin als ich ist. Eine menschliche Handwurzel ist ca. 3cm lang, die von mir nachgebaute ca. 10cm.

Ich habe die einzelnen Teile so gezeichnet, dass es keine Überhänge gab und jeweils mit Raft gedruckt. - Raft ist eine Stützstruktur unterhalb des Druckobjekts, die vom Drucker vor dem eigentlichen Druck der Objekte auf dem Druckbett erzeugt wird. Dadurch dauert der Druck immer etwas länger, aber die Objekte verziehen sich beim Abkühlen nicht. Gedruckt wird mit ca. 200 Grad an der Düse und das Druckbett wird mit 60 Grad beheizt, damit die Objekte nicht zu schnell abkühlen.

Besonders erwartungsvoll habe ich auf das Druckergebnis bei der Handwurzel - Bild 09 / 10 - gewartet, denn die beiden Teile haben je 3 Bohrungen; zwei vertikal und eine horizontal. Zudem hatte ich ein Teil so kontruiert, dass der Sechskant der Schraube im Teil geklemmt wird, da die Schraube nach Zusammenbau von dieser Seite nur schlecht erreichbar sein wird. - Hat alles wie geplant hingehauen.

Als Material habe ich PLA gewählt; für die Sterngriffe rotes, für die restlichen Teile graues PLA.

Der Druck eines einzelnen Fingers / Handknochens hat jeweils rund 60 Minuten gedauert, der aller Teile ungefähr 16 Stunden! - Das lief aber nebenbei, während ich z.B. diesen Baubericht schrieb.

Deshalb habe ich schnell eine Art Verdrehsicherung konstruiert, die sich jeweils außen am darunterliegenden Bauteil 'einklinkt', siehe Bild 01, hier Hand von unten.
Dabei kam mir entgegen, dass ich alle 'Gelenke' mit einem Durchmesser von 10mm konstruiert hatte und die Sicherung auch überall passen würde.
Die Verdrehsicherung wird so gedruckt, dass der 'Haken' nach oben steht, Bild 02, linkes Objekt. Der Innensechskant zeigt dann beim Drucken nach unten und wird mit einer Stützstruktur gefüllt, damit darüber der spätere Boden incl. Bohrung gedruckt werden kann.
Diese Teile habe ich ebenfalls mit grauem Material gedruckt.

Nach dem Ausdrucken - 3 Teile in 45 Minuten - habe ich die Stutzstrukturen und die 'Spinnweben', die beim Druck manchmal entstehen, entfernt und eine Verdrehsicherung eingebaut. Die hat wie geplant auf Anhieb gepaßt!

Ein Druck der Teile für den Arm wäre sicher möglich gewesen. - Ich habe die Teile aber aus Leisten (28x13) gebaut.

Die Leisten für den Unterarm sind 40cm lang, die für den Oberarm 50cm. Bei diesem Längenverhältnis kann ich den ganzen Arm platzsparend einklappen.

Der Unterarm besteht aus 2 Leisten, der Oberarm aus 2 x 2 Leisten. Das hat einfach den Hintergrund, dass damit der Oberarm stabiler wird, da er sich nur wie ein Parallelogramm (über 4 Drehpunkte) bewegen läßt.

Ich habe die Leisten auf der TKS auf Länge gesägt, die Ecken mit dem Tellerschleifer abgerundet und entsprechend der Zeichnung gebohrt.
Beim Anzeichnen für die Bohrungen kamen mein neuer Mittenfinder und der kürzlich gebaute Linealanschlag zu Einsatz. Da eine Radienschablone noch auf der Druckliste steht, habe ich die Rundung an den Enden der Leisten unkonventionell mit einer Unterlegscheibe gezeichnet. - Ich hätte aber auch einen Zirkel nehmen können, egal. - Bild 01 - Bild 06.

Da ich beim Arm auch nicht wie ursprünglich geplant auf beiden Seiten einen Drehknopf anbringen wollte, mußten noch  Verdrehsicherungen für M6-Sechskant her. Die habe ich schnell in SketchUp geplant und 6 Stück gedruckt. Die Verdrehsicherung wird einfach mit einer kleinen Schraube arretiert. Bild 07 - Bild 09.

Zum Abschluß der Holzarbeiten wurden alle Leisten noch per Hand mit K240 geschliffen.

Die 'Gelenke' für den Arm hatte ich schon ausgedruckt. - Leider mußte ich jetzt feststellen, dass ich mit 20mm breiten Leisten geplant hatte; die verwendeten ab 28mm breit waren. Die Gelenke mit 30mm Lochabstand (Mitte / Mitte) würden zwar passen, sich aber nicht bewegen lassen, waren also Müll, Bild 10.

Also schnell nochmal neu gezeichnet, den Lochabstand dabei auf 40mm erhöht und ausgedruckt, Bild 11 / Bild 12. - Hier gab es leider Probleme mit der Oberfläche des gedruckten Objekts. - Das an sich schöne Rautenmuster war so nicht geplant. - Glatte Oberflächen drucken hatte schonmal funktioniert. - Da habe ich wohl wieder eine Option zu viel im Slicer verstellt! - Egal. Die Funktion ist entscheidend, das Aussehen nicht so sehr.

Den Aufbau habe ich mir wieder mit SketchUp überlegt und gezeichnet.

Die Kippbarkeit würde wieder durch eine Art Gelenk möglich sein; die Drehbarkeit durch Befestigung mit einer mittigen Schraube.
Damit sich der Fuß leicht arretieren ließe, habe ich am Rand 12 Halbzylinder eingezeichnet, jeweils um 30 Grad versetzt. Hier würde ein Türschnapper einrasten, der in die unter dem Fuß befestigte Holzplatte eingeschraubt werden soll.

Den Fuß zu drucken hat 4 Stunden gedauert. Inzwischen war ich auch auf schwarzes Material gewechselt.

Die Fußplatte ist leider wie die zugehörige Werkbank noch nicht fertig.

- der einspeichige Arm ist vielleicht etwas schwach, gerade wenn vorne etwas schweres am Arm hängt; entweder ich baue noch irgendwo eine Feder / Gummi ein oder verwende hier auch zwei Speichen. Hier überlege ich noch.

Dazu kommen noch geschätzte Materialkosten für die gedruckten Teile inkl. einiger Ausschußteile.

Als Getränkehalter am Schreibtisch ist sie schonmal gut zu gebrauchen.