Die dritte Hand, 3D-Druck

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01 Die Hand
02 Die Hand
03 ... und nochmal die Hand
04 Hand mit Arm
  • Schwierigkeit
    mittel
  • Kosten
    30 €
  • Dauer
    1-2 Tage
  • Wertung

Welcher Heimwerker kennt das nicht? - Meist werkelt man allein in seiner Werkstatt und dann benötigt man nur kurz eine helfende dritte Hand, hat aber selber nur zwei Hände und kein Helfer in Sicht.
Da ich ohnehin eine Universal-Klemme / Staubsaugerrohrhalterung an meiner Werkbank integrieren wollte und seit einiger Zeit einen 3D-Drucker habe, hatte ich die Idee, eine "Dritte Hand" zu drucken. Wie ich dabei vogegangen bin, ist hier beschrieben.

Los geht's - Schritt für Schritt

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Planung der Hand

01 Hand, Planung in SketchUp
02 Hand, Planung in SketchUp
03 Mittelfinger, 2 Stück
04 Aussenfinger, 4 Stück
05 Handknochen, 4 Stück
06 Dreh-Knopf M6
07 Handwurzel Teil 1, 2-teilig
08 Handwurzel Teil 2, 2-teilig
09 Handwurzel Teil 3


Zunächst habe ich mir meine eigene rechte Hand angeschaut und ein wenig rumgemessen.
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.

Rausgekommen ist eine Hand mit 6 Fingern oder 3 Fingern / 3 Daumen.

  • 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
Zudem wurden noch 7 M6-Sechskantschrauben verschiedener Länge benötigt.

Genaue Maße der einzelnen Bauteile habe ich nicht. Die sind auch nicht wichtig, denn der Drucker 'frißt' alles, was man ihm übergibt.
Die Hand ist von den Fingerspitzen bis zur Hinterkante der Wurzel ca. 180 mm lang.

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.



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Druck der Teile für die Hand

01 12 Mini-Sterngriffe frisch aus dem Drucker, im Hintergrund das Raft
02 Zwei Mini-Sterngriffe (Ansicht von unten und oben)
03 Druck der Mittelfinger
04 Fertige Mittelfinger, noch mit Stützstruktur in den Bohrungen für die Magneten
05 Mittelfinger mit Magnet
06 Magnet hält den Finger auf der Zange
07 Handteil (rechts)
08 Handwurzel, frisch gedruckt
09 Handwurzel, im linken Teil schon die Stützstrukturen aus der horizontalen Bohrung entfernt
10 Hand


Um die einzelnen Teile drucken zu können, müssen sie als .stl-Datei aus SketchUp exportiert und in einen Slicer geladen werden, der daraus den G-Code macht. G-Code ist quasi die Wegbeschreibung für den Drucker, damit der weiß, wo er langfahren und das Filament (Druckmaterial) aus der Düse drücken muß.

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.

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Erste Verbesserung: 'Verdrehsicherung'

01 Verdrehsicherung, im Vordergrund in hellgrau
02 Verdrehsicherung, Ansicht von oben und unten
03 Ausdruck; links - mit Stützstruktur im Sechskant, Mitte - ohne Stützstruktur, rechts - Draufsicht mit Haken
04 Eingebaut und paßt


Nach den ersten Spielereien mit der halbfertigen Hand mußte ich feststellen, dass es sich die Gelenke mit je einem Sterngriff auf jeder Seite sehr umständlich arretieren lassen.
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!

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Planung und Herstellung des Armes

01 Abgelängte Leisten (2x 400mm, 4x 500mm)
02 Anzeichnen mit Mittenfinder und Linealanschlag
03 Rundung anzeichnen mit Unterlegscheibe
04 Tellerschleifer einrichten
05 Rundungen geschliffen
06 Löcher (6mm für M6) gebohrt
07 Verdrehsicherung, SketchUp
08 3 Gedruckte Verdrehsicherungen
09 Eingebaute Verdrehsicherung
10 'Gelenke' mit falschen Maßen und damit Müll
11 'Gelenke' mit größerem Lochabstand
12 'Ellenbogengelenk', hier leider wiedermal Probleme mit der Druckoberfläche


Eine Hand ohne Arm ist aber nicht wirklich praktisch!

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.

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Der Fuß

01 Fuß in SketchUp
02 Fuß mit Platte in SketchUp
Der ausgedruckte Fuß


Der Fuß, also das Teil mit dem der Arm auf der Werkbank befestigt wird, sollte dreh- und kippbar sein.

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.

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Erste Montage

01 Montiert
02 Größere Sterngriffe
03 Schnell ein paar Hebelchen entworfen und gedruckt
04 Mit Hebelchen definitiv leichter zu arretieren


Bei der ersten provisorischen Montage kam ich mir vor wie bei "Jugend forscht" und gewann erste Erkennsnisse, was noch verbessert werden muß.

- die kleinen Sterngriffe am Arm sind zwar stylisch, aber sehr schlecht richtig fest anzuziehen - Hier müssen Hebel oder größere Griffe ran. Also nochmal SketchUp angeworfen und ein paar Hebel bzw. Griffe gezeichnet und gedruckt.

- durch die dickeren Leisten hatte ich nicht genug passende Schrauben; ideal wären 55er. - Ich habe Schrauben am Arm gegen M6 x 60 ausgetauscht.

- 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.

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Fazit

01 Fertig
02 Prima Getränkehalter!


Als Projektkosten habe ich überschlägig den Preis für die M6-Schrauben /-Muttern, die Magnete und die Leisten angesetzt.
Dazu kommen noch geschätzte Materialkosten für die gedruckten Teile inkl. einiger Ausschußteile.

Ihren Platz in der Werkstatt hat meine dritte Hand noch nicht bekommen, auch weil der MFT noch nicht ganz fertig ist. Hierbei kann sie mir leider nicht helfen.

Als Getränkehalter am Schreibtisch ist sie schonmal gut zu gebrauchen.


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