Abstract – Methodische und praktische Entwicklung einer Schutzabdeckung für Open-Source Rapid-Prototyping-Maschinen

Abstract

Der 3D-Druck kann als eine der revolutionären Erfindungen zu Beginn des 21. Jahrhunderts gesehen werden. Weite Teile der Industrie und Forschungseinrichtungen haben diese Techno-logie schon als Arbeits-, Prototyp- und Fertigungsinstrument entdeckt. Im privaten Bereich ist er bisher hauptsächlich bei Bastlern und Technikbegeisterten in Verwendung.
Wird der 3D-Druck mit der Einführung anderer – heute alltäglicher – Technologien, wie beispielsweise PCs oder Laserdruckern, verglichen, entdeckt man zahlreiche Parallelen. Somit scheint es nur noch eine Frage der Zeit zu sein, bis 3D-Drucker zu Standardprodukten auch im privaten Haushalt werden. Um dies zu erreichen, sind die Geräte unter anderem in den Punkten Benutzerfreundlichkeit und -sicherheit weiterzuentwickeln.
Mit dieser Forschungsarbeit wurde versucht, an letzterem Punkt zu arbeiten: durch die Konzeption und technische Umsetzung einer Sicherheitsabdeckung konnte erreicht werden, dass das Gefahrenpotential der Maschine reduziert wurde. Das angewandte Vorgehen erfolgte gemäß dem Münchener Vorgehensmodell und insbesondere dem Morphologischen Kasten.
Im Hinblick auf die zukünftige Entwicklung von 3D-Druckern kann diese Arbeit als eine Erweiterung des Verständnisses über den 3D-Druck, die Wichtigkeit des Sicherheitsaspekts und der Umsetzungsmöglichkeiten bei der Sicherheit gesehen werden.


 Zusammenfassung

Die Möglichkeit für diese Forschungsarbeit gaben das TUMKolleg und der Lehrstuhl für Produktentwicklung der TUM. Das Endresultat geht über die ursprüngliche Aufgabenstellung hinaus. Die Schutzabdeckung als Teil der vorliegenden praktischen Arbeit wurde gemäß des MVMs (Münchener Vorgehensmodell) methodisch erarbeitet.
Zu Beginn der Arbeit wurde festgestellt, welche Motivation und welches Ziel hinter der Erstellung stehen: für den lehrstuhleigenen RepRap sollte im Rahmen eines methodischen und praktischen Entwicklungsprozesses eine Sicherheitsabdeckung erstellt werden.
Im Hinblick auf gängige 3D-Druckverfahren wurden unterschiedliche Sicherheitsabdeckungen vorgestellt und der Unterschied zwischen professioneller und privater Nutzung dargelegt. Auch wurde der grundlegende Aufbau von 3D-Druckern und deren Arbeitsweise beschrieben.
Anschließend wurden Forschungsmethoden vorgestellt, aufgeteilt in Vorgehensmodelle und Produktentwicklungsmethoden. So wurde das MVM als Handlungsvorschrift dieser Arbeit und vier zusätzlich angewandte Methoden theoretisch und ergebnisleer präsentiert. Erste Ergebnisse zeigt der Morphologische Kasten, der als die zentrale Methode dieses Projektes angesehen werden kann. Aus ihm gehen drei unterschiedliche Lösungskonzepte hervor, aus denen eines für die praktische Umsetzung ausgewählt wurde. Bei diesem konnten die aufgedeckten Probleme durch eine logische Verknüpfung pragmatischer Ansätze gelöst werden.
Die Abdeckung sollte demnach ein Fenster mit Schloss enthalten, sodass häufige Tätigkeiten des Bedieners, wie das Einführen von Filament, leicht erledigt werden könnten. Sie sollte zudem für eine gründliche Säuberung der RPM (rapid prototyping machine) abnehmbar sein. Thermisch und elektrisch nicht-leitendes Material war vorzusehen, um den Nutzer vor Verletzungen zu schützen.
Bei der praktischen Umsetzung stellte sich heraus, dass auch die Grundplatte neu geformt werden musste, um einen Laptop fest installieren zu können. Zudem wurde eine Halterung für das Filament integriert. Um das Verrutschen sämtlicher Komponenten (RPM, Laptop, Netzteil und Notausschalter) zu verhindern, wurden Arretierungsmöglichkeiten vorgesehen.
Es wird beschrieben, wie unter Anwendung des ausgewählten Konzepts die Prototypentwicklung praktisch umgesetzt wurde. Des Weiteren finden sich eine Begründung der verwendeten Materialien und eine tabellarische Aufreihung der Druckteile, die im Verlauf dieses Projekts genutzt wurden. Der selbst entworfene Abrollmechanismus ist als Beispiel für den 3D-Druck beim Rapid-Prototyping hervorzuheben.
Die so entstandene Abdeckung schützt den Nutzer vor den genannten Gefahren und reduziert die Lautstärke beim Druck. Leider war es nicht möglich, dass die durch den Druckvorgang entstehende Abwärme ausrecht, das Verformen des entstehenden Modells zu verhindern. Das Wunschziel „Thermoisolierung“ konnte also nicht erreicht werden. Die Heizplatte muss weiterhin verwendet werden.