Wartung – Zierteile im 3D Druck nachfertigen Teil 1

Eine der größten Herausforderungen für Oldtimerbesitzer und Restauratoren ist die Ersatzteile-Beschaffung im Falle eines Schadens. Dies wird umso schwerer, wenn es für das Fahrzeug gar keine Ersatzteile auf dem Markt gibt oder die gebrauchten Ersatzteile, die man auf dem Markt verfügbar sind auch bereits ihre Zeichen der Zeit aufweisen und eventuell auch bald funktionsunfähig sind.

Oldtimer Besitzer haben heute bereits viele Möglichkeiten, auch seltenste Ersatzteile mittels 3D Scan und 3D Druck nachzufertigen. Auch die Industrie hat mittlerweile den Vorteil von 3D Druck erkannt und produziert Ersatzteile, die nur in geringerer Stückzahl benötigt werden mit diesem Verfahren. Die Bandbreite der Ersatzteile, die man drucken kann ist groß. Dies beginnt bei Kunststoffteilen wie Halteclips, Lüfterschlitze, Konsolenteile, Hebel für die Motorhaube, Knöpfe, Fassungen und vieles mehr. Bevor es losgehen kann muss man allerdings beim 3D Druck noch die Entscheidung treffen, welches Druckverfahren verwendet wird. Man unterscheidet zwischen drei grundsätzlichen Druck-Verfahren. Kunststoff-Filament Drucker gibt es in verschiedensten Größen und sie drucken über ein geschmolzenes Material, dass über eine feine Düse geschmolzen und schichtweise aufgetragen wird. Stereolithografie-Drucker bauen mittels eines Lasers in einem Flüssigkeitsraum das Objekt schichtweise und Sinter Technik, die höchstwertigste Form des 3D Drucks produziert mittels eines Lasers das zu druckende Objekt in einem Pulver. Letzteres ist die präziseste Variante und ermöglicht an der entsprechenden Maschine auch Metalldrucke, allerdings auch die teuerste Form des 3D Drucks. Für Motorenteile oder mechanische Präzisions-Teile aus Metall allerdings die einzige Möglichkeit.

Am Anfang steht, wie bei jeder Ersatzteile-Beschaffung, die intensive Recherche. Wichtig ist, herauszufinden, wie diese Zierelemente ganz genau ausgesehen haben. Wäre ein weiteres Original vorhanden, hätte man dieses einfach mit dem 3D Scanner sehr gut erfassen können. Dies war aber in diesem Fall leider nicht möglich. Da der Besitzer direkten Zugang zu dem Foto Archiv von Frua besitzt, war glücklicherweise ein Foto des Originalfahrzeugs vorhanden, allerdings in nicht allzu guter Qualität. Mit einer Bildrekonstruktions-Software und den Erinnerungen des Besitzers, wurde die Form des Zierteils repliziert. Anhand eines 3D Scans des Kotflügels und Blaupausen wurden zuerst einmal Handskizzen von dem Ersatzteil angefertigt, um die Form abzustimmen. Mittels der fertigen Designskizze konnte dann in einem 3D Programm die Form des Zierelements nachgebaut werden. Dies ist am Anfang die aufwendigste Arbeit, da dieses Modell am Ende für alle weiteren Arbeitsschritte als Master verwendet wird. Stimmt dieses Modell nicht bis ins kleinste Detail, wird die spätere Produktion auch nicht erfolgreich verlaufen. Auch Fehler in der Struktur oder offene Stellen kann der 3D Drucker nicht verarbeiten.

Das 3D Modell kann in jedem handelsüblichen 3D oder CAD Programm erstellt werden. Dennoch sind natürlich einige Kenntnisse in der entsprechenden Software notwendig. Vor allem bei komplexeren Teilen. Zum weiteren Verarbeiten wird von dem 3D Modell aus dem Programm eine sogenannte STL Datei herausgerechnet. Es ist eine Standartdatei, die für Stereo Lithografie, also der dreidimensionalen Weiterverarbeitung verwendet wird. Nicht nur für den 3D Druck, sondern auch für CAD Systeme oder andere modulare Systeme, die dreidimensional arbeiten. Dieses Format hat sich zu einem Industriestandart entwickelt.

Die Datei wird im nächsten Schritt in die Steuersoftware für den 3D Drucker eingelesen. Im Fall des von uns verwendeten Ultimaker 3 Extended Drucker ist es das kostenlos gelieferte Programm Cura. Dieses Programm kann sich jeder auch für zuhause kostenlos herunterladen, denn mittlerweile gibt es auch Dienstleister, die 3D Druck anbieten, oder man geht mit seinen Daten auf dem USB Stick zum Beispiel zu Firmen wie MakerSpace in München (Mitgliedschaft erforderlich), die nach einem kurzen Einweisungskurs 3D Drucker zur Verfügung stellen. In Cura wird das Modell entsprechend für den Druck vorberietet, sprich die Auflösung des Drucks, Wandstärke und die entsprechenden Einstellungen für das verwendete Filament werden festgelegt.

3D Drucker haben für die Nachfertigung von Kunststoffteilen kaum eine Limitierung, außer dem eigentlichen Druckraum. Herkömmliche semiprofessionelle 3D Drucker – wie der hier verwendete Drucker von Ultimaker  – haben einen Bauraum von ca. 20cm auf 25cm bis 30cm. Mit der richtigen Auswahl des Filaments, kann fast jedes Oldtimerteil aus Kunststoff nachgefertigt werden. Auf dem Markt sind vielfältigste Filamente, so der Fachbegriff für das Rohmaterial für den 3D Drucker, verfügbar.

Bei dem Ersatzteil für den Fiat 600 Elaborazione Frua wurde das leicht zu verarbeitende Polylactic Acis (PLA) Material verwendet. Zum einen ist das Material biologisch abbaubar, zum anderen eignet es sich sehr gut für die verlorene Gussform zum Gießen von Metall, denn für den Aluminiumguss wird eine Hohlgussform in Keramik benötigt.

Ein 3D Druck wie das hier gezeigte Zierelement in der Länge von ca. 32cm braucht fast zwei Tage um vollständig gedruckt zu werden. Vor allem wenn eine hohe feine Auflösung gewünscht ist. In diesem Fall wurde die Auflösung auf 0,1mm gesetzt. Wenn man Ersatzteile benötigt, die absolut genau gedruckt werden müssen, ist es wichtig, erst einmal Tests für die optimale Einstellung zu machen. Denn durch die Erhitzung des Filaments und des Druckbetts, dehnt sich das Material erst einmal. Bei falschen Einstellungen kann es beim Druck auch zu starken Verformungen kommen. Am genauesten drucken Sie mit PLA oder PC.
Das Zierelement für den Fiat 600 wird absichtlich nicht am Sinter ausgedruckt, da es auf jeden Fall in der traditionellen Technik des Gießverfahrens hergestellt werden soll. Hierzu wird im nächsten Schritt eine entsprechende Gussform von dem Modelle angefertigt. Dazu aber mehr in der nächsten Folge des Beitrags.