Problemstellung

Screenshot der Fliegenklatsche
Abb.01: Fliegen­klatsche

Eine Fliegen­klatsche eignet sich gut zur Übung für Konstruktion, Zeichnung mit FreeCAD und 3D-Druck.

Ziel: Die folgende Anleitung beschreibt das Modellieren einer Fliegen­klatsche mit FreeCAD zur Herstellung per 3D-Druck. Die Anleitung beschreibt die Schritte nur grob, als Anfänger sollten Sie mit dem Tubenwickler beginnen.

  • Schwierigkeit: Für Einsteiger, die mit dem Sketcher klarkommen.
  • Arbeitsbereiche: PartDesign, Sketcher, A2plus
  • Schwerpunkte:
  • 3D-Druck: Keine besonderen Probleme
    Volumen: knapp 15 cm³
    Material
    • PLA: reicht aus
    • PETG: hält mehr aus und ist elastischer
    • PC: funktioniert
    • andere: nicht erprobt
  • Weitergehende Tutorials zur Fliegenklatsche:
    • Baugruppe erstellen mit dem Arbeitsbereich A2plus (in Arbeit)
    • Verbinder verschlanken: Einzelteil im Koordinatensystem drehen, Bezugsebenen erstellen, vorhandene Skizze an neue Ebenen binden (in Arbeit)

Dateien

Vorbereitungen

Entwurf per Handskizze

Entwurf der Fliegenklatsche
Abb.02: Entwurfsskizze für die Fliegen­klatsche

Mein 3D-Drucker ist nicht groß genug, um eine übliche Fliegen­klatsche in einem Stück drucken zu können. Also teile ich die Fliegen­klatsche in ein Blatt und in ein Griffstück und verwende zusätzlich einen Verbinder (↠ Abb.02).

Zwischen Blatt und Verbinder ist die Verbindung formschlüssig, d.h. der Verbinder "beißt" sich um den den verstärkten Rand des Blattes fest. Das "Gebiss" hat den Vorteil, dass man es von der Seite her drucken kann.

Zwischen Griff und Verbinder ist in Abb.02 noch eine einfache Steckverbindung skizziert, d.h. der Griff wurde in den Verbinder geklemmt [kraftschlüssig] oder geklebt [stoffschlüssig]. Das funktioniert zwar, aber inzwischen bevorzuge ich eine formschlüssige Federklemme, die mit Widerhaken einrastet und toleranter ist hinsichtlich der Druckgenauigkeit.

Blatt der Fliegen­klatsche

Screenshot des Fliegenklatschenblattes
Abb.03 Blatt der Fliegen­klatsche

Das Blatt (→ Abb.03) ist an die übliche Form von Fliegen­klatschen angelehnt. Die Fläche ist zum großen Teil in einem Wabenmuster perforiert, der umlaufende Rand ist verdickt und dient auch der Befestigung am Verbinder.

Für den 3D-Druck ist das Blatt unproblematisch, da die Unterseite des Blattes eben [plan] ist.

Erfahrungen mit FreeCAD

Prinzipiell zeichnet man ein Sechseck und vervielfältigt es. Vervielfältigen kann man es auf 2D-Ebene im Sketcher oder auf 3D-Ebene in PartDesign. Meine Versuche auf 2D-Ebene waren von Mühsal und Erfolglosigkeit geprägt - komplexe Skizzen sind nun einmal schwierig und größere Muster sind sehr komplex - und wenn man dann noch verschiedene Schlüsselweiten, Abstände usw. ausprobieren möchte, dann lässt man besser die Finger davon und wechselt zur 3D-Variante mit Multi-Transformation im Arbeitsbereich PartDesign. Dort braucht man die Geduld nur, bis 500 Durchbrüche gerechnet sind ...

Prinzipielle Vorgehensweise in FreeCAD
  • Koordinatensystem: Das Blatt liegt auf der xy-Ebene, die z-Achse weist in Druckrichtung. Der Koordinatenursprung befindet sich mittig unten innerhalb des Randes (→ Abb.03 und Abb.04a).
  • Arbeitsbereiche: PartDesign und Sketcher
  1. Grundfläche skizzieren und extrudieren [PartDesign - Aufpolstern, Pad].
  2. Berechnungen für das Wabenmuster [Taschenrechner oder Sketcher].
  3. Einen einzelnen sechseckigen Durchbruch aus der Grundfläche stanzen [PartDesign - Tasche, Pocket].
  4. Eine Bezugslinie [Datum Line] für das lineare Muster nach rechts oben erstellen.
  5. Den Durchbruch innerhalb Mehrfach-Transformation [PartDesign - MultiTransform] vervielfältigen und nacheinander im Wabenmuster anordnen
    • Lineares Muster nach rechts [PartDesign - LinearPattern]
    • Lineares Muster nach rechts oben
    • Lineares Muster nach oben
    • Spiegeln nach links [PartDesign - Mirrored]
  6. Den Querschnitt des verdickten Randes mit Fasen skizzieren und entlang des Randes der Grundfläche sweepen [PartDesign - Additives Rohr, Additive Pipe].
Weiter Infos

Fläche des Blattes

Screenshot - Fläche des Blattes ohne Perforation
Abb.04a: Grundfläche des Blattes

Für die Fläche des Blattes (→ Abb.04a) wird eine 2D-Skizze (→ Abb.04b) gezeichnet und dann zu einem 3D-Modell extrudiert [Aufpolstern, Pad]. Perforation und Randverstärkung werden später ergänzt.

Zu tun
screenshot der Kontur des Blattes
Abb.04b: Kontur des Blattes (xy-Ebene)
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_Body  Neuer Körper - Umbenennen: Blatt
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.04b
      Icon Sketcher_CreatePolyline  Pfad des Handgriffes skizzieren, z.B. mit Linienzug [Polyline]. Linienzug skizziert auch Kreise, wenn man 3x den Buchstaben m [Modus] drückt.
    • Icon Sketcher_ConstrainSymmetric Die Skizze ist vollständig symmetrisch zur y-Achse
    • Icon Sketcher - ConstrainDistanceX  Icon Sketcher - ConstrainDistanceY  Alle Maße beziehen sich auf die Mittelpunkte der Radien bzw. den Ursprung des Koordinatensystems
    • Icon Sketcher_ConstrainRadius  Icon Sketcher_ConstrainEqual  Alle Radien R5
  • Baumansicht: Sketch - Umbenennen: Blatt_Kontur
  • Icon PartDesign_Pad  Extrusion - 1,1 mm -
    Umbenennen: Blattfläche

Wabenmuster - Vorbereitungen

Das Wabenmuster wird erzeugt, indem man einen (!) sechskantigen Durchbruch in die Blattfläche stanzt, und diesen dann mit Multi-Transformation in 3 Richtungen vervielfältigt und anordnet: waagerecht (nach rechts), schräg (nach rechts oben) und senkrecht (nach oben).

Vor der Multi-Transformation benötigen wir also:

  • Die Abstände der Sechskantdurchbrüche in 3 Richtungen
  • Den ersten Sechskantdurchbruch
  • Eine Bezugslinie für die schräge Richtung (für die waagerechte und senkrechte Anordnung genügen x- und y-Achse des Koordinatensystems)

Berechnung der Abstände

Die Sechskantdurchbrüche des Wabenmusters sollen eine Schlüsselweite SW 3,5 mm bekommen. Die Stege zwischen zwei Durchbrüchen sollen 0,87 mm breit sein, weil das die Mindestwandstärke ist, die mein 3D-Drucker für 2 parallele Spuren bei Schichtdicke 0,15 mm und Düsendurchmesser 0,4 mm empfiehlt; Ihre Einstellungen finden Sie vermutlich in Ihrem Slicer.

Daraus ergibt sich der Abstand (Mitte - Mitte) von zwei waagerecht nebeneinander liegenden Durchbrüchen mit
3,5 mm + 0,87 mm = 4,37 mm.
Den gleichen Abstand haben zwei diagonal nebeneinander liegenden Sechskante.

Für den senkrechten Abstand (Abstand von 1. zur 3. waagerechten Reihe → Abb 03a) kann man Winkelfunktionen bemühen. Der senkrechte Abstand zwischen zwei genau übereinander liegende Sechskante beträgt:
2 * (Schlüsselweite + Randabstand) * cos 30° =
2 * 4,37 mm * 0,866 =
7,569 mm.

 

Zu beachten: FreeCAD braucht manchmal viel Zeit.

Zu beachten ist auch, dass FreeCAD an den ca. 500 Durch­brüche der Fliegenklatsche minutenlang rechnet. Deshalb wird das Muster im Tutorial nur mit max. 3 Löchern je Richtung gezeigt. Ich empfehle, die endgültigen Werte erst einzutragen, wenn die Fliegen­klatsche ansonsten fertig ist.

Ergebnisse

FreeCAD will nicht den Lochabstand, sondern die Anzahl [Vorkommen] der Löcher und die Gesamtlänge des Musters wissen.

[Länge für Anzahl] Übung vollständig
waagerecht: 8,740 mm für 3 43,70 mm für 11
schräg: 4,370 mm für 2 4,370 mm für 2
senkrecht: 15,138 mm für 3 90,829 mm für 13

 

zu tun - Zeichnerische Lösung der Abstände - überspringen

Wer mit Winkelfunktionen Mühe hat, kann auch einen kleinen Ausschnitt des Musters mit FreeCAD skizzieren und die Abstände ausmessen (→ Abb.05a). Wer rechnen kann oder meine Werte glaubt, kann diesen - nicht ganz einfachen - Teil überspringen.

Screenshot der Hilfsskizze
Abb.05a: Hilfsskizze zur Ermittlung der Abstände
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.05a
    • Icon Sketcher_CreateHexagon  Fünf regelmäßige Sechsecke
    • Icon Sketcher_CreatePolyline  Icon Sketcher_ToggleConstruction  Ein rechtwinkliges Dreieck in Konstruktionslinien
    • Icon Sketcher_ConstrainEqual  Alle Umkreisdurchmesser gleich
    • Icon Sketcher_ConstrainVertical  Von jedem Sechseck ist eine Kante senkrecht
    • Icon Sketcher_ConstrainCoincident  Icon Sketcher_ConstrainPointOnObject  Sechsecke (Mittelpunkte) an das Dreieck rarr; Abb.05a
    • Icon Sketcher_ConstrainSymmetric Die beiden äußeren Sechsecke an der Hypotenuse sind symmetrisch zum mittleren (Mittelpunkte)
      → bewirkt gleiche Stegbreiten an der Hypotenuse
    • Icon Sketcher_ConstrainPerpendicular  Die Hypotenuse steht senkrecht zu einer Sechseckkante, die sie durchstößt
    • → bewirkt gleiche Stegbreiten überall
    • Icon Sketcher - ConstrainDistanceX  Icon Sketcher_ConstrainDistance  Roten Maße 3,5 mm und 0,87 mm
    • Icon Sketcher_ConstrainCoincident  Wenn die Skizze ans Koordinatensystem gebunden ist, ist sie vollständig bestimmt.
  • Greifen Sie die blauen Abstände erst dann ab, wenn die Skizze vollständig bestimmt ist!
    • Icon Sketcher - ConstrainDistanceX  Icon Sketcher - ConstrainDistanceY  Icon Sketcher_ConstrainDistance  - Referenz: Ein
      Blaue Hilfsmaße 4,370 mm und 7,569 mm

Der erste Durchbruch der Perforation

Screenshot des ersten Loches
Abb.05b: Das erste Loch

Die Perforation beginnt mit einem einzelnen Durchbruch [Loch], den man später mithilfe Mehrfach-Transformation vervielfältigt und anordnet.

Erfahrungen
FreeCAD-Problem Instabile Skizzen (→ interner Link zu Beispielen)

Für ein Wabenmuster soll der Durchbruch natürlich ein regelmäßiges Sechseck sein, aber das erwies sich als überraschend schwierig. Mehrfach mutierte die Skizze nachträglich zu Gebilden, die nur noch Hardcore-Mathematiker ein Sechseck nennen. Jedesmal musste die Skizze neu erstellt werden und erst mein 4ter Versuch (→ Abb.05b) zeigte sich stabil ... bisher ...

 

Zu beachten in FreeCAD: Eine Vertiefung [Pocket, Tasche, Durchbruch] darf nicht "in der Luft hängen", sondern muss durch ein bereits vorhandenes Volumen führen.

Für die Mehrfach-Trans­formation wäre es günstig, wenn das erste Loch in einer Ecke der Grundfläche liegen könnte, z.B. links unten. Leider sind die Ecken des Fliegen­klatschenblattes abgerundet und FreeCAD akzeptiert keine (ersten) Löcher im Nichts. Also muss man den ersten Durchbruch doch mitten ins Blatt legen und einen zusätzlichen Schritt in Kauf nehmen, z.B eine Spiegelung.
Gewählt wird der untere Rand der Perforation rechts neben die y-Achse, dieser Ort ist für die Spiegelung geeignet.

Zu tun
Skizze des ersten Durchbruches
Abb.05c: Skizze
des ersten Durchbruches
(auf xy-Ebene)
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.05c
    • Icon Sketcher_CreateHexagon  Sechseck skizzieren.
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceX  Schlüsselweite SW3,5
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceY  Position X2,185 und Y12,5 ab Ursprung
    • Icon Sketcher_ConstrainVertical  Icon Sketcher_ConstrainEqual  Beide (!) seitlichen Kanten sind senkrecht und gleich lang
    • Icon Sketcher_ConstrainAngle  Drei Winkel 120°
  • Baumansicht: Sketch... - Umbenennen: Wabe1_Skizze
  • Icon PartDesign - Pocket subtraktive Extrusion [Pocket] - Typ: Durch alles - symmetrisch -
    Umbenennen: Wabe1

Richtungszeiger für das Wabenmuster

Lineare Muster benötigen Bezugslinien für die Richtung des Musters. Für waagerechte und senkrechte Muster genügen die x- und y-Achsen des Koordinatensystems, aber das Wabenmuster will eine zusätzliche Bezugslinie [DatumLine] in einem Winkel von 60° zur x-Achse (→ Abb.05a).

Erstellen Sie eine Bezugslinie [DatumLine] in einem Winkel von 60° nach rechts oben zur x-Achse:

Zu tun - Bezugsachse erstellen
Koordinatensystem in der Combo-Ansicht
Abb.06a: Koordinatensystem
in der Baumansicht
  • Baumansicht: Combo-Ansicht - Modell - ... - Origin - X_Axis markieren (→ Abb.06a).
  • Icon PartDesign_Line  Arbeitsbereich PartDesign - Bezugslinie
    Einstellungen (→ Abb.06b)
    • Auswählen: X_Axis (vorgewählt)
    • Attachment Offset (in local coordinates)
      Around y-axis: 60°
    • OK
  • DatumLine - Umbenennen: Wabe_Richtung

 

PartDesign - Line Parameter
Abb.06b: Linie Parameter
[Einstellungen für Bezugslinien]

Hinweis zu grauen Werten: In Abb.06b ist der Winkel 60° grau dargestellt. Das liegt daran, dass ich diese Werte in einer Tabelle [Spreadsheet] verwalte und hierher parametrisch übertragen habe. Auf diese Technik gehe ich in diesem Tutorial nicht ein.

Wabenmuster per Mehrfach-Transformation

Flächige Lochmuster erzeugt man, indem man lineare Muster [linear Pattern] oder andere Muster mehrfach innerhalb einer Mehrfach-Transformation [Multi-Transform] anwendet.

Für ein Wabenmuster benötigt man mindestens drei lineare Muster: waagerecht (nach rechts), schräg (nach rechts oben) und senkrecht (nach oben). Eine vierte Transformation ist nötig, weil das erste Loch nicht in einer Ecke, sondern in der Mitte des Blattes liegt. Hier verwende ich Spiegelung nach links.

Im folgenden werden die linearen Muster innerhalb der Mehrfach-Transformation einzeln beschrieben.

Mehrfach-Anordnung 1 - Lineares Muster waagerecht

Lineares Muster nach rechts
Abb.07a: Lineares Muster nach rechts

Im ersten Schritt wird der sechseckige Durchbruch nach rechts in Richtung der x-Achse vervielfältigt (→ Abb.07a).

Rufen Sie eine neue Mehrfachtransformation auf und erstellen Sie darin das lineare Muster nach rechts:

Zu tun
PartDesign - MultiTransform_parameters
Abb.07b: MultiTransform parameters
[Einstellungen für Linear Pattern]
  • Baumansicht: Wabe1 (Sechskantloch markieren)
  • Icon PartDesign_MultiTransform  PartDesign - Mehrfach-Transformation
    MultiTransform parameters (→ Abb.07b)
    • Elemente: Wabe1 (vorgewählt)
    • Transformationen: Rechter Mausklick - Lineares Muster hinzufügen
      LinearPattern
    • Richtung: Basis X-Achse
    • Länge: 8,740 mm
      (vollständiges Muster: 43,70 mm)
    • Vorkommen: 3 (Stück)
      (vollständiges Muster: 11)
    • OK
    → Muster wie Abb.07a entsteht.

Mehrfach-Anordnung - Lineares Muster schräg

Lineares Muster nach rechts oben
Abb.08a: Lineares Muster nach rechts oben

Im zweiten Schritt wird die komplette erste Lochreihe nach rechts oben kopiert. Die Richtung 60° wird von der Bezugslinie Wabe_Richtung (→ siehe oben bei Abb.06) vorgegeben.

Für die vollständige Perforation braucht man nur 2 Lochreihen und ihr Abstand beträgt wieder 4,37 mm.

Erweitern Sie die bestehenden Mehrfachtransformation um das zweite lineare Muster nach rechts oben:

Zu tun
Einstellungen für Mehrfach-Transformationen
Abb.08b: Einstellungen
für das 2te lineare Muster
  • Baumansicht: Falls Sie MultiTransform parameters verlassen haben, können Sie es mit einem Doppelklick auf MultiTransform erneut aufrufen.
  • MultiTransform parameters (→ Abb.08b)
    • Transformationen: Rechter Mausklick - Lineares Muster
      LinearPattern001
    • Richtung: Referenz auswählen -
      • Baumansicht: Wabe_Richtung
      • zurück zu MultiTransform parameters
        Richtung: DatumLine (ist jetzt eingefügt für Wabe_Richtung)
    • Länge: 4,370 mm
    • Vorkommen: 2 (Stück)
    • OK
    → Muster wie Abb.08a entsteht.

Mehrfach-Anordnung - Lineares Muster senkrecht

Lineares Muster nach  oben
Abb.09a: Lineares Muster nach oben

Im dritten Schritt wird das komplette Muster aus 6 Löchern nach oben in Richtung der y-Achse kopiert.

Erweitern Sie die bestehenden Mehrfachtransformation um das dritte lineare Muster nach oben:

Zu tun
  • MultiTransform parameters(→ Abb.09b) aufrufen:
    • Transformationen: LinearPattern002
    • Richtung: Basis Y-Achse
    • Länge: 15,138 mm
      (vollständiges Muster: 90,829 mm)
    • Vorkommen: 3 (Stück)
      (vollständiges Muster: 13)
    → Muster wie in Abb.09a entsteht.

Mehrfach-Anordnung - Spiegelung an der yz-Ebene

Spiegelung nach links
Abb.10a: Spiegelung nach links

Im vierten Schritt wird das komplette Muster nach links gespiegelt. Als Spiegelebene kann die yz-Ebene verwendet werden. Auch die Spiegelung findet innerhalb der Multi-Transformation statt.

Zu tun
Einstellungen für die Spiegelung
Abb.10b: Einstellungen
für die Spiegelung
  • MultiTransform parameters (→ Abb.09b):
    • Transformationen: Spiegelung hinzufügen
      Mirrored
    • Ebene: Basis YZ-Ebene
    → Muster wie in Abb.10a entsteht.
Hinweis zur Spiegelung innerhalb Mehrfach-Transformation

In Abb.10a erkennt man, dass das Muster nach der Spiegelung nicht wirklich symmetrisch ist. Auch das habe ich durch Ausprobieren gelernt und daraufhin die Lage des ersten Durchbruchs angepasst.

Umlaufender Rand für das Blatt

Screenshot Verstärkter Rand
Abb.11a: Verstärkter Rand mit Fasen

Das Blatt soll mit einem verstärkten Rand umgeben werden.

Umlaufende Ränder erzeugt man in FreeCAD elegant mit Sweeping [Additive Pipe].
Zum Sweepen benötigt man eine Skizze des Randquerschnittes (Profil) und kann dort die Fasen integrieren. Für den Verlauf des Randes (Pfad) kann man die Konturskizze des Blattes (Blatt_Kontur) verwenden.

Zu tun - Rechteck
Skizze mit dem Profil des Randes
Abb.11b: Profil des Randes (yz-Ebene)
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.11b
    • Icon Sketcher_CreateRectangle  Rechteck zunächst ohne Rundungen
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceX  Icon Sketcher_ConstrainDistanceY  Breite 3 mm und Höhe 2 mm
    • Icon Sketcher_ConstrainCoincident  Rechteck rechts unten an den Koordinatenursprung binden
      → Die Skizze wird grün, d.h., vollständig bestimmt.

Hinweis: Die Sichtbarkeit der Blattfläche kann man in der Baumansicht mit der Leertaste ein- und ausschalten.

Zu tun - Fasen ergänzen
Icon
Abb.11c: Sketcher - Einschränkungserhaltende Verrundung
  • Icon Workbench_Sketcher  noch Arbeitsbereich Sketcher
    • Icon Sketcher - Create Fillet Constraint Preserving  Drei freie Ecken abrunden (→ Abb.11b)
      → Viertelkreise [Radien] ersetzen die Ecken
      → Maße und Beschränkungen bleiben erhalten
    • Icon Sketcher_ConstrainEqual  Icon Sketcher_ConstrainRadius  Alle Radien R0,4
    • Icon Sketcher_CreateLine  Radien mit geraden Linien abkürzen
      → diese Linien werden beim Sweepen zu Fasen 0,4x45°
    • Icon Sketcher_ToggleConstruction  Radien in den Konstruktionsmodus schalten
      → Die Radien werden außerhalb der Skizze ignoriert, also nicht gesweept.
      → Konstruktionslinien werden blau dargestellt.
  • Baumansicht: Sketch - Umbenennen: Rand_Profil
Zu tun - Sweepen

Sweepen Sie das Profil des Randes (Rand_Profil) entlang der Außenkontur des Blattes (Blatt_Kontur).

Einstellungen von Additive Pipe
Abb.11d: Rohrparameter
[Einstellungen für Sweeping]
  • Baumansicht: Rand_Profil markieren
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_Additive_Pipe  Sweeping [Additive Pipe]
    Rohrparameter (→ Abb.11d):
    • Profil - Objekt: Rand_Profil (vorgewählt)
    • Eckübergang: Transformiert
    • Pfad - Objekt: Klick auf Objekt
      • Baumansicht: Blatt_Kontur
      • zurück zu Rohrparameter
        → Pfad - Objekt: Blatt_Kontur (ist jetzt eingefügt)
    • OK
  • Baumansicht: AdditivePipe - Umbenennen: Rand.

Perforation

Screenshot des perforierten Blattes
Abb.12 Ausschnitt des Blattes

Sie können die Perforation nun vervollständigen.

Hinweis zu meiner Datei Fliegenklatsche.FCStd: Wer mit ihr arbeitet, muss MultiTransform im Blatt nicht öffnen, weil es die Werte aus dem Spreadsheet übernimmt. Tragen Sie im Spreadsheet in Zelle B13 die Zahl 11 (elf) ein, und in Zelle B15 die Zahl 13 (dreizehn). Die Länge des linearen Musters berechnet das Spreadsheet automatisch.

  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Baumansicht: Blatt aktivieren
  • Baumansicht: Blatt - MultiTransform (mit Doppelklick öffnen)
    • LinearPattern
      Länge: 43,700 mm
      Vorkommen: 11
    • ... das dauert ...
    • LinearPattern002
      Länge: 90,826 mm
      Vorkommen: 13

     

Griff

Screenshot des Griffstückes
Abb.13a Screenshot des Griffes
(verkürzt)

Der Griff enthält eine Öse zum Aufhängen. Den Stiel mit Raststecker (Federklemme) steckt man in den Verbinder, wo er einrastet.

Konstruktive Überlegungen

Als Gesamtlänge des Griffes wähle ich 300 mm, weil das noch diagonal auf das Druckbett meines 3D-Druckers passt.

Den Stiel einschließlich Handgriff drucke ich als Achtkantprofil, weil es einem Rundprofil ähnelt und besser für den liegenden 3D-Druck geeignet ist. Der Stiel soll zudem hohl sein, um seine Biegesteifigkeit zu senken. Die Materialersparnis spielt auch eine Rolle, ist aber nicht groß, da ich standardmäßig nur mit 15% Infill drucke.

Als Maße für den hohlen Achtkant wähle ich Schlüsselweite 6 mm und Wandstärke 0,87 mm. (→ Abb.14a)

Überlegungen zu FreeCAD

Wie der Rand wird auch der Griff mittels PartDesign - Sweeping modelliert.

Einschränkung in FreeCAD: Beim Sweepen [Additives Rohr, Additive Pipe] darf kein Ort mehrmals überstrichen werden.

Sweeping in FreeCAD hat die Einschränkung, dass in einem Sweep-Vorgang kein Ort mehrmals überstrichen werden darf. Beim Griff ist die "Verzweigung" vom Stiel in den Handgriff das Problem, aber es gibt hier eine einfache Lösung: Wir sweepen den Griff nur zur Hälfte und vervollständigen ihn durch Spiegeln [Mirrored].

Prinzipielle Vorgehensweise in FreeCAD
Screenshot der Skizzen für den Stiel
Abb.13b: Skizzen für
das Sweepen des Stiels
  • Koordinatensystem: Profil (Achtecke) auf der xz-Ebene, Pfad auf xy-Ebene, alles symmetrisch zur y-Achse
  • Arbeitsbereiche: PartDesign und Sketcher
  1. Eine Skizze mit dem Profil des Stieles erstellen, hier zwei konzentrische Achtecke auf der xz-Ebene (→ Abb.13b) [Sketcher].
  2. Eine Skizze mit dem Pfad des (halben) Stieles erstellen, hier auf der yz-Ebene (→ Abb.13b) [Sketcher].
  3. Sweepen des halben Stieles [PartDesign - Additive Pipe].
  4. Vervollständigen des Griffes durch Spiegelung [PartDesign - Mirrored].
  5. Raststecker (Federklemme) skizzieren und extrudieren [PartDesign - Pad].

Griff zur Hälfte sweepen

Erstellen Sie zwei Skizzen mit Profil und Pfad des Griffes und sweepen Sie.

Zu tun - Profil des Griffes
Skizze des Stielquerschnittes
Abb.14b: Profil des Griffes
(xz-Ebene)
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_Body  Neuer Körper -
    Umbenennen: Griff
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.14b
    • Icon Sketcher_CreateOctagon  Zwei Achtecke
    • Icon Sketcher_ConstrainCoincident  Konzentrisch zum Koordinatenursprung
    • Icon Sketcher_ConstrainVertical  Eine Kante je Achteck ist senkrecht
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceX  SW6 und Wandstärke 0,87
  • Baumansicht: Sketch - Umbenennen: Griff_Profil
Zu tun - Pfad des Griffes

Im Pfad stellt man die Länge des Griffes ein, die wiederum von den Maßen Ihres Druckbettes begrenzt ist.

Ich wähle eine Länge von 300 mm, davon muss man noch die halbe Breite des Achtkants (3 mm) und die Länge des Raststeckers (12 mm) abziehen, also bleiben für die Länge des Pfades 285 mm.
Der Handgriff soll 80 mm lang werden.

Skizze des Stielpfades
Abb.14b: Pfad des Stieles
(xy-Ebene)
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.14b
    • Icon Sketcher_CreatePolyline  Pfad des Handgriffes skizzieren, z.B. mit Polylinie.
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceY  Der Pfad und das Maß 285 mm beginnen im Koordinatenursprung.
    • Icon Sketcher_ConstrainDiameter  Icon Sketcher_ConstrainRadius  R50, ∅ 20
    • Icon Sketcher_ConstrainTangent  Alle Übergänge sind tangential
    • Icon Sketcher_ConstrainPointOnObject  Die senkrechte Linie, der Mittelpunkt ∅20 und der Scheitelpunkt liegen auf der y-Achse.
  • Baumansicht: Sketch - Umbenennen: Griff_Pfad
zu tun - (halben) Griff sweepen

Sweepen Sie den (halben) Griff sinngemäß wie beim Sweepen des Randes

  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_Additive_Pipe  Sweeping
    • Profil: Griff_Profil
    • Pfad: Griff_Pfad
  • Umbenennen: Griff_halb
     
     

Griff vervollständigen durch Spiegelung

Erzeugen Sie die zweite Hälfte des Griffes durch Spiegelung des halben Griffes an der yz-Ebene sinngemäß wie bei der Spiegelung des Musters, aber ohne Multi-Transformation!

Zu tun
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_Mirrored  Spiegeln
    • Element: Griff_halb
    • Spiegelebene: yz-Ebene
  • Umbenennen: Griff_ganz
     

Raststecker

Screenshot des Raststeckers
Abb.15a: Raststecker

Am Ende des Griffes wird der Raststecker ergänzt.

Die Widerhaken sind als Kreisbogen ausgelegt und haben konstanten Querschnitt, damit sich beim Einfedern die Biegespannung gleichmäßig verteilt. Die Radien an der Schulter sollen auch das Einfädeln in die Buchse erleichtern.

Zu tun - Raststecker
Skizze des Raststeckers
Abb.15b: Skizze des Raststeckers
(xy-Ebene)
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb. 15b
    • Icon Sketcher_ConstrainSymmetric  Die Skizze ist vollkommen symmetrisch zur y-Achse.
    • Icon Sketcher_ConstrainPointOnObject  Die Unterkante der Skizze liegt auf der x-Achse.
    • Icon Sketcher_ConstrainHorizontal  Die Mittelpunkte von R30 liegen auf gleichen Höhe wie die Oberkante der Skizze.
    • Icon Sketcher_ConstrainCoincident  Alle acht Kreisbögen sind paarweise konzentrisch.
    • Icon Sketcher_ConstrainRadius  Die kleinen Innenradien haben R0,25.
    • Icon Sketcher_ConstrainDistance  Die Widerhaken sind 1,29 mm dick (für 3 parallele Filamentstreifen).
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceY  Die Widerhaken enden 1,5 mm über der Unterkante.
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceX  Die Gesamtbreite (eingefedert) beträgt oben 5,7 mm.
    • Der Fuß 1,29 x  6 mm soll die Steckverbindung abschließen.
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceY  Der Raststecker hat eine Gesamthöhe von 12 mm.
  • Umbenennen: Stecker_Rast_Skizze
  • Icon PartDesign_Pad  Extrudieren [Pad] - symmetrisch - 6 mm -
    Umbenennen: Stecker_Rast
     

Verbinder

Der Verbinder soll Blatt und Griff verbinden.

Beschreibung des Verbinders
Screenshot des Verbinders
Abb.16a Verbinder in Fertigungslage
  • In Abb.16a ist der Verbinder in Fertigungslage auf dem 3D-Drucker dargestellt.
  • Die "Schnauze" des Verbinders (rechts oben) beißt sich quasi im Rand des Fliegen­klatschen­blattes fest.
  • In die Rastbuchse (Öffnung links vorne) wird der Raststecker des Griffes gesteckt.
  • Radien und Fasen sorgen dafür, dass sich der Verbinder nicht so scharfkantig anfühlt.
Überlegungen zum 3D-Druck
  • Der Querschnitt der "Schnauze" ist gleichbleibend und damit gut druckbar.
  • Für das "Dach" über der hohlen Rastbuchse muss der 3D-Drucker 6 mm überbrücken können.
  • Allgemeine Hinweise zu Radien und Fasen
     
Prinzipielle Vorgehensweise in FreeCAD
  • Koordinatensystem: x-Achse (rot), y-Achse (grün) und z-Achse (blau, Druckrichtung) (→ Abb.16a).
  • Arbeitsbereiche: PartDesign und Sketcher
  1. Grundkörper des Verbinders mit Radien skizzieren und extrudieren [PartDesign - Pad].
  2. Rastbuchse skizzieren und subtraktiv extrudieren [PartDesign - Pocket].
  3. Ggf. Verbinder verschlanken: skizzieren und subtraktiv extrudieren [PartDesign - Pocket].
  4. Fasen ergänzen [PartDesign - Chamfer].
     

Grundkörper des Verbinders

Skizzieren Sie die äußere Kontur des Verbinders nach Abb.16b und extrudieren Sie die Skizze symmetrisch um 15 mm.

Zu tun
Screenshot der Skizze des Verbinders
Abb.16b: Skizze des
Verbindsstückes (xy-Ebene)
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_Body  Neuer Körper -
    Umbenennen: Verbinder
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.16b
    • Icon Sketcher_CreatePolyline  Kontur zB. mit Linienzug skizzieren
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceX  Das Maß 1,1 entspricht der Dicke des Blattes, das Maß 2,2 der Dicke des Randes mit etwas Aufmaß.
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceY  Das senkrechte Maß 3 entspricht die Breite des Randes.
    • Icon Sketcher_ConstrainSymmetric  Die äußere Kontur ist außer der abgeschrägten Nase symmetrisch zur y-Achse.
  • Ergänzen Sie die Radien (Eckenverrundungen) in der Skizze erst dann, wenn die Skizze grün geworden ist, d.h. alle Maße und Einschränkungen vergeben sind. → Abb.16b zeigt die grüne Farbe, enthält aber keine Radien:
    • Icon Sketcher - Create Fillet Constraint Preserving  Einschränkungserhaltende Verrundung: Alle äußeren Ecken abrunden
      → Beschränkungen und Maße bleiben erhalten
    • Icon Sketcher_ConstrainRadius  Icon Sketcher_ConstrainEqual  Alle Radien R1
  • Baumansicht: Sketch - Umbenennen: Grundkörper_Skizze
  • Icon PartDesign_Pad  Extrudieren [Pad] - symmetrisch - 15 mm -
    Umbenennen: Grundkörper
     

Rastbuchse im Verbinder

Screenshot der Rastbuchse
Abb.16c: Rastbuchse (teilgeschnitten)

Die Rastbuchse ist ein Hohlraum, der den Raststecker aufnimmt. Sobald der Raststecker vollständig eingefahren ist, können seine Widerhaken ausfedern und in den Widerlagern verhaken.

Zu tun
Skizze der Rastbuchse
Abb.16d: Skizze der Rastbuchse (yz-Ebene)
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.17e
    • Icon Sketcher_ConstrainSymmetric  Die Skizze ist vollkommen symmetrisch zur y-Achse (hier waagerecht und grün).
    • Icon Sketcher_ConstrainPointOnObject  Der Eingang der Buchse ist 6 mm breit und liegt auf der z-Achse (hier senkrecht und blau).
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceY  Hinter den 1,29 mm dicken Widerlagern weitet sich die Buchse auf 8 mm und verengt sich danach allmählich auf 6 mm.
    • Icon Sketcher_ConstrainRadius  Icon Sketcher_ConstrainEqual  Radien R1.
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceX  Die Buchse ist insgesamt 12 mm tief.
  • Umbenennen: Buchse_Rast_Skizze
  • Icon PartDesign - Pocket  subtraktive Extrusion [Pocket] - symmetrisch - 6,2 mm -
    Umbenennen: Buchse_Rast
     

Verbinder beschneiden

Wer mag, kann den Verbinder nachträglich schräg beschneiden, das spart etwas Material und sieht besser aus.

Achtung 3D-Drucker: Nach dem Beschneiden liegt die Grundfläche des Verbinders nicht mehr parallel zur xy-Ebene, und das muss man im Slicer korrigieren. Wer so etwas gerne vergisst - so wie ich - verzichtet auf die Beschneidung oder verwendet in FreeCAD von vornherein andere Methoden → interner Link: Verbinder B.

Skizzieren Sie die Kontur der überflüssigen Bereiche und beschneiden Sie den Verbinder.

Zu tun
Screenshot - Skizze zum Beschneiden des Verbinders
Abb.16e: Skizze zum Beschneiden
des Verbinders (yz-Ebene]
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_NewSketch  Neue Skizze → Abb.16e
    • Icon Sketcher_ViewSection  Macht vorübergehend die Skizzenebene sichtbar.
      Alternativ kann man die Sichtbarkeit des Grundkörpers ausschalten: Baumansicht - Grundkörper - Leertaste.
    • Icon Sketcher_ConstrainSymmetric  Die beiden Dreiecke sind vollkommen symmetrisch zur y-Achse (hier waaagerecht).
    • Icon Sketcher_ConstrainPointOnObject  Die linken Kanten mit der Öffnung 10 mm liegen auf der z-Achse (hier senkrecht und blau).
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceY  Senkrechte Maße 10 mm und 15 mm.
    • Icon Sketcher_ConstrainDistanceX  waagerechtes Maß 30 mm.
  • Umbenennen: Beschnitt_Skizze
  • Icon PartDesign - Pocket  subtraktive Extrusion [Pocket] - symmetrisch - Durch alles -
    Umbenennen: Beschnitt
     

Nacharbeiten

Ergänzen Sie die beiden fast umlaufenden Fasen 0,4x45°.

Screenshot - Verbinder
Abb.16f: schlanker Verbinder
Zu tun
  • Icon Workbench_PartDesign  Arbeitsbereich PartDesign
  • Icon PartDesign_Chamfer Fase 0,4x45° -
    Umbenennen: Grundkörper_Fase
     

Sonstiges

Im Moment plane ich zwei Fortsetzungen:

  • Verbinder B: Der schlanke Verbinder wird mit so gedreht, dass seine Grundfläche wieder parallel zur xy-Fläche steht. Ziele
    • Verbinder B muss im Slicer nicht korrigiert werden.
    • Arbeiten mit Bezugsebenen.
    • Eine fertige Skizze von einer Ebene zu einer anderen verschieben.
    • Ein fertiges Einzelteil im Koordinatensystem drehen.
    • Extrusion mit schrägen Endflächen = Prisma mit schrägem Schnitt
  • Montage der Fliegenklatsche in einer Baugruppe mit dem Arbeitsbereich A2plus.