Wunderbare Geschichten um CNC14

Durch die Workshops dürfen wir immer wieder mal an wunderbaren Geschichten von Teilnehmern teilhaben, das macht das ganze so besonders und ist auch ein Grund, weshalb uns die Kurse soviel Spaß bereiten: Neue Orte und vorallem viele interessante Menschen kennenzulernen und manchmal auch die Gelegenheit zu haben, Teil ihrer zauberhaften Geschichte zu werden!

André aus der Antwerpener Gegend in Belgien hat im Mai 2020 im Workshop 23 in Hamm teilgenommen und sich seine große CNC14 gebaut. Hier erzählt er im Originalton seine wunderbare Geschichte, wie er zu seiner CNC14 Fräse kam und über seine Fortschritte:

Eine Modelleisenbahn, das Projekt, das vor 40 Jahren begann

Wie es 1982 begann
Vor 40 Jahren gab es noch Hobbymagazine, wie es ‚Selber Machen‘ in Deutschland noch immer gibt. Im Jahr 1982 sah ich einen Artikel über den Bau einer Modelleisenbahn für den Garten; eigentlich waren es 2 Züge, ein Personenzug und ein Güterzug. Ich bestellte dann die Bauzeichnungen für 2 Gulden, sagen wir 2 Deutsche Mark. Eine Beschreibung und zwei Zeichnungen – doppel A0 – von 1 mal 1,5 Metern.

Ich dachte, das würde den Kindern Spaß machen. Ich hatte damals ein Haus, aber mit einem Minigarten, ich war noch nicht verheiratet und Kinder zu haben war nur eine vage Idee. Die Bauzeichnungen waren daher eine echte Zukunftsvision.

15 Jahre später, ca. 1997
Anderes Haus mit einem wesentlich größeren Garten, verheiratet und zu dieser Zeit 3 Kinder. Zwischen einem alten und einem neuen Job hatte ich eine 3-monatige Pause gemacht und ich fing an, den Zug zu bauen. In der Garage, mit einer Stichsäge, eine Feile, einem Kreissägenaufsatz an meinem Bohrer und einem Black&Decker Workmate.

So habe ich die Rümpfe der Güterwagen gebaut. Dann begann die Arbeit und Erziehung der Kinder die ganze Zeit zu verbrauchen die Arbeit und der Zug verschwand in einem tiefen Schrank.

Wieder 20 Jahre später, 2020
Ich bin offiziell seit 5 Jahren im Ruhestand, aber jetzt habe ich auch aufgehört zu arbeiten. Es ist Zeit für ein Hobby. Reisen stand nach der Pensionierung immer auf der Tagesordnung, aber mit Corona ist das vorerst kein Thema. Ein Hobby im hauseigenen Haus ist angebracht. Deshalb habe ich den Modellzug herausgezogen.
In 40 Jahren hat sich in Sachen Werkzeuge viel verändert. Die Idee war jetzt, mit CAD-Software und einem CNC-Cutter zu arbeiten. Ich habe immer im IT-Bereich gearbeitet und bin daher mit allen Arten von Software vertraut. Ich wusste nichts über das Fräsen. Nach viel Lesen und Suchen im Internet landete ich bei CNC14. Ich habe mich angemeldet und Ende Mai habe ich meinen Fräser in dem Workshop in Hamm gebaut. Wäre der Fräser einen Zentimeter größer gewesen, hätte er nicht in das Auto gepasst.
Zu Hause wurde der Fräser in einem Gartenschuppen installiert, der nicht genutzt wurde. Fräsen macht viel Lärm, und das ist jetzt kein Problem; wie es im Winter ohne Heizung geht, werden wir sehen.

Workflow, von der Idee bis zur Komponente
CNC (Computer Numerical Control) bedeutet computergesteuert. Der Computer lädt ein Programm mit vorgeschriebenen Bewegungen in den Fräser und der Fräser führt diese Schritte aus. Man kann ein solches Programm selbst schreiben und am Anfang war das die einzige Methode. Heutzutage gibt es fantastische Programme, um die Idee visuell zu modellieren und dann in ein Fräsprogramm zu verwandeln.
Diese Programme sind wichtig: 'gut begonnen ist halb gewonnen' ist ein bekanntes Sprichwort, aber beim Fräsen ist es eher 'gut begonnen ist drei Viertel gewonnen. Was zählt ist die größte Sicherheit, dass das zu fräsende Teil den Spezifikationen entspricht. Die Visualisierung ist unerlässlich.
Ein Workflow für einen Fräs- oder 3D-Drucker umfasst vier Schritte:

  1. Eine Idee visuell ausarbeiten und angeben: CAD (Computer Aided Design). Intern erstellt die Software ein Modell, das die Grundlage für die Anweisungen an den Fräser bilden wird.
  2. Konversion von ein CAD-Modell in einen Schneidplan mit den von dem Fräser auszuführenden Schritten: CAM (Computer Aided Manufacturing). Für einen Fräser ist zum Beispiel das Ausschneiden eines Quadrats eine einzige Bewegung, aber komplexere Teile erfordern eine Reihe von Fräswegen. In der Regel werden die Fräswege auch wieder grafisch dargestellt, um das, was man definiert hat, leicht zu kontolieren. Die CAM-Software kann die Fräspfade in Code für einen CNC-Fräse, "post-processing" umwandeln. Dies ist oft 'G-Code' nach dem Open Source GRBL Standard.
  3. Software, um das Fräsprogramm an den Fräser zu senden.
  4. Der Fräser, der die beladenen Fräswege betreibt, um die Idee schließlich in einem Material zu realisieren.
    Wir sehen oben drei Software-Funktionen und eine Hardware-Funktion, der Fräser. Man kann drei Programme verwenden, aber einige Programme kombinieren Softwarefunktionen in einem. Ich selbst verwende Fusion 360, die CAD und CAM kombiniert und zusätzlich Candle, um den G-Code an den CNC14-Fräser zu senden.
    In dieser Geschichte geht es nicht um Fusion oder um Candle. Dies sind meine Programmieroptionen und ich gehe davon aus, dass die gleichen Dinge, die ich tue, in ähnlicher Weise mit anderer Software auch möglich sind.
    Mein Projekt ist es, eine Modelleisenbahn für den Garten zu bauen. Das meiste, was ich tue, ist flache Teile aus Sperrholz (2D) zu schneiden; ein kleiner Teil der Arbeit erfordert das Formen von Holzteilen (2.5D). Ich gebe später ein Beispiel dafür.
    Ich mache 3D-Modelle in CAD. Das ist eine Menge Arbeit; warum mache ich diese Aufwand um dann um dann flache Teile zu fräsen? Ein 3D-Modell hat für mich zwei Funktionen, visuelle Kontrolle und eine Grundlage für die Darstellung der benötigte 3D-Teile.

Visuelle Kontrolle
Man kann alle Teile in 2D zeichnen, ohne sie in einem 3D-Modell zu kombinieren. Sie dann aber nicht visuell überprüfen, ob die Abmessungen der einzelnen Teile auch korrekt sind.
Ein einfaches Beispiel. Erstellen Sie einen Würfel von 50x50x50 Millimetern mit 10mm Sperrholz. Das sind sechs Teile, von denen vier 30x30x10 mm sind; die anderen beiden müssen 50x50x10 mm betragen, da sie auch die Seiten der anderen vier Seiten abdecken müssen.

Im obigen Modell ist klar, dass die Linke zu groß ist und mit dem Boden und der rechten Seite zu kurz ist. Dies kann man noch einfach ohne visuelles Modell sehen. Bei komplizierteren Projekten würde ich das ohne visuelle Kontrolle ohne Fehler nicht bekommen.
Ich arbeite mit Zeichnungen aus dem Jahr 1982 und habe festgestellt, dass sie Fehler wie die oben auf dem Platz enthalten. Hier und da vergaß der Zeichner, die Dicke eines Teils in die Größe des Teils einzuschließen, das darauf passen muss. Außerdem muss ich die Zeichnung an die Größe des Materials anpassen. Die Zeichnung verwendet 10mm dieses Sperrholz für den Boden der Zugwaggons, aber mein Geschäft verkauft 9mm dickes Sperrholz. Die Seitenwände passen auf den Boden und bleiben unverändert; die Trennwände müssen 1mm höher sein, da der Boden 1mm dünner ist. Sonst passt das Dach nicht.
Unten ein Teil des 3D Modells eines Zugwagons.

Visuelle Modellierung ist eine Menge Arbeit, aber es lohnt sich. Beim Fräsen eines richtigen Modells kann es immer noch schief gehen; aber beim Fräsen eines fehlerhaften Modells kann es nie ein gutes Ergebnis geben.

3D-Sharing-Modellierung mit Software
Im Bild des Zugwagons sind Viertelrunden-Dachlatten zu sehen. An der Unterseite springen sie ein, um die Seitenwände zu stützen; dieser untere Teil hat weitere Ausschnitte für die Trennwände. Hier ist, wie ich es geschafft habe.

  1. Zeichnen Sie ein Bild der Dachlatte und extrudieren Sie sie auf die gewünschte Länge. Dies ergibt das Ergebnis in der oberen rechten Ecke.
  2. CAD-Software bietet Operationen zwischen zwei Teilen; verbinden, schneiden und Kreuzungen. Der erste spricht für sich, der zweite schneidet einen Teil mit der Form des anderen aus und der dritte tut es umgekehrt und behält das Gemeinsame der beiden Teile bei. Für beide Aussparungen habe ich "Schneiden" mit als Ziel der Dachlatte und als Werkzeug eine Trennwand verwendet. Das Ergebnis ist absolut genau und die Teile passen perfekt zusammen. Das Ergebnis ist die Dachleiste unten rechts.
  3. Es ist auch sichtbar, dass die Dachlatten an den Enden einspringen, so dass sie unsichtbare Verbindungen zu den Kopfwänden bilden. Das habe ich auch mit "schneiden" gemacht. Sie sollten in der Lage sein, die Operationen selbst aus zu klügeln. Ich gebe Ihnen die Lösung. Die Stirnwand ist 9 mm dick und die Dachlatte sollte 50% hineinpassen. Bewegen Sie die Dachlatte für die linke Seite 4,5 mm nach rechts und führen Sie das "Schneiden" mit der Kopfwand als Ziel und die Dachlatte als Werkzeug durch; dies führt zur Aussparung in der Kopfwand (siehe linkes Bild unten). Setzen Sie nun die Dachlatte wieder an Ort und Stelle – 4,5 mm nach links – und führen Sie das "Schneiden" mit der Dachlatte als Ziel und der Kopfwand als Werkzeug durch. Dies führt zu der schmalen verbleibenden Kante der Dachlatte, an der sich Seitenwand und Dach verbinden (rechtes Bild unten).

Das ist meine Vorstellung davon, warum sich visuelle Modellierung lohnt:

  1. Um die Genauigkeit und der Größen der Teile zu überprüfen.
  2. So erstellen Sie die 3D-Freigabe mit Vorgängen.

Nächster Teil: Definieren von Fräswege in CAM, mit der Dachlatte als Beispiel folgt.