Wagen zu reparieren – Phase 1: Zerlegung

Dies ist eine der Anleitungen aus unserer Serie zum „Dare to Repair“-Wettbewerb für 3D-gedruckte Ersatzteile. Diese Anleitung beschreibt die erste Phase des Projekts: Zerlegung. Erstlesern wird empfohlen, die gesamte Anleitung zu lesen; erfahrene Nutzer können sich an der Kurzübersicht in jedem Schritt orientieren.

Für weitere Informationen – einschließlich Regeln, Einreichungsrichtlinien und Preisen – schau dir unsere Ankündigung zum „Dare to Repair“-Wettbewerb auf unserem Blog an. Vergiss nicht, dass die Einreichungen bis Montag, den 14. Mai, fällig sind.

Zur einfachen Übersicht findest du hier eine vollständige Liste der Anleitungen dieser Serie:

• Phase 1: Zerlegung
• Phase 2a: Umgestaltung mit 3D-Scan
• Phase 2b: Umgestaltung mit CAD
• Phase 3: Reproduktion

In dieser ersten Anleitung der Serie geht es um die Zerlegung des Originalteils. Manche Aspekte eines Teils müssen exakt wie beim Original reproduziert werden, während andere weniger wichtig sind und komplett weggelassen werden können. Wenn du weißt, worauf du bei einem Bauteil achten musst, kannst du dessen kritische Merkmale leicht bestimmen.

Es gibt drei Hauptfaktoren, die bei der Reproduktion eines brauchbaren Ersatzteils zu berücksichtigen sind:

1. Funktion und Kontext
2. Geometrie
3. Material

Zuerst betrachtest du die Funktion und den Kontext des Bauteils. Dies verrät dir viel über seine Absicht und seine Beziehung zum Rest des Produkts. Diese Absichten und Beziehungen lassen sich in Anforderungen und kritische Merkmale übersetzen (wichtige Aspekte des Teils, die ursprünglich vom Designer festgelegt wurden). Diese Phase hilft dir dabei zu identifizieren, was wirklich exakt sein muss, was vereinfacht werden kann und was weggelassen oder weniger präzise reproduziert werden darf.

Als Nächstes befassen wir uns mit den geometrischen Aspekten des Bauteils. Die Zusammensetzung von Formen, Oberflächen, Merkmalen und Details des Teils wird aufgeschlüsselt, um die Komplexität und die Art der verwendeten Formen zu offenbaren. Dies hilft dir zu verstehen, wie es ursprünglich vom Designer konstruiert wurde. Deine Arbeit in dieser Phase sollte dir einen guten Hinweis auf die Schwierigkeit der Aufgabe geben und darauf, welche Modellierungsstrategie für dein Projekt am besten geeignet ist.

Ein flaches Zahnrad ist zum Beispiel eine einfache, vertraute Form: ein flacher Zylinder mit einem zylindrischen Loch in der Mitte und regelmäßigen Zähnen am Umfang. Der Griff einer elektrischen Bohrmaschine hingegen ist komplizierter. Er besteht aus doppelt gekrümmten Flächen und mehreren Schraubenlöchern, was die Reproduktion für den 3D-Druck schwieriger macht.

Zuletzt wirfst du einen kurzen Blick auf das Material, aus dem das Teil besteht. Oft verrät dir die ursprüngliche Materialwahl viel über die Absichten des Bauteils. Die Materialeigenschaften des Teils sollten zu den vom Designer festgelegten Anforderungen passen. Du wirst jedoch deine eigene Materialwahl treffen müssen, da die Auswahl an 3D-druckbaren Materialien im Moment noch ziemlich begrenzt ist. Wir haben eine Auswahl wichtiger Materialeigenschaften zusammengestellt, die du berücksichtigen solltest, und ein Auswahlwerkzeug entwickelt, das dir bei der Entscheidung hilft, welches Material am besten zu deinem Fall passt.

Bevor du beginnst, stelle sicher, dass du den Haftungsausschluss in der Hauptanleitung gelesen hast. Die Arbeit mit Elektronik und das Basteln an Consumer-Produkten mit Garantie erfolgt auf eigenes Risiko. Stelle sicher, dass du in einem geeigneten Bereich arbeitest (z. B. einem belüfteten Arbeitsplatz), trage bei Bedarf geeignete Schutzausrüstung und abziehen des Geräts vom Strom (Netzstecker ziehen), bevor du beginnst.

Du wirst wahrscheinlich das Produkt, an dem du arbeitest, zerlegen müssen, um das Bauteil zu entfernen, das du reproduzieren möchtest. Einige Produkte enthalten Zerlegungsschritte in ihrer Bedienungsanleitung, aber das ist heutzutage selten. Versuche, online Zerlegungsanleitungen zu finden, indem du nach deinem speziellen Produkt auf iFixit oder anderswo suchst.

Denk daran, dass du möglicherweise spezielle Schraubendreher, Öffnungswerkzeuge und Heißluftgebläse benötigst, um das Produkt zu öffnen. Wenn du nicht herausfinden kannst, wie das Produkt zu zerlegen ist, oder dir die nötigen Werkzeuge fehlen, ziehe in Betracht, dein Produkt in ein Repair Café zu bringen, falls eines in der Nähe ist. Oft haben sie die richtigen Werkzeuge und das Wissen, um fast jedes Produkt zu öffnen.

Profi-Tipp: Mache beim Zerlegen von jedem Schritt Fotos! Halte die Bauteile und Schrauben organisiert. Und notiere dir auch, was du getan hast – damit du nicht vergisst, wie man es wieder zusammenbaut.

Finde die Funktion des von dir gewählten Teils heraus. Das Teil kann mechanisch sein, ein kraftaufnehmendes Bauteil, eine rein ästhetische Dekoration oder ein strukturelles Bauteil, das andere Teile miteinander verbindet. Untersuche das Teil, indem du seine Funktion im Verhältnis zu anderen Teilen im Produkt betrachtest. Dies sollte dir helfen zu verstehen, was das Teil leisten können muss, was in spezielle Anforderungen für das neue Teil übersetzt werden kann. Notiere dir so viele deiner Erkenntnisse wie möglich.

Aus der Funktion des Teils lässt sich ein breites Spektrum an Anforderungen ableiten. Dazu gehören Anforderungen an die Materialwahl und den erforderlichen Genauigkeitsgrad der Form.

Die wichtigsten Anforderungen sind:

• Kontakt mit Wasser, Hitze, UV-Licht: Kommt das Teil mit einem dieser Faktoren in Kontakt? Einige Materialien sind empfindlicher gegenüber Feuchtigkeit/Licht oder sie schwächen bei erhöhten Temperaturen schnell ab.
• Lebensmittelkontakt: Kommt das Teil mit lebensmittelbezogenen Substanzen in Kontakt? Einige Materialien können giftig sein und sind nicht „sauber“ genug, um in Kombination mit Lebensmitteln verwendet zu werden. Übrigens: Es gibt lebensmittelechte Materialien für den 3D-Druck.
• Steifigkeit oder Flexibilität: Muss das Teil sehr steif sein oder sich biegen, um richtig zu funktionieren?
• Festigkeit und Schlagfestigkeit: Muss das Teil sehr stark sein? Muss es Stößen standhalten (durch Fallenlassen oder Anstoßen an Objekte) oder stark genug sein, um konstanten oder häufigen Kräften zu widerstehen.

• Verschleiß und Abrieb: Muss das Teil Verschleiß und Abrieb durch Reiben an anderen Teilen widerstehen? Die Haltbarkeit unterscheidet sich je nach Material stark. (Zahnräder müssen zum Beispiel verschleißfest sein.)

Notiere, welche dieser Anforderungen auf dein Teil und Produkt zutreffen. Du wirst diese Anforderungen berücksichtigen, wenn du später ein Ersatzteil anfertigst.

Identifiziere als Nächstes die kritischen Merkmale deines Bauteils. Es ist wichtig, diese exakt wie das Original zu reproduzieren, da das Teil sonst möglicherweise nicht passt oder nicht richtig funktioniert. Achte auf die folgenden Merkmale:

• Trennlinien: Die Kanten, an denen das Teil andere Teile berührt, ohne die Gesamtform zu unterbrechen. (Denk an die Tür eines Autos.)
• Konturen: Ähnlich wie Trennlinien, aber sie umgeben oder umschließen ein anderes Teil. Alle Befestigungsmittel oder Vorrichtungen, einschließlich Schraubenlöcher, Clip-Verbindungen, Verbindungsstege und Haken.
• Spezielle Formen mit zusätzlicher Funktion: wie zum Beispiel der Griff einer Schere (der bequem in deine Hand passen sollte), die exakt nach dem Original reproduziert werden müssen.
• Andere Oberflächen oder Details, von denen du glaubst, dass sie für eine exakte Replikation wichtig sind.

Kritische Merkmale sind die wichtigsten Details, die es richtig zu treffen gilt. Versuche, so viele wie möglich zu identifizieren. Du kannst möglicherweise nicht-kritische Merkmale weglassen oder vereinfachen, um den Prozess zu beschleunigen. Dazu gehören:

• Gekrümmte Formen, die nur ästhetisch sind, können zu einfachen, flachen Flächen vereinfacht werden.
• Strukturelle Rippen und Stützen, die bei vielen Kunststoffteilen zur Festigkeit bei gleichbleibender Wandstärke hinzugefügt werden. Da wir 3D-drucken, kannst du das Modell genauso gut massiv machen – solange deine Änderungen andere Teile in der Baugruppe nicht blockieren.
• Andere Details, die für die Funktion des Teils nicht wichtig sind.

Nicht alle Formen lassen sich ordnungsgemäß scannen, und nicht alle Formen sind besonders einfach in CAD zu modellieren. Die Bestimmung der Gesamtform, der Anzahl der daran befestigten „Merkmale“ und die Komplexität dieser Aspekte helfen dir bei der Entscheidung zwischen Modellierung oder 3D-Scan.

Bei diesem Bügeleisen wurden fehlende Teile mit Ton ergänzt

Überprüfe das Teil auf Vollständigkeit, Geometrieklasse und Komplexität der Zusammensetzung. Unvollständige Teile sind schwer zu scannen oder zu vermessen – aber du kannst fehlende Geometrie immer durch den Einsatz von Modellierton „heilen“. Finde Symmetrien und Referenzen aus dem Kontext, um zu versuchen, die fehlenden Stücke zu rekonstruieren. Die Suche nach Bildern des Teils im Internet kann ebenfalls helfen.

Betrachte als Nächstes die Art der Formen im Teil. Die Geometrieklasse lässt sich in zwei Haupttypen unterteilen: Geometrisch und Organisch, mit einigen Klassen dazwischen.

Wenn das Teil hauptsächlich aus einfachen, geometrischen Formen (wie Würfeln, Zylindern, Kegeln und Polygonen) aufgebaut ist, enthält es hauptsächlich geometrische Formen. Wenn die Oberflächen hauptsächlich gekrümmt oder sogar doppelt gekrümmt sind, ist das Teil hauptsächlich organisch. (Dies sieht man vor allem bei vielen Kunststoffteilen.)

Wenn das Teil organisch ist, empfehlen wir einen 3D-Scan des Teils, da die genaue Rekonstruktion von Krümmungen bei der CAD-Modellierung sehr schwierig ist. Ein 3D-Scan ist formgenauer – da du die exakte Geometrie scannst.

Wenn ein Teil geometrisch oder flach ist, kann es schneller und genauer sein, bei Null anzufangen und das Teil komplett zu modellieren. Große flache Oberflächen, scharfe Kanten und Teile, die maßliche Genauigkeit erfordern, können schwer perfekt zu scannen sein; hier empfehlen wir die CAD-Modellierung.

Überprüfe zuletzt die Komplexität des Teils. Betrachte die Zusammensetzung der Formen, unterteilt in Körper und Merkmale. Alle Teile bestehen aus einem Hauptkörper – dem größten Volumen, das die Grundform des Teils ausmacht. Du triffst möglicherweise auch auf zusätzliche Körper – große Volumen mit eigenem Zweck innerhalb des Teils. Denke zum Beispiel an das Gehäuse einer TV-Fernbedienung: Es ist eine hohle Schale, die die Elektronik stützt und die Batterien hält. Die Gesamtform der Fernbedienung ist der Hauptkörper. Das kastenförmige Batteriefach kann als zusätzlicher Körper angesehen werden, da es einen eigenen Zweck erfüllt. Wirf einen Blick auf das beigefügte Foto. Alles andere als diese Hauptformen – wie Grate, Rippen, Löcher, Schraubdome, Haken, Hohlräume und alle anderen Änderungen an diesen Hauptformen – nennen wir Merkmale.

Je komplexer ein Teil ist, desto schwieriger ist es zu reproduzieren – egal ob du CAD-Modellierung oder 3D-Scanning verwendest. Bei der CAD-Modellierung empfehlen wir, zuerst die Hauptform zu erstellen und dann zusätzliche Merkmale daran zu modellieren. Wenn dein Teil komplex ist, ist es vielleicht einfacher, nur die Elemente zu modellieren, die du als kritisch für die Funktion des Teils identifiziert hast.

Komplexere Teile enthalten im Allgemeinen komplizierte Details, die bei 3D-Scans schwieriger exakt zu erfassen sind. Du wirst wahrscheinlich danach mehr CAD-Modellierungsänderungen vornehmen müssen. Achte beim Modellieren besonders auf Hohlräume, da diese beim Scannen besonders schwer zu erfassen sind.

Wirf als Nächstes einen kurzen Blick auf das Material, aus dem das Teil besteht. Ein Resin Identification Code könnte irgendwo auf das Teil gestempelt sein (suche nach einem kleinen Recycling-Symbol mit einer Zahl darin). Mit etwas Glück findest du auch eine Abkürzung, die genau identifiziert, welches Material im Teil verwendet wird. Wenn du weniger Glück hast, findest du ein Recycling-Symbol mit einer Zahl „7“, die für die Kategorie „Sonstige“ steht. Wenn du gar kein Glück hast, findest du gar keinen Resin Identification Code. Du musst also ein wenig extra Detektivarbeit leisten, um das im Teil verwendete Material herauszufinden.

Lass uns mehr über Materialien sprechen. Zu den gängigen Materialien in Haushaltsgeräten gehören ABS, PC, (HI)PS und PP. Die beiden Letzteren sind Kunststoffe für den allgemeinen Gebrauch, die mit Lebensmitteln, Wasser und Sonnenlicht in Kontakt kommen können. ABS und PC sind technische Kunststoffe und werden hauptsächlich in mechanischen Anwendungen eingesetzt, bei denen Schlagfestigkeit, Festigkeit und Steifigkeit erforderlich sind.

An diesem Punkt solltest du anfangen darüber nachzudenken, welches Material du für dein Ersatzteil verwenden möchtest. Achte darauf, alle Elemente, die du in der Phase der Zerlegung identifiziert hast, in deine Entscheidung einzubeziehen. Aufgrund der begrenzten Arten von Materialien, die für den 3D-Druck verfügbar sind, kannst du möglicherweise nicht dasselbe Material verwenden wie im Originalteil. Hier ist ein praktisches Werkzeug, das dir hilft, das beste 3D-Druck-Ersatzmaterial (PLA, ABS, PET, Nylon oder PC) für dein Projekt zu bestimmen:

• Materialauswahlwerkzeug

Neben deiner eventuellen Erfahrung mit CAD-Modellierung und/oder Scanning können dir die in dieser Phase gewonnenen Informationen helfen, den Schwierigkeitsgrad einzuschätzen – in Bezug auf Komplexität, Zeit- und Arbeitsaufwand sowie den erforderlichen Designaufwand. Hier sind ein paar Dinge, die du berücksichtigen solltest:

• Vollständigkeit: Ist das Teil intakt? Je mehr Geometrie fehlt, desto schwieriger wird es sein, sie neu zu modellieren, da deine Referenz fehlt.
• Geometrieklasse: Enthält das Teil gekrümmte, doppelt gekrümmte oder organische Formen? Diese exakt zu modellieren wird zunehmend schwieriger! Vereinfachungen oder grobe Schätzungen könnten nötig sein, um sie nachzubilden, aber ein 3D-Scan ist vorzuziehen.
• Komplexität: Die Anzahl der Merkmale deutet auf Schwierigkeit, Zeit und Aufwand hin. Mehr Merkmale bedeuten mehr CAD-Modellierungsarbeit oder erhöhte Schwierigkeiten beim 3D-Scannen.

Aus der Funktion des Teils hast du spezielle Anforderungen abgeleitet. Natürlich ist es umso schwieriger, das Teil zu reproduzieren, je mehr Anforderungen du berücksichtigen musst. Besonders deshalb, weil du beim 3D-Druck auf ein einzelnes oder eine kleine Auswahl an Materialien beschränkt bist.

Prüfe auch die Messbarkeit des betreffenden Teils: Kannst du alle wichtigen Merkmale mit einem Messschieber oder anderen Messwerkzeugen erreichen? Leicht zu messende Teile lassen sich einfacher exakt in CAD modellieren. Auf der anderen Seite sind unmessbare Details wie Hohlräume meist schwieriger exakt zu scannen.

Um die Dinge zu beschleunigen und den Überblick zu behalten, wenn du dieses Projekt startest, findest du hier eine Checkliste zur Zerlegung. Sie erinnert dich an wichtige Aspekte in der Zusammensetzung des Teils und hilft dir, den Schwierigkeitsgrad deines Falls einzuschätzen.

Downloaden und ausdrucken: Checkliste zur Zerlegung

Du bist dir nicht sicher, ob du das Teil besser scannen oder modellieren solltest? Hier ist eine Reihe von Fragen, die dir helfen herauszufinden, welche Strategie für dein Projekt am besten ist:

• Strategie-Auswahlwerkzeug

Im Allgemeinen haben wir festgestellt, dass CAD-Modellierung gut für maßliche Genauigkeit ist und 3D-Scanning gut für Formgenauigkeit. Wenn du also exakte Maße replizieren musst und in der Lage bist, diese vom Originalteil zu messen, ist CAD-Modellierung wahrscheinlich der richtige Weg.

Wenn dein Teil komplexer in der Form oder größtenteils gekrümmt ist – diese Formen sind im Allgemeinen schwer exakt zu modellieren. 3D-Scanning ist hier vielleicht die bessere Strategie. Leider gehen komplizierte Details und exakte Maße bei diesem Prozess verloren!

Es gibt auch hybride Arbeitsabläufe: CAD-Modellierung mit Fotos oder einem 3D-Scan als visuelle Referenz oder das nachträgliche Modellieren von Änderungen an einem 3D-Scan. Du wirst dich jedoch basierend auf deiner Zerlegung für einen Startpunkt entscheiden und dich so durch den Prozess arbeiten. Die nächsten Phasen beinhalten zusätzliche Schritte und Tipps, um deine Ergebnisse zu verbessern!

Fahre fort mit Phase 2a: Umgestaltung mit 3D-Scan ODER Phase 2b: Umgestaltung mit CAD