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3D-Druck eines bizarren Flugzeug-Design aus den 1900er Jahren

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3D-Druck eines bizarren Flugzeug-Design aus den 1900er Jahren

3D-Druck eines bizarren Flugzeug-Design aus den 1900er Jahren

3D-Druck eines bizarren Flugzeug-Design aus den 1900er Jahren

In diesem Instructable werde ich Ihnen zeigen, wie ich 3D ein bizarres Flugzeug Design patentiert von meinem Ur-Großvater im Jahr 1909 gedruckt. Jetzt weiß ich, dass die meisten von Ihnen nicht über ein Flugzeug-Patent aus den frühen 1900's, die Sie drucken möchten. Deshalb ist diese Instructable tatsächlich betitelt werden könnte "Ideen und Tipps , wie Sie 3D - Drucken verwenden etwas könnte interessant aus 2D - Ausgangsmaterial".

Das US - Patent 922972 zeigt den Entwurf für das, was könnte das unwahrscheinlichste der Suche Flugzeug , das jemals entworfen sein. Es gibt zwei sehr wichtige Dinge zu diesem Flugzeug zu beachten. Erstens ist die Vorderseite das Ende mit dem Rohr ragte aus ihm heraus. Ja, das sieht nach hinten aus, aber es ist nicht so. Zweitens gibt es keine Möglichkeit, dieses Handwerk hätte den Boden verlassen, es sei denn, es war zu einem festen Raketen-Booster geschnallt.

Dennoch ist dieses Patent ein Teil meiner Familiengeschichte und ich beschloss, zu versuchen, es aus der Seite und in die 3D-Welt zu bringen. Übrigens war dieses Flugzeug mein erstes 3D-gedrucktes Projekt und dies ist mein erstes Instructable. Ich hätte wahrscheinlich mit einem kleineren Projekt angefangen, aber das hätte nicht annähernd so viel Spaß gemacht.

Was Sie benötigen, um ein ähnliches Projekt zu erstellen:

Warum OpenSCAD und SolidPython? Einige Leute mögen dieses Werkzeugsatz nicht, weil es Ihnen nicht erlaubt, Dinge auf dem Schirm zu ziehen und sie interaktiv zu ziehen. Jedoch fühle ich mich sehr zu Hause damit. Am Tag bin ich ein C ++ - Programmierer, aber ich benutze Python für alle meine Scripting-Bedürfnisse. Bauen meine Flugzeug-Komponenten ein Stück zu einer Zeit durch das Schreiben von Python-Code funktioniert großartig für mich.

Ich werde nicht versuchen, die Details dieses Flugzeugdesigns in diesem Instructable zu erklären. Wenn Sie interessiert sind, können Sie die Patentanmeldung oben verlinkt lesen oder wenn Sie wirklich, wirklich interessiert sind, können Sie das Dokument lesen, das ich schrieb, dass Details meine Forschung. "The Flying Machines von George W. Thompson" ist etwa 40 Seiten lang und geht in eine ziemlich viel Detail über meine Forschung und Motivation für dieses Projekt. Oder Sie können einfach lesen, um zu sehen, wie ich ging über die Erstellung einer CAD-Zeichnung aus einem 100 Jahre alten Patent und Drucken auf einem 3D-Drucker.

Schritt 1: Erste Schritte

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Stellen Sie sicher, dass die Werkzeugkette funktioniert

Der erste Schritt ist, um alle Werkzeuge installiert. Die Schritte hierfür variieren je nach Betriebssystem und ob Sie aus der Quelle oder über einen Paketmanager installieren möchten. Ich werde nicht einmal versuchen, Sie durch diesen Prozess zu führen. Google ist dein Freund.

Nachdem alles installiert war, ging mein Entwicklungsprozess so:

  1. Schreiben Sie Code in Python, um OpenSCAD-Objekte zu erstellen
  2. Führen Sie das Python-Skript aus
  3. Verwenden Sie OpenSCAD, um die resultierende .scad-Datei anzuzeigen
  4. Auf korrekte Optik achten
  5. Exportieren Sie in eine STL-Datei und laden Sie es in MeshLab
  6. Auf offene Verteiler prüfen
  7. Wiederholen Sie unzählige Male, bis Sie fertig sind

Um dies zu tun, hatte ich meine Python-Dateien öffnen in gedit, ein Terminal-Fenster, wo würde ich das Python-Skript und OpenSCAD öffnen und gesetzt, um automatisch laden Sie die .scad-Datei, wenn sie geändert.

Warum habe ich MeshLab zusätzlich zu OpenSCAD benutzt, um nach Fehlern zu suchen? Ich fand, dass MeshLab einige Probleme, die OpenSCAD nicht erkannt. Natürlich könnte das nur sein, weil ich ein OpenSCAD-Rookie bin und nicht weiß, wie man es richtig benutzt.

Hallo Welt

Ich werde Ihnen nicht beibringen, wie man mit OpenSCAD, python und SolidPython, aber ich werde Ihnen den Code für die Schaffung einer sehr einfachen Form zu zeigen. Es gibt viele Tutorials und Referenzen gibt, um Ihnen mehr Details. Ich werde es nur sagen - wenn Sie gerne schreiben Code, finden Sie es ziemlich einfach zu komplexen Formen mit dieser Werkzeugkette zu erstellen.

Grundsätzlich ist alles in OpenSCAD eine Kombination von primitiven geometrischen Formen. Möchten Sie ein abgeschnittenes Ellipsoid zeichnen? Finde heraus, welche Primitive add & subtrahieren und es ist ziemlich einfach. Okay, könnte leicht übertreiben es ein wenig. Ich verbrachte mehrere Wochen nach der Arbeit und am Wochenende, um alle Teile des Flugzeugs genau richtig zu bekommen. Designing Propeller, Fahrwerk und Flügel nahm mir eine Menge Zeit. In meiner Verteidigung hatte ich noch nie eine 3D-Modellierung getan, bevor so ziemlich alles, was ich tat, war brandneue und beteiligt viele Fehler machen.

Um Ihren Appetit zu wetzen, hier ist einige Code, um eine Kugel mit einem Loch in sie zu ziehen. Dies ist die OpenSCAD Version des Hello World Programms, die jeder schreibt, wenn er eine neue Sprache lernt. Wenn Sie dieses ausführen, wird es eine Datei mit dem Namen HelloWorld.scad erstellen. Starten Sie OpenSCAD und laden Sie diese Datei und Sie sehen ein Bild wie oben. Sobald Sie so viel tun können, sind Sie gut auf Ihrem Weg zur Zeichnung bemerkenswert komplexen Objekten.

  #! / Usr / bin / python # Sehr einfaches OpenSCAD-Beispiel - zeichne eine Kugel mit einem Loch darin.  Aus festen import * aus solid.utils import * segmente = 50 f = sphere (5) - down (10) (zylinder (r = 3, h = 20)) file_out = "HelloWorld.scad" scad_render_to_file (f, file_out, file_header = '$ Fn =% s;'% SEGMENTS, include_orig_code = True)

Schritt 2: Machen Sie eine Menge von Messungen

3D-Druck eines bizarren Flugzeug-Design aus den 1900er Jahren

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Extrahieren Sie kritische Dimensionen aus einem 105 Jahre alten handgezeichneten Diagramm

Dies war der Schlüsselschritt im gesamten Prozess. Da die Patentzeichnungen keine Dimensionen aufwiesen, musste ich einen Weg finden, die Abmessungen jedes Teils des Flugzeugs zu extrahieren.

Das erste Mal, als ich das tat, benutzte ich einen arbeitsintensiven manuellen Prozess, der ziemlich anfällig für Fehler war. Ich druckte das pdf der Patentzeichnung und verwendete ein Lineal, um horizontale und vertikale Linien durch Schlüsselpunkte auf dem Körper des Flugzeugs zu zeichnen. Dann benutzte ich das Lineal, um die Abstände zwischen diesen Linien zu messen. Das Problem mit diesem Ansatz ist, dass ich nicht sehr gut zeichnen perfekt horizontale und vertikale Linien. Als Ergebnis waren einige meiner Messungen ab, was alles zusammen wie etwas passen gemacht von MC Escher .

Schließlich erkannte ich, dass es einen viel einfacheren Weg, dies zu tun. Ich habe einfach die pdf direkt aus dem Patent in Publisher und verwendet, dass Werkzeug, um Linien durch die wichtigsten Punkte zu ziehen. Mit dem eingebauten Lineal und der Cursorposition auf der Statusleiste war es sehr einfach, die richtigen Werte für diese Messungen zu erhalten. Natürlich können Sie jedes Werkzeug verwenden, mit dem Sie gerade Linien auf ein Bild zeichnen und den Abstand zwischen Punkten messen können. Ich habe Publisher, weil es bequem war.

Erstellen Sie ein Python-Modul, um alle diese Messungen zu definieren

Dann habe ich alle diese Werte in ein Python-Modul und schrieb einen kleinen Code, um einige Konsistenzprüfungen durchzuführen. Wenn der gleiche Punkt in zwei oder mehr Perspektiven in meiner Urgroßvater Zeichnung erschien, wollte ich sicherstellen, dass die verschiedenen Messungen für sie abgestimmt. Diese Kontrollen zeigten einige kleine Inkonsistenzen zwischen den drei Perspektiven. Ich tat mein Bestes, um diese aber in ein paar Fällen zu lösen, musste ich eine Münze drehen, um herauszufinden, welche Messung am besten seine Absicht vertreten.

Dieses Modul ist der Schlüssel, da, wenn Sie tatsächlich beginnen, OpenSCAD-Code zu schreiben, ist dies, wo die Dimensionen für alle Ihre Flugzeugteile kommen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dieses Modul völlig unabhängig vom CAD-Programm ist. Wenn ich in Zukunft noch eine andere Technologie nutzen möchte, kann dieses Modul auch as-is verwendet werden.

Schritt 3: Schreibfunktionen, um jede der Komponenten der Zelle zu definieren

3D-Druck eines bizarren Flugzeug-Design aus den 1900er Jahren

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Um diese Instructable ziemlich kurz zu halten, werde ich nicht gehen Sie durch alle meine Code. Stattdessen werde ich eine kurze Zusammenfassung, wie ich jeden Teil und die Herausforderungen, die ich konfrontiert baute. Wenn Sie den Code herunterladen, können Sie tauchen Sie ein in alle Details, wie jedes Teil gebaut wurde. Es ist zwei Dateien insgesamt etwa 1100 Zeilen von Python und ist vernünftig gut kommentiert.

Rumpf

Das war sicher der komplizierteste Teil des Flugzeugs. Die Art, wie ich den Körper des Flugzeuges zog, war, mit einer Halbkugel an einem Ende zu beginnen, einen konischen Zylinder in der Mitte und eine andere Hemisphäre mit unterschiedlichem Radius am anderen Ende. Ich verband diese alle zusammen, um ein ungefähr eiförmiges Objekt zu bilden. Dann habe ich flache Ebenen, die ich verwenden würde, um dieses Teil zu schneiden und erstellen Sie die flachen Oberflächen. Ich musste auch eine innere Schale machen, die ich von der äußeren Schale subtrahieren konnte, so dass das, was übrig blieb, hohl war. Es gab eine Menge Fehler und Sackgassen in diesem Schritt. Meine ersten mehrere Versuche erzeugten viel offene Mannigfaltigkeiten, die nicht eine gute Sache sind, wenn Sie gehen, um es zu drucken.

Flügel und Fin

Diese waren einfach. Ich habe ein Rechteck erstellt und dann von anderen Rechtecken unter verschiedenen Winkeln abgezogen, um den Flügeln die Winkel zu geben, die Sie auf der Seite und der Rückseite sehen. Der einzige heikle Teil war der geneigte Teil des Flügels an der Vorderseite des Fahrzeugs. Zum Glück, ein wenig Trigonometrie mit den Messungen, die ich früher gemacht alles zusammen kommen ok. Die Flosse war ein einfaches Rechteck mit der Oberkante geschnitten, um ihm einen leichten Winkel.

Fahrwerk

Durch das Experimentieren mit Zylindern und Torus (Tori?) Unterschiedlicher Größen konnte ich Formen kombinieren, bis ich etwas hatte, das wie ein Reifen aussah, der auf einem Rad montiert war. Die Achsen waren eine flache Stange mit einem Segment aus einer Ellipse kombiniert. Diese alle nahmen ein wenig herum zu spielen, um sie richtig aussehen, aber es war nicht schrecklich schwer.

Propeller

Ich hatte Angst, das wäre hart, aber es war nicht, weil ich betrogen. Ein echter Propeller hat eine Drehung um die Achse, die von der Nabe zu der Spitze der Klinge läuft. Nicht meins. Ich habe gerade einen dünnen Zylinder und schneiden Sie ein Ende, um eine Klinge zu machen. Dann steckte ich die Klingen zu einer zylindrischen Nabe in einem Winkel. Dies sieht gut für meine Zwecke, aber wahrscheinlich würde nicht bewegen viel Luft im wirklichen Leben.

Ansaugrohr

Das Rohr, das in der Mitte des Handwerks läuft, soll uns Luft zu den Propellern zuführen. Das ist nur ein langer Hohlzylinder. Der einzige seltsame Teil ist, dass das Design zeigt die Antriebswelle für die Propeller in diesem Rohr montiert! Das wäre mit Luftströmung verheerend gewesen, aber die Aerodynamik war damals eine brandneue Wissenschaft, also denke ich, dass Thompson verziehen werden kann, weil er das nicht realisiert hat. Ich war sehr versucht, das Design zu "verbessern" und die Antriebswelle an einen anderen Ort zu bringen. Jedoch widerstand ich diesem Drang und verließ das Design, während er es zeichnete.

Schritt 4: Entwicklung und Debugging

3D-Druck eines bizarren Flugzeug-Design aus den 1900er Jahren

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Viele Wege, um dorthin zu gelangen

Beim Bau komplexer Formen in OpenSCAD, kann es viele verschiedene Möglichkeiten, um das gleiche Ziel zu erreichen. Ein Weg könnte besser aussehen, aber ein anderer könnte schneller gehen. Ein anderer Weg könnte nach rechts schauen, aber am Ende erzeugen viel offene Mannigfaltigkeiten. Ein Teil des Spaßes war, herauszufinden, wie man ein Bündel Primitives in etwas kombiniert, das wie das aussah, was ich wollte.

Niedrige Auflösung gegen hohe Auflösung

Einer der Parameter, die Sie in OpenSCAD setzen, ist, wie viele Segmente Sie beim Zeichnen kreisförmiger Formen, wie den Rumpf verwenden. Eine Menge von Segmenten machen die Oberfläche glatter aussehen, aber es wird eine lange Zeit zu rendern. Eine wirklich, wirklich lange Zeit. Ich habe alle meine Entwicklung auf einem vier Jahre alten Laptop und die STL-Datei schickte ich an den Druck-Service dauerte 4 Stunden zu machen. Natürlich konnte ich diese Art von Warten während der Entwicklung nicht ertragen, also musste ich diesen Parameter abdrehen, bis ich für die endgültige Version bereit war. Für schnelle Iterationen verwendete ich 50 Segmente pro Kreis, aber für das abschließende setze ich es auf 120.

Eureka

Obwohl ich alle Zeichnungen in der Patentanmeldung gesehen und den ganzen Text gelesen hatte, konnte ich das Flugzeug nicht wirklich visualisieren. Einmal hatte ich alle Teile nach rechts und zog das ganze Flugzeug sofort, das Erstaunlichste geschah! Die Top-, Front- und Seitenperspektiven stimmen alle im Detail mit den Patentzeichnungen überein. Und als ich das Flugzeug drehte, um eine mehr 3Dish Ansicht zu sehen, verstand ich wirklich, wie es aussehen sollte! Es war genial, die flachen Patentzeichnungen zu sehen, die vom Bildschirm in einer 3D-Ansicht springen. Ich habe meinen Urgroßvater nie kennen gelernt, aber ich frage mich, was er darüber denken würde, sein Design in 3D sehen zu können, ohne die Hardware zusammen sehen, schweißen und vernieten zu müssen. Für mich war es ziemlich cool.

Schritt 5: Erhalten Sie Ihr Design Gedruckt

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Jetzt ist hier das Problem ... Ich habe keinen 3D Drucker! (Dies ist ein Mangel, den ich hoffe, durch den Gewinn des Instructable 3D-Printing-Wettbewerb zu beheben :)

Aber bis ich kaufe, gewinne oder mache, muss ich einen 3D-Druckdienst nutzen. Also schaute ich mich um und fand eine in-staatliche Firma, die seriös schien. Ich kontaktierte sie, hochgeladen meine STL-Dateien, erhielt ein Angebot und ein paar Wochen später erhielt 3 Kopien des Flugzeugs in verschiedenen Größen.

Ich war wirklich sehr überrascht, wie einfach dieser Schritt war. Die Online-Bestellung und das Hochladen der STL-Datei war schmerzlos. Aus irgendeinem Grund dachte ich, es wäre viel komplizierter.

Das kühle Teil

Auspacken der Box und sehen eine tatsächliche, greifbare Version von dem, was ich zeichnete in OpenSCAD war unglaublich erfreulich. Sobald ich das Modell in der Hand hatte, wusste ich, dass ich am 3D-Druck hakte.

Lektionen gelernt

Es stellt sich heraus, dass die Firma, die ich verwendete, nicht in der Lage war, den Entwurf, den ich ihnen versendete, genau zu drucken. Das Endprodukt war meistens richtig, hatte aber einen sehr signifikanten Fehler. Es gab eine flache Oberfläche im Druck, die nicht im Entwurf war. Diese Oberfläche besetzte einen Teil der Propeller-Kammer und die Propeller wurden darin eingebettet. Dies ist teilweise sichtbar in den obigen Bildern. Der Druckdienst konnte nicht herausfinden, wie man den Entwurf ohne diese fremde Oberfläche druckte, also war ich mit drei Drucken gehaftet, die nicht wirklich mit dem Entwurf zusammenpassen. Lektion - drucken Sie eine kleine Kopie zuerst, bevor Sie zu einer größeren, teureren Reihenfolge verpflichten.

Das andere Problem war nur eine Skala. Die Modelle, die ich gedruckt hatte Gesamtlängen von 6 "und 4". Bei dieser Größe war das Fahrwerk sehr zerbrechlich und brach bald, nachdem ich sie ausgepackt. Ich habe einfach wieder die gebrochene Achse mit Gorilla Kleber, weshalb der Schaden ist nicht auf den Fotos. (Handliche Spitze - geben Sie dem Kleber einige Stunden, um zu trocknen, bevor Sie versuchen, den Druck zu verschieben.)

Irgendwann werde ich das Design überarbeiten und das Fahrwerk besser machen. Dann werde ich einen anderen Druckservice finden und einen Probedruck von einem 4 "Modell machen. Wenn die Achsen hochhalten und es keine Teile gibt, die nicht dort sein sollen, bestelle ich größere Abzüge.

Schritt 6: Flugtest

3D-Druck eines bizarren Flugzeug-Design aus den 1900er Jahren

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Wie ich schon erwähnt habe, gibt es keine Möglichkeit, dass dieses Flugzeug geflogen sein könnte. Es hat zu viele aerodynamische Mängel, um es luftdicht zu machen. Aber mit dem Wunder des Monofilaments, des Scotchbandes und Ihrer Lieblingsbildbearbeitungssoftware kann die Illusion des Fluges erreicht werden.

  1. Holen Sie sich ein klares oder weißes Monofilament
  2. Tape, dass die weite Seite der Längsrippe
  3. Haben Sie eine Person stehen und halten das hängende Modell auf Armlänge
  4. Haben Sie eine andere Person, die Bilder von unten, halten den Himmel in das Bild
  5. Verwenden Sie Gimp (oder eine ähnliche Software) , um die Person Ernte aus den Faden und alle unerwünschten Autos halten, Häuser, usw.
  6. Geben Sie nicht dieses als Beweis der UFO-Besichtigung bekannt

Schritt 7: Zusammenfassung

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Zwar gibt es eine Menge von verschiedenen Möglichkeiten, um mit 3D-Druck zu starten, wusste ich, dass ich nicht etwas tun wollte, die zuvor getan hatte. Für mich hat dieses Projekt das fantastische Potenzial dieser Technologie nach Hause gefahren. Ich bin nicht ein Modellbauer, ein Maschinist oder ein Designer, aber ich konnte etwas körperliches machen, das vorher nur Zeichnungen auf einem 100 Jahre alten Patentdiagramm war. Den Flugzeugentwurf meines Urgroßvaters zum Leben zu erwecken war eine faszinierende und lohnende Erfahrung. Ich hoffe, diese Instructable gibt Ihnen Ideen, wie Sie etwas einzigartiges und wichtiges für Sie zu bauen.

Wenn Sie dieses Instructable gefunden haben, um informativ und unterhaltsam zu sein, hoffe ich, dass Sie dafür im 3D-Druckwettbewerb des Instructable stimmen werden. Ich bin in den frühen Phasen eines lustigen Robotikprojekts, das ungefähr auf den Mars-Rovern der NASA modelliert werden wird und autonome Erforschung des offenen Feldes in der Nähe meines Hauses durchführen wird. Die Möglichkeit, Teile für das zu drucken, würde den Aufbau einfacher und erschwinglicher machen.

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