Abbildung 4: Alternativ zum ersten Ansatz gestalten Sie das Gehäuse aus der Differenz zweier Quader.
Nach dem Verschmelzen aller Teile fällt das Ergebnis bei beiden Wegen identisch aus. Tinkercad und dessen Community stellen diverse Formen bereit, die Sie bei Bedarf auf diesem Weg zu immer komplizierteren Designs zusammensetzen. Ein paar Sachen fehlen dem Online-Dienst aber, so zum Beispiel genormte Innengewinde.
Hier bieten andere Programme wahrscheinlich mehr Möglichkeiten. Falls Sie zu Hause einen Windows-Rechner oder einen Mac stehen haben, sollten Sie auf alle Fälle einmal 123D Design ausprobieren, das ebenfalls aus dem Hause Autodesk stammt. Da die Berechnungen dann nicht in der Cloud laufen, sondern auf dem heimischen Rechner, dürften die Anforderungen an die Hardware für ein flüssiges Arbeiten wahrscheinlich aber wesentlich höher liegen als bei Tinkercad.
Auswahl des passenden Druckdienstleisters
Falls Sie nicht zu den wenigen Glücklichen zählen, bei denen zu Hause bereits ein 3D-Drucker steht, müssen Sie zum Druck des Gehäuses einen Dienstleister in Anspruch nehmen. In diesem Fall gilt es, noch ein paar Rahmenbedingungen zu klären, bevor es an die eigentliche Konstruktion mit dem CAD-Programm geht: Welcher Dienstleister kommt infrage? Wie genau hält dieser beim Druck die Maße ein? Nach welchen Materialien und welchen Schichtdicken verlangen die Seiten des Gehäuses? Wie sieht es mit Farben und Lieferzeiten aus, und nicht zuletzt: Was kostet der ganze Spaß?
Eine Recherche im Internet nach Dienstleistern für 3D-Druck fördert zwar eine ganze Reihe von Treffern zutage, aber die meisten der fraglichen Unternehmen wenden sich nicht explizit an Endanwender. Ausnahmen sind unter anderem die beiden Cloud-Dienste Fabb-IT [3] und 3DDrucken24 [4]. Ebenfalls an Endanwender richten sich viele Anbieter des 3D-Marktplatzes 3DHubs [5]. Hier finden sich neben Startups auch viele Enthusiasten, die mit ihrem Drucker etwas Geld dazuverdienen wollen. Die Suche liefert Anbieter in der Nähe – im Idealfall besteht die Möglichkeit, das Ergebnis gleich selbst abzuholen.
Preislich bewegen sich alle Hersteller weitgehend im selben Rahmen: Sie müssen je nach Material und Dicke der Schichten ab 45 Cent pro Kubikzentimeter gedruckter Masse einkalkulieren. Das Gehäuse aus unserem Beispiel mit einer Grundfläche von 9 mal 15 Zentimeter und 6 Zentimeter Höhe kommt also auf etwa 25 bis 50 Euro Kosten für das Material.
Nach dem Hochladen der CAD-Dateien erstellt der jeweilige Anbieter in der Regel ein entsprechendes Angebot. Der bereits erwähnte Dienstleister Fabb-IT tut dies sogar sogar online, was dabei hilft, den Gesamtpreises des Projekts abzuschätzen.
Schritt für Schritt zum Gehäusedesign
Nach dem Klären aller grundsätzlichen Fragen kann es nun an die eigentliche Konstruktion gehen. Die gestaltet sich weniger einfach, als man das zunächst vermuten würde – wie man die Komponenten auch dreht und wendet, immer scheinen Kabel im Weg zu sein oder Anschlüsse falsch zu liegen.
Gestalterisch am unproblematischsten wäre ein flaches Design mit Raspberry Pi, USB-Hub und Festplatte in einer Ebene. Die daraus resultierende große Grundfläche macht die Konstruktion aber unter Umständen instabil, insbesondere gegen ein Verwinden. Thermisch wäre eine vertikale Anordnung der Komponenten ideal: Festplatte und RasPi wirken dann nicht als Sperrschicht – aber hier macht die Befestigung des Mini-Rechners Probleme.
Letztlich fiel die Wahl trotzdem auf ein Design, bei dem die Komponenten übereinander stehen. Da der Raspberry Pi kleiner ausfällt als die Festplatte, wandert er aus thermischen Gründen nach oben. Dass der Hub ganz unten zu liegen kommt, liegt nicht an einer designerischen Entscheidung, sondern ist schlicht der Geometrie der Kabel geschuldet.
Für die Breite der Konstruktion gibt die Festplatte das Maß vor, wegen diverser abstehender Kabel fällt das Gehäuse aber sowohl breiter als auch länger aus. Dabei entsteht das Case aus zwei Teilen: einem Unterteil mit drei Seitenwänden (Abbildung 5) sowie einem Deckel inklusive dem fehlenden Seitenteil (Abbildung 6). Diese Aufteilung stellt sicher, dass der Innenraum für die Montage der Teile gut zugänglich bleibt. Die Seitenwände weisen Aussparungen für alle Anschlüsse und Kabel auf, die nach außen führen.
Abbildung 5: Beim endgültigen Modell des Gehäuses galt es, einige Kompromisse einzugehen, um Stabilität und die Abwärme der Komponenten zu berücksichtigen.
Abbildung 6: Der Deckel zum Gehäuse braucht einen entsprechenden Mechanismus, der ein gelegentliches Öffnen des Gehäuses einfach macht.
Die Kabel verschwinden teilweise im Gehäuse und finden erst dort ihren Anschluss. Das ist zwar nicht optimal, aber anders geht es nicht. Die Farben in Abbildung 5 stellen übrigens unabhängige Teile der Gesamtkonstruktion dar und wurden nur zur einfacheren Identifikation unterschiedlich eingefärbt. Per Gruppierung fassen Sie vor dem Export des 3D-Modells alle Teile zusammen, der Druck erfolgt dann einfarbig.
Sitzt, wackelt (nicht) und hat Luft
Die optimale Befestigung des Deckels auf dem Unterteil erweist sich als nicht eben trivial. Zur Wahl stehen verschiedene Möglichkeiten, wie etwa kleine Schrauben mit selbst schneidendem Gewinde, durchgehende Schrauben, die Sie unten mit einer Mutter kontern, oder Schnappverschlüsse. Alle Varianten weisen spezifische Vor- und Nachteile auf. Hier gilt es zu bedenken, wie oft Sie das Gehäuse öffnen und wieder verschließen müssen. In unserem Beispiel blieb es bei einfachen Steckern, die in schmale Schlitze hineinpassen.
Die Unterteil selbst steht auf kleinen Füßen, was zusammen mit den großzügig verteilten Löchern die Belüftung des Gehäuses sicherstellt. Die Halterungen für den USB-Hub und die Festplatte bestehen aus separat erstellten Quadern. Erst bei der Montage kommen diese an die richtigen Stellen des Gehäuses.
Dank millimetergenauer Eingabe der Positionen stellt das aber kein Problem dar, solange Sie nicht den Überblick über die diversen Maße und Abstände verlieren. Letztere sind bewusst etwas großzügig ausgelegt, zum Beispiel mit 10 statt tatsächlichen 9,5 Millimeter für die Höhe der Festplatte. Diese Vorsichtsmaßnahme verhindert Frust bei ungenauem Druck und ermöglicht außerdem das Entkoppeln per Einlage aus Gummi oder Filz.
Auch kleinere Modifikationen lassen sich leicht einarbeiten: Möchten Sie etwa einen kleinen Bildschirm integrieren, schneiden Sie den Deckel aus Abbildung 6 einfach entsprechend aus. Das vorgestellte Design auf Tinkercad ist öffentlich [6]. Haben Sie dort einen Account, dürfen Sie es einfach klonen, anpassen und damit weiterarbeiten.
Vom Design her wären übrigens durchaus noch andere Lösungen denkbar: Ein modularer Ansatz etwa schneidet das Gehäuse in drei Ebenen (USB-Hub, Festplatte und Raspberry Pi). Damit gäbe es keine Überhänge mehr, und falls keine Festplatte verbaut werden muss, kann der mittlere Teil einfach entfallen. Als Nachteil dieses Ansatzes sticht die Notwendigkeit ins Auge, die gedruckten Ebenen am Ende sauber zu verkleben.
