3D-Konstruktion mit FreeCAD auf dem Raspberry Pi (Seite 2)

Abbildung 3: Ausgehend von einem schlichten Quader formen Sie Schritt für Schritt das Gehäuse.

Vom Block zur Schale

Im nächsten Schritt soll aus dem massiven Körper eine Schale entstehen. Dazu markieren Sie die Deckfläche und wechseln den Arbeitsbereich auf Sketcher. Mit dem Button Eine neue Skizze erstellen oder die ausgewählte Skizze bearbeiten legen Sie ein Raster über die Fläche. Mithilfe der entsprechenden Werkzeuge skizzieren Sie dort dann ein abgerundetes Rechteck auf die Deckfläche (Abbildung 4), mit etwas kleineren Außenmaßen als das Display. Dadurch entsteht später ein feines Rähmchen rund um das Gehäuse, sodass der Touchscreen bündig mit dem Case abschließt.

Abbildung 4: Im Skizziermodus gestalten Sie Flächen, die Sie danach vom eigentlichen Objekt subtrahieren.

Sie verlassen nun den Skizziermodus über die Schaltfläche Bearbeitung der Skizze beenden. Danach markieren Sie die Skizze und wechseln wieder zurück in den Arbeitsbereich Part Design. Im Menü Part Design wählen Sie die Funktion Tasche, geben eine Tiefe von 1 mm an und bestätigen den Dialog. Sie erhalten dadurch nun eine leicht abgesenkte Deckfläche mit einem umlaufenden Rahmen. Zum Ausarbeiten der restlichen Schale markieren Sie die neue Deckfläche und wiederholen die Schritte Sketcher und Part Design entsprechend (Abbildung 5). Auch die Durchbrüche für Schalter, USB-Ports und den Stromanschluss gestalten Sie analog.

Abbildung 5: Die Schale des Gehäuses, noch ohne Aussparungen für die Anschlüsse und Halterungen für das Board.

Für die noch fehlenden Auflager für Board und Display erstellen Sie im Arbeitsbereich Parts einen Zylinder. Der lässt sich dann beliebig kopieren und auf der Grundfläche verschieben. Zur Displaybefestigung benötigen Sie noch Durchgangslöcher für die Schrauben in den Zylindern. Dazu suchen Sie sich wieder die betreffende Fläche, wechseln zum Sketcher und skizzieren das Loch als Kreis. Diesen erweitern Sie dann im Part Design als Tasche durch alle zur gewünschten Bohrung. Zuletzt bietet es sich noch an, auf der Rückseite Sacklöcher zu erstellen, sodass die Schraubenköpfe verschwinden und das Eigenbau-Tablet plan auf dem Tisch liegen kann (Abbildung 6).

Abbildung 6: Das fertige Gehäuse mit Stützen für das Display und Aussparungen für die Anschlüsse des RasPi-Tablets.

3D-Druck des Gehäuses

In der Regel akzeptieren 3D-Druck-Dienstleister Dateien im STL-Format [9] als Druckvorlage. Auch FreeCAD beherrscht den Export in dieses Format. Dazu öffnen Sie das Menü Bearbeiten und wählen mit Alles auswählen sämtliche Komponenten aus. Anschließend leiten Sie unter Datei | Exportieren… den Export der Daten ein. Die so erzeugte STL-Datei laden Sie dann zu einem Online-Druckservice ihrer Wahl hoch.

Wir haben unser Tablet-Gehäuse zu Rapidobject.com, Sculpteo.com, Trinckle.de und Materialise.com übertragen. Alle vier Dienste zeigen eine Vorschau und – nach Wahl des Materials – den Preis an. Dabei machten wir die Erfahrung, dass man die Vorschau in keinem Fall außer Acht lassen sollte: Kommt der Dienst mit der hochgeladenen STL-Datei nicht zurecht, rechnen die Routinen des Dienstleisters eventuell nicht ganz sauber und zeigen komplett absurde Preise an. In unserem Beispiel sollte das Gehäuse bei einem der Dienstleister zum Beispiel über 2000 Euro kosten.

Die Preise für den Druck des Gehäuses (mit schwarzem oder weißem Kunststoff, ohne weitere Nachbearbeitung) liegen bei allen Anbietern inklusive Versand bei rund 120 Euro. Die Auswahl an Materialien und Nachbearbeitungsverfahren ist in der Regel recht groß, sodass es sich im Einzelfall lohnt, die Preise verschiedener Anbieter zu vergleichen. Die Wahl für die Probedrucke unseres Gehäuses fiel auf Sculpteo (weiß) und Rapidobject (schwarz). Beide Dienste lieferten einen Tag vor dem angezeigten Liefertermin. Die jeweils gedruckten Gehäuse an sich sind sauber verarbeitet, stabil und mit sehr kleinen Toleranzen zur Vorgabe gefertigt.

Das Material des weißen Gehäuses von Sculpteo hat eine körnige und leicht poröse Oberfläche. Gegebenenfalls wäre hier ein Klarlacküberzug sinnvoll gewesen (Abbildung 7). Beim schwarzen Gehäuse von Rapidobject missfällt hingegen, dass das Material stark nach Lösemitteln riecht und sich auf der Oberfläche Rückstände von Styroporflocken der Verpackung finden (Abbildung 8). Die Reklamation behandelte das Unternehmen prompt und versprach eine Neulieferung; trotzdem sollte Rapidobject auf jeden Fall an der Verpackung seiner Lieferungen arbeiten.

Abbildung 7: Das von Sculpteo gelieferte Gehäuse hat eine leicht poröse Oberfläche, eine optionale Lackierung würde diese glätten.

Abbildung 8: Auf dem Gehäuse von Rapidobject haben sich Reste des Verpackungsmaterials festgesetzt, zudem riecht das Material streng.

Beide Gehäuse lassen sich jedoch nach kleinen Änderungen (die der Autor zu vertreten hat) direkt nutzen. Mit dem Innenleben der alten RISC-OS-Kiste ließ sich letztlich sehr schnell ein funktionierendes Tablet zusammenschrauben.

Fazit

Für 3D-Konstruktion und 3D-Druck benötigen Sie nicht zwingend ein Ingenieurstudium und teure Software. Mit ein wenig Übung lassen sich durchaus einfache Objekte konstruieren und mithilfe von 3D-Druck-Dienstleistern in die Realität umsetzen. Das Ganze gelingt auch auf einem Raspberry Pi der zweiten oder dritten Generation ohne größere Komplikationen – Sie sollten auf dem entsprechenden Gerät jedoch die OpenGL-Hardware-Unterstützung aktivieren.