29.05.2022, 16:13
Ich möchte heute mal über ein Projekt berichten, bei dem das Ergebnis relativ unspektakulär, der Herstellungsprozess aber umso interessanter ist. Bislang habe ich noch kein anderes Projekt gesehen, bei dem dieser Lösungsansatz gewählt wurde. Daher hoffe ich mit meinem Bericht die Community zu inspirieren, die Vorgehensweise auch für andere Projekte zu nutzen. Es geht um die Herstellung selbstklebender Teile aus Silikon-Kautschuk.
Ausgangspunkt
Die beiden Tefifone Holiday und KC-4 haben auf ihrer Oberseite jeweils 3 graue Gummi-Scheiben, auf denen beim Betrieb die Schallbandkassette aufliegt:
02_problem_kc4.jpg (Größe: 108,01 KB / Downloads: 340)
Falls die Gummischeiben nicht schon verlorengegangen sind, so sind sie nach den vielen Jahrzehnten auf jeden Fall verhärtet und vergilbt, manchmal auch deformiert. Sie erfüllen ihre Aufgabe zur gedämpften Lagerung der Kassette nicht mehr gut und sind vor allem auch nicht mehr schön anzusehen.
Herausforderung
Es ist ohne Frage, dass diese Gummischeiben durch neue ersetzt werden müssen. Und wie schwer kann es schon sein, diese 8mm Scheiben in einer Dicke von 2,6mm herzustellen und dann aufzukleben? Mit der breiten Verfügbarkeit von Silikon- und PU-Kautschuk sollte das doch nicht allzu schwer sein. Doch weit gefehlt:
Der neue Lösungsansatz
Ich habe mich dafür entschieden, die Ersatzteile aus Silikonkautschuk zu gießen. Die Haftung der Scheiben über einen Klebefilm zu Gerät wird über eine Basis aus PLA-Kunststoff hergestellt. Hierzu wird eine 3D-geruckte Struktur in das Silikon eingegossen. Hier zur Veranschaulichung ein Blick auf das 3D-Modell:
03_roentgen.jpg (Größe: 31,11 KB / Downloads: 340)
In rot ist das Silikon angedeutet, in grün sieht man den eingegossenen Sockel aus PLA. Durch die vielen Löcher in der 3D-Struktur kann sich das Silikon nach dem Aushärten ausreichend gut am PLA-Teil festhalten. Auf das PLA wird ein Klebefilm aufgebracht, der dann die Haftung zum Gerät herstellt.
An dieser Stelle herzlichen Dank an Achim, der mir den entscheidenden Tipp gegeben hat diese Vorgehensweise, die ich schon an anderer Stelle genutzt habe, auf die Gummischeiben zu übertragen!
Die praktische Umsetzung
Wie bei vielen meiner Projekte ist das 3D-Design einer der entscheidenden Aspekte, um die Theorie in die Praxis umzusetzen. Nach mehreren Iterationen bin ich bei diesem Design gelandet:
Es besteht aus zwei Komponenten. Das Herzstück ist natürlich die Basisstruktur aus PLA, die dann in gedruckter Form so aussieht:
Bei 8mm Durchmesser und 2,6mm Höhe der Scheiben bleibt hier nicht viel Platz für die innere Struktur. Vor allem wenn man der Silikonscheibe am Ende das Innenleben nicht ansehen soll und wenn man berücksichtigt, dass das Stanzen der Scheiben auch nicht auf den 10tel Millimeter genau geht. Im Slicer sieht man, dass es hier nur um wenige Fäden an Kunststoff geht, die hier vom Drucker gezogen werden:
Am Druckteil kann man auch von unten gut sehen, wie die Basis-Teile jeder einzelnen Scheibe in einer hexagonalen Struktur auf einer 0,2mm dünnen Schicht angeordnet sind:
07_core2.jpg (Größe: 104,22 KB / Downloads: 340)
Geradezu simpel ist dagegen das Design der aus PETG gedruckten Gießform:
In einem Schwung werden 3 der Silikonkautschuk-Rohlinge gegossen. Damit die Scheiben eine matte Oberfläche erhalten, wird die Gießform oben mit einer Platte aus Acrylglas abgeschlossen, die mit 400er Wasserschleifpapier aufgeraut wurde. Eine Siebdruckplatte dient dann dem gleichmäßig planen Pressen.
Die PLA-Teile werden zunächst mit einem hauchdünnen Klebefilm beschichtet. Die Firma 3M hat mit dem 467MP hervorragend geeignetes Material dafür im Angebot:
Drei der Streifen werden dann in die Gießform eingesetzt:
10_prepared.jpg (Größe: 132,62 KB / Downloads: 340)
Beim Silikon nutze ich Typ 12 von Troll Factory und schwarze Silikon-Farbe vom selben Hersteller:
11_ingredients.jpg (Größe: 121,77 KB / Downloads: 340)
Die Rezeptur ist:
Das Grau liegt in etwa bei RAL 7046 Telegrau 2.
Nach dem Anrühren wird das Silikon zunächst einmal im Vakuum entlüftet:
12_entlueften1.jpg (Größe: 38,98 KB / Downloads: 340)
Das Silikon wird in die Gießform eingefüllt:
13_pouring.jpg (Größe: 62,73 KB / Downloads: 340)
Ich denke es ist jedem klar, dass sich in der zerklüfteten Struktur viele Luftblasen verstecken. Sie werden durch dreimaliges Entlüften im Vakuum entfernt:
14_entlueften2.jpg (Größe: 91,98 KB / Downloads: 340)
Die Acrylglasplatte wird mit der rauen Seite auf das Silikon aufgerollt und die Form wird mithilfe der Siebdruckplatte und mehrerer Zwingen gepresst:
15_press.jpg (Größe: 104 KB / Downloads: 340)
Nach 6-8 Stunden ist das Silikon ausgehärtet:
16_hardened.jpg (Größe: 78,09 KB / Downloads: 340)
Durch die Acrylscheibe sieht man jetzt auch nochmal gut die hexagonale Struktur des PLA-Teils. Sie dient einerseits dazu, das PLA-Teil am Boden der Gießform zu halten. Eine weitere Funktion ist dass man darüber sehen kann, wo sich die einzelnen Scheiben für das Ausstanzen befinden.
Das Herauslösen aus der Form muss vorsichtig geschehen, damit die PLA-Struktur dabei nicht zerbricht. Das Silikon löst sich zuerst von der Gießform aus PETG und bleibt am Acryl hängen:
17_unmold_top.jpg (Größe: 101,88 KB / Downloads: 339)
An der Unterseite sieht man, dass sich ein klein wenig des Silikons auch unter die Schutzfolie des Klebefilms gedrückt hat:
18_unmold_bottom.jpg (Größe: 155,73 KB / Downloads: 339)
Das Silikon kann hier leicht abgerubbelt werden und stört damit nicht mehr weiter. Entscheidend ist dass das Silikon nicht zwischen das PLA und den Klebefilm eindringt - und damit hatte ich zum Glück noch keine Probleme.
Die Rohlinge sind damit fertig und die Gießform ist bereit für die nächste Befüllung:
Das ist das Schöne an der Verarbeitung von Silikonkautschuk: Man kann es ganz leicht wegrubbeln und muss auch nicht mit Trennmittel o.ä. hantieren.
Jetzt gilt es noch die Scheiben aus den Rohlingen zu stanzen. Hierzu kommt ein Locheisen zum Einsatz, das ich mit einem aus PCCF gedruckten Adapter an meine Ösenprese angepasst habe:
20_adapter.jpg (Größe: 71,84 KB / Downloads: 338)
Der Adapter hat zusätzlich auch noch die Funktion eines Auswerfers, wie wir später sehen werden.
Das Locheisen wird mit dem Adapter in die Ösenpresse eingeschraubt. Unten dient ein aus PA (Nylon) gedrucktes Tei als Klingenschonendes Gegenstück:
21_punch1.jpg (Größe: 85,33 KB / Downloads: 338)
Bei guter Beleuchtung kann man jetzt anhand der PLA-Markierungen sehen, wo zu stanzen ist:
22_punch2.jpg (Größe: 94,9 KB / Downloads: 338)
Beim Stanzen selbst ist das Locheisen nicht ganz auf den Adapter aufgeschraubt. Dadurch ist unter dem Stempel im Inneren des Locheisens genug Platz für die Gummischeibe. Um das ausgestanzte Teil dann aus dem Locheisen auszutreiben, wird es bis zum Anschlag auf den Adapter aufgeschraubt. Der Stempel drückt damit die Gummischeibe aus:
23_punch3.jpg (Größe: 79,27 KB / Downloads: 338)
Dieser Auswurfmechanismus ist extrem wichtig: Durch das feste PLA an der Unterseite verklemmt sich die Scheibe im Locheisen. Versuche, das Austreiben mit einem Feder-Mechanismus zu erreichen, waren leider nicht von Erfolg gekrönt. Wichtig ist auch die Scheibe beim Austreiben oder sonstigen Nacharbeiten nicht ungleichmäßig zu belasten, da sonst die Stützstruktur im Inneren brechen kann, was dann auch äußerlich sichtbar würde.
Mit etwas Übung geht das Stanzen relativ gut von der Hand:
24_punch_results.jpg (Größe: 117,34 KB / Downloads: 337)
Die Ausbeute einer Charge sind 72 Scheiben. Durch gelegentliche Luftblasen und vor allem durch Fehler beim Stanzen des PLAs muss man mit knapp 10% Ausschuss rechnen:
25_ausbeute.jpg (Größe: 102,69 KB / Downloads: 337)
Die Verwendung der selbstklebenden Silikon-Scheiben
Nach all der Mühe zur Produktion kommt jetzt endlich der befriedigende Moment des Anbringens der Gummischeiben an den Geräten. Das Abziehen der Schutzfolie geht ganz gut:
26_sticker.jpg (Größe: 51,8 KB / Downloads: 337)
Man sieht die am äußeren Rand lediglich 0,2mm dicke Schicht aus PLA mit den typischen Linien des 3D-Drucks. Der Klebefilm hält perfekt darauf. Man könnte fast den Eindruck haben, ein industriell gefertigtes Produkt vor sich zu haben.
Auf dem Holiday (und auch auf dem KC-4) machen die Gummischeiben einen wesentlich besseren Eindruck, als die alten Originale:
Und wieder einmal bin ich sehr zufrieden mit dem Ergebnis dieses kleinen Projekts. Einziger Wehrmutstropfen ist, dass man die Gummischeiben gar nicht mehr sieht, sobald eine Kassette aufgelegt ist:
28_hidden.jpg (Größe: 111,56 KB / Downloads: 337)
Und schön ist auch, dass mit der gezeigten Vorgehensweise nun endlich eine Grenze gefallen ist: Silikonkautschuk lässt sich mithilfe von Trick 17 dann halt doch auch kleben!
Ausgangspunkt
Die beiden Tefifone Holiday und KC-4 haben auf ihrer Oberseite jeweils 3 graue Gummi-Scheiben, auf denen beim Betrieb die Schallbandkassette aufliegt:
02_problem_kc4.jpg (Größe: 108,01 KB / Downloads: 340)
Falls die Gummischeiben nicht schon verlorengegangen sind, so sind sie nach den vielen Jahrzehnten auf jeden Fall verhärtet und vergilbt, manchmal auch deformiert. Sie erfüllen ihre Aufgabe zur gedämpften Lagerung der Kassette nicht mehr gut und sind vor allem auch nicht mehr schön anzusehen.
Herausforderung
Es ist ohne Frage, dass diese Gummischeiben durch neue ersetzt werden müssen. Und wie schwer kann es schon sein, diese 8mm Scheiben in einer Dicke von 2,6mm herzustellen und dann aufzukleben? Mit der breiten Verfügbarkeit von Silikon- und PU-Kautschuk sollte das doch nicht allzu schwer sein. Doch weit gefehlt:
- PU-Kautschuk lässt sich gut herstellen und auch kleben, verfärbt sich dann bei Tageslicht aber aufgrund des Materials sehr schnell gelblich und ist dann nicht mehr schön (ich habe es ausprobiert).
- Silikon-Kautschuk hat das Problem mit dem Vergilben nicht. Aber hat es schon mal jemand geschafft, Silikon zu verkleben? Das ist quasi unmöglich. Silikon zeichnet sich dadurch aus, dass nichts wirklich daran haften bleibt. Im Dentalbereich gäbe es zwar Adhäsiv, mit dem man das Silikon beim Anrühren an Metall binden kann. Vielleicht könnte man Silikon damit auf eine Metallfolie aufbringen und dann die Silikonscheiben mithilfe der Folie festkleben? Kein Ahnung ob das funktionieren würde. Aber da man an diese Chemikalie als Privatmensch nicht herankommt, habe ich diesen Lösungsansatz verworfen.
Der neue Lösungsansatz
Ich habe mich dafür entschieden, die Ersatzteile aus Silikonkautschuk zu gießen. Die Haftung der Scheiben über einen Klebefilm zu Gerät wird über eine Basis aus PLA-Kunststoff hergestellt. Hierzu wird eine 3D-geruckte Struktur in das Silikon eingegossen. Hier zur Veranschaulichung ein Blick auf das 3D-Modell:
03_roentgen.jpg (Größe: 31,11 KB / Downloads: 340)
In rot ist das Silikon angedeutet, in grün sieht man den eingegossenen Sockel aus PLA. Durch die vielen Löcher in der 3D-Struktur kann sich das Silikon nach dem Aushärten ausreichend gut am PLA-Teil festhalten. Auf das PLA wird ein Klebefilm aufgebracht, der dann die Haftung zum Gerät herstellt.
An dieser Stelle herzlichen Dank an Achim, der mir den entscheidenden Tipp gegeben hat diese Vorgehensweise, die ich schon an anderer Stelle genutzt habe, auf die Gummischeiben zu übertragen!
Die praktische Umsetzung
Wie bei vielen meiner Projekte ist das 3D-Design einer der entscheidenden Aspekte, um die Theorie in die Praxis umzusetzen. Nach mehreren Iterationen bin ich bei diesem Design gelandet:
Es besteht aus zwei Komponenten. Das Herzstück ist natürlich die Basisstruktur aus PLA, die dann in gedruckter Form so aussieht:
Bei 8mm Durchmesser und 2,6mm Höhe der Scheiben bleibt hier nicht viel Platz für die innere Struktur. Vor allem wenn man der Silikonscheibe am Ende das Innenleben nicht ansehen soll und wenn man berücksichtigt, dass das Stanzen der Scheiben auch nicht auf den 10tel Millimeter genau geht. Im Slicer sieht man, dass es hier nur um wenige Fäden an Kunststoff geht, die hier vom Drucker gezogen werden:
Am Druckteil kann man auch von unten gut sehen, wie die Basis-Teile jeder einzelnen Scheibe in einer hexagonalen Struktur auf einer 0,2mm dünnen Schicht angeordnet sind:
07_core2.jpg (Größe: 104,22 KB / Downloads: 340)
Geradezu simpel ist dagegen das Design der aus PETG gedruckten Gießform:
In einem Schwung werden 3 der Silikonkautschuk-Rohlinge gegossen. Damit die Scheiben eine matte Oberfläche erhalten, wird die Gießform oben mit einer Platte aus Acrylglas abgeschlossen, die mit 400er Wasserschleifpapier aufgeraut wurde. Eine Siebdruckplatte dient dann dem gleichmäßig planen Pressen.
Die PLA-Teile werden zunächst mit einem hauchdünnen Klebefilm beschichtet. Die Firma 3M hat mit dem 467MP hervorragend geeignetes Material dafür im Angebot:
Drei der Streifen werden dann in die Gießform eingesetzt:
10_prepared.jpg (Größe: 132,62 KB / Downloads: 340)
Beim Silikon nutze ich Typ 12 von Troll Factory und schwarze Silikon-Farbe vom selben Hersteller:
11_ingredients.jpg (Größe: 121,77 KB / Downloads: 340)
Die Rezeptur ist:
- 9g Teil A
- 9g Teil B
- 0,08g schwarz.
Das Grau liegt in etwa bei RAL 7046 Telegrau 2.
Nach dem Anrühren wird das Silikon zunächst einmal im Vakuum entlüftet:
12_entlueften1.jpg (Größe: 38,98 KB / Downloads: 340)
Das Silikon wird in die Gießform eingefüllt:
13_pouring.jpg (Größe: 62,73 KB / Downloads: 340)
Ich denke es ist jedem klar, dass sich in der zerklüfteten Struktur viele Luftblasen verstecken. Sie werden durch dreimaliges Entlüften im Vakuum entfernt:
14_entlueften2.jpg (Größe: 91,98 KB / Downloads: 340)
Die Acrylglasplatte wird mit der rauen Seite auf das Silikon aufgerollt und die Form wird mithilfe der Siebdruckplatte und mehrerer Zwingen gepresst:
15_press.jpg (Größe: 104 KB / Downloads: 340)
Nach 6-8 Stunden ist das Silikon ausgehärtet:
16_hardened.jpg (Größe: 78,09 KB / Downloads: 340)
Durch die Acrylscheibe sieht man jetzt auch nochmal gut die hexagonale Struktur des PLA-Teils. Sie dient einerseits dazu, das PLA-Teil am Boden der Gießform zu halten. Eine weitere Funktion ist dass man darüber sehen kann, wo sich die einzelnen Scheiben für das Ausstanzen befinden.
Das Herauslösen aus der Form muss vorsichtig geschehen, damit die PLA-Struktur dabei nicht zerbricht. Das Silikon löst sich zuerst von der Gießform aus PETG und bleibt am Acryl hängen:
17_unmold_top.jpg (Größe: 101,88 KB / Downloads: 339)
An der Unterseite sieht man, dass sich ein klein wenig des Silikons auch unter die Schutzfolie des Klebefilms gedrückt hat:
18_unmold_bottom.jpg (Größe: 155,73 KB / Downloads: 339)
Das Silikon kann hier leicht abgerubbelt werden und stört damit nicht mehr weiter. Entscheidend ist dass das Silikon nicht zwischen das PLA und den Klebefilm eindringt - und damit hatte ich zum Glück noch keine Probleme.
Die Rohlinge sind damit fertig und die Gießform ist bereit für die nächste Befüllung:
Das ist das Schöne an der Verarbeitung von Silikonkautschuk: Man kann es ganz leicht wegrubbeln und muss auch nicht mit Trennmittel o.ä. hantieren.
Jetzt gilt es noch die Scheiben aus den Rohlingen zu stanzen. Hierzu kommt ein Locheisen zum Einsatz, das ich mit einem aus PCCF gedruckten Adapter an meine Ösenprese angepasst habe:
20_adapter.jpg (Größe: 71,84 KB / Downloads: 338)
Der Adapter hat zusätzlich auch noch die Funktion eines Auswerfers, wie wir später sehen werden.
Das Locheisen wird mit dem Adapter in die Ösenpresse eingeschraubt. Unten dient ein aus PA (Nylon) gedrucktes Tei als Klingenschonendes Gegenstück:
21_punch1.jpg (Größe: 85,33 KB / Downloads: 338)
Bei guter Beleuchtung kann man jetzt anhand der PLA-Markierungen sehen, wo zu stanzen ist:
22_punch2.jpg (Größe: 94,9 KB / Downloads: 338)
Beim Stanzen selbst ist das Locheisen nicht ganz auf den Adapter aufgeschraubt. Dadurch ist unter dem Stempel im Inneren des Locheisens genug Platz für die Gummischeibe. Um das ausgestanzte Teil dann aus dem Locheisen auszutreiben, wird es bis zum Anschlag auf den Adapter aufgeschraubt. Der Stempel drückt damit die Gummischeibe aus:
23_punch3.jpg (Größe: 79,27 KB / Downloads: 338)
Dieser Auswurfmechanismus ist extrem wichtig: Durch das feste PLA an der Unterseite verklemmt sich die Scheibe im Locheisen. Versuche, das Austreiben mit einem Feder-Mechanismus zu erreichen, waren leider nicht von Erfolg gekrönt. Wichtig ist auch die Scheibe beim Austreiben oder sonstigen Nacharbeiten nicht ungleichmäßig zu belasten, da sonst die Stützstruktur im Inneren brechen kann, was dann auch äußerlich sichtbar würde.
Mit etwas Übung geht das Stanzen relativ gut von der Hand:
24_punch_results.jpg (Größe: 117,34 KB / Downloads: 337)
Die Ausbeute einer Charge sind 72 Scheiben. Durch gelegentliche Luftblasen und vor allem durch Fehler beim Stanzen des PLAs muss man mit knapp 10% Ausschuss rechnen:
25_ausbeute.jpg (Größe: 102,69 KB / Downloads: 337)
Die Verwendung der selbstklebenden Silikon-Scheiben
Nach all der Mühe zur Produktion kommt jetzt endlich der befriedigende Moment des Anbringens der Gummischeiben an den Geräten. Das Abziehen der Schutzfolie geht ganz gut:
26_sticker.jpg (Größe: 51,8 KB / Downloads: 337)
Man sieht die am äußeren Rand lediglich 0,2mm dicke Schicht aus PLA mit den typischen Linien des 3D-Drucks. Der Klebefilm hält perfekt darauf. Man könnte fast den Eindruck haben, ein industriell gefertigtes Produkt vor sich zu haben.
Auf dem Holiday (und auch auf dem KC-4) machen die Gummischeiben einen wesentlich besseren Eindruck, als die alten Originale:
Und wieder einmal bin ich sehr zufrieden mit dem Ergebnis dieses kleinen Projekts. Einziger Wehrmutstropfen ist, dass man die Gummischeiben gar nicht mehr sieht, sobald eine Kassette aufgelegt ist:
28_hidden.jpg (Größe: 111,56 KB / Downloads: 337)
Und schön ist auch, dass mit der gezeigten Vorgehensweise nun endlich eine Grenze gefallen ist: Silikonkautschuk lässt sich mithilfe von Trick 17 dann halt doch auch kleben!
