Gastartikel: (Heim) 3D Druck für die Hobbyastromomie (Carsten Wartmann)

Motor_FokusIn der Reihe der Gastartikel kann ich Euch heute eine kleine Besonderheit präsentieren. Der 3D-Druck hat ja nun schon in sehr vielen Bereichen Einzug gehalten. Doch in der Astronomie liest man darüber noch sehr wenig. Zumindest kenne ich kaum Hobbyastronomen die einen 3D-Drucker besitzen oder damit astronomische Teile drucken.

Carsten ist nun einer davon und er hat einen schönen Bericht zu 3D Druck für die Hobbyastronomie daraus erstellt. Sehr schön, dass ich diesen Beitrag hier im Blog Euch zeigen kann.


(Heim) 3D Druck für die Hobbyastromomie

3D Druck Zuhause ist nun schon seit einigen Jahren praktisch möglich. Mit etwas Experimentierwillen findet man immer wieder Sachen die man drucken könnte, einiges ist trivial und doch hilfreich einiges nur sehr aufwändig möglich und vielleicht nicht wirklich praktikabel. Solange man das als Erweiterung des Hobbys sieht ist aber auch solch eine "Rückschlag" eine wertvolle Erfahrung und führ zu Verbesserungen oder Erkenntnissen.

Ich habe schon allerhand konstruiert und gedruckt, vom Kühlschrankmagneten über Teile die meine 3D Drucker verbessern bis zu Spielzeugersatzteilen. Hier soll es aber um den Druck von Teilen für unser Hobby die Astronomie gehen. Wie ich zu diesem Hobby kam und wie ich es betreibe habe ich ja schon in einem anderen Gast-Blog Beitrag [LINK] hier beschrieben.

Technik

3D Drucker in der Hobbyastronomie

Ich beziehe mich hier hauptsächlich auf den FFF Druck (Fused Filament Fabrication oder FDM ((TM)Fused Deposit Modelling, [https://de.wikipedia.org/wiki/Fused_Deposition_Modeling]), in Deutsch einfach Schmelzschichtung genannt, im Prinzip eine durch Schrittmotore gesteuerte Heißklebepistole. Dieses ist das Verfahren das man zuhause oder in der Hobbywerkstatt problemlos verwenden kann. Gedruckt wird mit thermoplastischen Kunststoffen die erhitzt weich werden und dann mit einer feinen Düse Strang für Strang und Schicht für Schicht das Objekt aufbauen, dabei erkaltet der Kunststoff wieder und wird fest. Die gedruckten Teile haben erstaunliche Festigkeiten bei geringem Gewicht was uns ja für gerade in der der Astrofotografie stark belasteten Montierungen entgegen kommt.

Natürlich kann man die Eigenschaften von Kunststoffen mit denen von professionell gefertigten Metallteilen nicht vergleichen, aber wenn man geschickt Kunststoffteile mit Normteilen aus dem Maschinenbau verbindet kann man erstaunliche Konstruktionen bis zu kompletten Teleskopen bauen [http://www.thingiverse.com/thing:921941].

Ich verwende fast ausschließlich PLA (polylactic acid, Milchsäure Polymer) ein Kunststoff aus Milchsäure, der bei guter Qualität keine giftigen Gase beim erhitzen abgibt und sehr einfach zu ver- und bearbeiten ist. Ein großer Nachteil von PLA ist seine geringe Hitzefestigkeit, ab 50°C kann er schon weich werden, das muss man bedenken wenn man gedruckte Teile z.B. im Sommer im Auto liegen hat. Im praktischen Einsatz habe ich hier aber auch bei Sonnenbeobachtungen im Sommer keine Probleme feststellen können. Als etwas hitzefestere Alternative kann man auch ABS benutzen, dieser Kunststoff sondert aber giftige Gase beim Druck ab und sollte nur in einer Werkstatt mit Absaugung verwendet werden. Neben diesen beiden Klassikern gibt es noch einen ganzen Zoo weiterer Materialien von PLA Varianten bzw. Mischungen die die Nachteile von reinem PLA aufheben sollen bis zu weiteren Thermoplasten wie z.B. Polyamid (Handelsname Nylon) das extrem interessante Eigenschaften hat aber sehr schwierig zu verarbeiten ist.

Wenn alles nicht hilft kann man immer noch einen Druckdienstleister beauftragen, der dann die eigene Konstruktion in dem Wunschmaterial ausdruckt und das in einer Präzision die man Zuhause nicht erreicht und das mit Materialien die Zuhause nicht verarbeitbar sind.

GefuegteTeile

Der extreme Vorteil einen eigenen Drucker zu besitzen ist, das man sehr schnell Designs ausprobieren kann und auch bei Fehlern in der Konstruktion nicht um Tage zurück geworfen wird, denn nur die wenigsten unter uns sind ja erfahrene Konstrukteure.

Denkt immer daran das man die gedruckten Teile auch nachbearbeiten kann, also schleifen, bohren, sägen, kleben und mit standard Maschinenelementen kombinieren kann. So bekommt man auch komplizierte Teile gefertigt die sich sonst so nur schwierig drucken lassen.

Konstruktion und Modellbeschaffung

Selbst ohne die Motivation eignen Design zu konstruieren kann man von einem 3D Drucker profitieren, im Netz gibt es zahllose Designs für fast jedes Teleskop Design und Zubehör. Für mich ist die erste Anlaufstelle Thingiverse [http://www.thingiverse.com/search/page:20?q=telescope&sa=], sucht man hier nach "Telescope" findet man Seitenweise Druckmodelle zur freien (Lizenz beachten, meist aber Open Source) Verwendung auch ich sammle hier meine Designs [http://www.thingiverse.com/calli/about].

Viele Astronomieforen haben auch Threads die neue Designs passend zu unserem Hobby vorstellen und letztlich kann man auch einfach Googeln.

Wenn man allerdings nicht genau das passende findet, so muss man sich doch mit der Konstruktion beschäftigen. Das kann dann aber beliebig komplex werden aber auch ganz einfache Programme und Lösungen sind möglich, z.B. kann es ja nur nötig sein ein Objekt in der Größe zu ändern oder eine Kleinigkeit hinzuzufügen oder wegzunehmen.

Blender

Ich persönlich verwende die GPL Open Source Software Blender [http://blender.org] als Hauptkonstruktionswerkzeug, der Einstieg ist hier schon recht komplex, dafür ist man aber später kaum begrenzt was die Möglichkeiten angeht. Blender ist zudem eine komplette 3D Suite, inkl. Physiksimulation, Gameengine und Renderer, was ggfs. interessant wird wenn man seine Konstruktion bewerben oder dokumentieren möchte (z.B. im Rahmen eines Croudfundings). Wer in Blender einsteigen möchte kann mein Das Blender-Buch [https://www.dpunkt.de/buecher/10416/9783864900518-das-blender-buch.html] lesen oder mich fragen.

Im Prinzip kann man aber jede 3D Software verwenden die STL (s.u.) als Dateiformat unterstützt, dies geht los mit einfachster CAD Software wie 123CAD über Sketchup bis hin zu frei verwendbaren CAD Werkzeugen wie z.B. das Cloud basierte Oneshape [https://www.onshape.com/] und endet bei schweren Geschützen wie Pro-Engineer, Autocad oder Catia.

STL-Format

STL (STereoLithography, Standard Tessellation Language) ist *das* Austauschformat für den 3D Druck, bis auf Spezialfälle (Farbige Drucke z.B.) kommt man damit fast immer zum Ziel, seine Konstruktion sollte man aber natürlich immer im dem Programm eigenen Format speichern und erst zum Druck als STL exportieren.

Meine 3D Drucke

Mein erster 3D Druck für die Astronomie war ein Adapter von 1,25" Steckhülse auf das Nikon-F Bajonett mit dem ich auch meine ersten echten Astrofotos gemacht habe. Das Modell [http://www.thingiverse.com/thing:237376] ist von Thingiverse geladen und versieht immer noch seinen Dienst am mittlerweile 2. Teleskop und der 2. Kamera.

Als ich dann mein NexStar SLT auf eine stabileres Dreibein setzen wollte waren die nötigen Schrauben schnell beim Baumarkt gekauft, nur war leider die Bohrung in den Beinen einen Millimeter zu groß, also habe ich schnell 3x Passröhrchen gedruckt.

Kabelhalter_CAD

Weiterhin drucke ich oft kleine Kabelhaken die nicht nur für Ordnung in der Kabellage unterm Schreibtisch sorgen sondern auch die Kabel am Teleskop bändigen. In Blender kann ich hier blitzschnell genau den passenden Halter mit oder ohne Bohrung, für Klett- oder Klebebefestigung mit der gewünschten Größe erstellen und in ein paar Minuten ausdrucken.

DoppelSucher

Ein Remix (also eine Abwandlung eines bestehenden Design) war der Doppelsucher Halter für mein Teleskop. Die Schwalbenschwanzführungen habe ich noch in vielen weiteren Modellen benutzt (s.u.). [http://www.thingiverse.com/thing:1008434]

RedDot_DSLRRDF_Hotshoe

Will man mit einer Kamera allein Aufnahmen vom Sternenhimmel machen, so ist ein Sucher sehr hilfreich. Ein kleines Teil um einen Lichtpunktsucher auf dem Blitzschuh zu befestigen hilft hier. [http://www.thingiverse.com/thing:1232862]. Besonders bei Kameras mit nur elektronischem Sucher kann das bei dem "Zielen" sehr hilfreich sein. Ähnliches habe ich für die bei Schützen beliebten RDFs gedruckt, siehe zweites Bild. Oder für die Montage auf dem Teleskop (letzter Thingiverse Link).

[http://www.thingiverse.com/thing:1232862]
[http://www.thingiverse.com/thing:1652883]
[http://www.thingiverse.com/thing:1353993]
Bathinov_Mak127Vega_Bathinov

Zum Fokussieren an Sternen kann man sogenannte Bathinov Masken verwenden, wer sie schon benutzt hat möchte sie nicht mehr missen. Diese Masken können je nach Qualität ganz schön ins Geld gehen, vor allem wenn man mehrere Teleskope mit stark unterschiedlichen Öffnungen hat. Mit Bathinov Maskengeneratoren kann man diese Masken berechnen und dann z.B. mit etwas Mühe aus Karton o.ä. ausschneiden. Mit einem 3D Drucker kann man aber auch das generierte Vektorfile zu einem 3D Modell umwandeln und passende Masken für seine Teleskope drucken. Das zweite Bild zeigt das Beugungsmuster von exakt dieser Maske an der Vega genau im Fokus. Außerhalb des Fokus verschiebt sich die mittlere Linie zu den Diagonalen hin. [http://www.thingiverse.com/thing:1232879]

DSLR_Mount

Um eine Kamera mit standard Stativgewinde an einer astronomischen Montierung zu befestigen gibt es natürlich auch diverse fertige Sachen im Zubehörhandel. Mit einem 3D Drucker und Stativschrauben bzw. den als Pfennigartikel erhältlichen 1/4"-20 UNC Schrauben ("Zollgewinde") kann man sich für wenige Euro eigene Konstruktionen ausdrucken. Im Bild eine Halterung für Vixen Dovetails (wie an meinem NexStar SLT Goto Mount). Diese Halterung nimmt leichtere Kameras mit einfachen Objektiven sicher auf (hier eine Nikon D3100 und Kitobjektiv). Für meine D5100 mit einem Vivitar Series 1 Zoom (70-210mm f3.5) das fast 1kg wiegt habe ich einfach etwas mehr Dicke gedruckt und noch eine Verdrehsicherung vorgesehen, die hält die Kamera sicher ohne Schwingungen und ist "Bocksteif", hier ist schon wieder mein NexStar SLT der begrenzende Faktor. [http://www.thingiverse.com/thing:1232899]

Solar_Filter

Die hier gezeigten Solarfilter sind für mein 127mm Mak und das Sucherfernglas. Bestückt wurden sie mit Baader Astrosolar Folie, die von einem Innenring gehalten wird. Gedruckt in schwarzem PLA, auch in praller Sonne habe ich keine Erweichung feststellen können. Das gelbe Klebeband macht es leichter auf einen Blick zu erkennen ob der Filter auch (noch) auf dem Teleskop sitzt. Das nächste mal werde ich es gleich in Gelb drucken. [http://www.thingiverse.com/thing:1232915]

Motor_Fokus
Ein etwas größeres Projekt war einen Fokus Driver für mein Mak127 zu bauen. Dieses Projekt wird von "tekkydave" im Stargazerslounge Forum  [https://stargazerslounge.com/topic/218975-arduino-ascom-focuser-mark2/] entwickelt und steuert per ASCOM Driver [https://sourceforge.net/p/arduinoascomfocuser/wiki/Home/], einem Arduino Board und 5Euro Schrittmotoren (oder größere) den Fokus von diversen Teleskopen. Ich habe auch erst mit Riemenantrieb experimentiert aber der Billigschrittmotor hatte einfach eine zu schlechte Lagerung seiner Antriebsachse. So bin ich dann bei dem oben gezeigten Design gelandet, die Zahnräder sind natürlich selbst gedruckt und durch ihre Pfeilverzahnung zentrieren sie sich selbst. Das ganze wird von einem Arduino Board gesteuert, das per Bluetooth (alternativ auch USB) kommandiert wird und auch noch eine Taukappenheizung mit steuert. Das ganze natürlich in einem selbst gedruckten Gehäuse. Fokussieren ist damit so viel einfacher, entweder per ASCOM Driver auf dem Laptop (dann auch automatisch) oder per Handy oder Tablett (selbst geschriebene App). [http://www.thingiverse.com/thing:1354009]

ASI_Mount

Wie paart man eine ASI120MC Kamera, hochwertige Nikon Objektive und ein NexStar SLT? Erst mal bei Ebay aus China Adapter für C-Mount zu Nikon-F Bajonett bestellen und noch einen C-Mount Distanzring. Den Rest bekommt man so aber eher nicht. Also konstruiert man los. Nach 2,5 Iterationen (und etwa genau soviel "Arbeits"tagen) kam ich bei diesem Design an. Als Grundlage konnte ich ja schon auf die Dovetails und die Halterung für mein DSLR zurückgreifen. Die Konstruktion [http://www.thingiverse.com/thing:1650352] hat sich schon bewährt, und ich konnte mit dem Vivitar Series 1 und meiner ASI120MC (eigentlich eine Planetenkamera!) von Berlin aus tatsächlich etwas Deep Sky erhaschen.

Bodes_Zigge

Mit diesem endlich Astronomischem Bild könnte ich an sich schließen, tatsächlich habe ich aber noch viel mehr, teils auch nicht wirklich gut verwendbares Zeug gedruckt, u.a. Gehäuse für mein Intervallometer (Eigenentwicklung, Arduino), RaspberryPi+RaspiKamera auf 1.25" Steckhülse etc. Wenn also noch Fragen offen sind dann schreibt mir eine Email oder fragt mich auf einem Treff der Sternenfreunde.

Clear Skies,
Carsten

Mein Maker Blog: https://plus.google.com/b/113205824564673616795/113205824564673616795/posts


Fantastischer Beitrag Carsten. Vielen Dank das Du die Leser und mich daran teilhaben lässt. Da bekomme ich glatt Lust mich doch mal mit einem 3D-Drucker auszustatten und alles selbst zu probieren.

Hinweis: Alle hier verwendeten Bilder sind Eigentum von Carsten und dürfen ohne seine Zustimmung nicht verwendet werden!

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