Innovative Surfbrett-Finnen: 3D-gedruckt, aus Onyx, leistungsorientiertes Design

Autor-Anmerkung: Ich arbeite bei Markforged als Praktikant im Elektroengineering. Beim Testen von Surfbrett-Finnen im Büro vor einer Australien-Reise wurde ich inspiriert, 3D-gedruckte Surfbrett-Finnen mit dem Markforged Mark Two Drucker zu erstellen. Dieser Beitrag beschreibt Design, Druck und Wassertest dieser individuellen Finnen.

Über Surfbrett-Finnen

Vor den 1930ern verließen sich Surfbretter auf stark konvexe Rümpfe oder das rudimentäre Ziehen der Füße im Wasser, um die Richtung zu kontrollieren. Die Hinzufügung von Finnen revolutionierte das Surfen, indem sie Gier stabilisierten, Rollbewegungen dämpften und bei Kurven Auftrieb erzeugten – Funktionen, die einem Flugzeugflügel oder -leitwerk ähneln. Die meisten Finnen besitzen ein Profilquerschnitt, der Auftrieb maximiert und Widerstand minimiert im Vergleich zu einer einfachen rechteckigen Form.

Querschnitt einer Titan-Surfbrett-Finne.

Wie man sieht, ist die Form einer typischen Surfbrett-Finne auffällig ähnlich einem symmetrischen Flugzeugflügel.

Trotz Optimierung der Profilformen nutzen viele kommerzielle Finnen noch den klassischen „Delfin“-Form – schön, aber nicht ideal für Auftrieb. Aerodynamische Theorie zeigt, dass die effizienteste Flügelform eine Ellipse ist, da Auftrieb elliptisch verteilt wird. Ein langer, schmaler Flügel bietet höhere Spanneneffizienz, also mehr Auftrieb bei weniger Widerstand. Die Rutan Voyager, ein Flugzeug, das ohne Nachfüllen die Welt umrundete, exemplifiziert dieses Prinzip mit ultra-langen, schmalen Flügeln.

Warum haben die meisten Surfbrett-Finnen dann ein zurückgeschwungenes Design? In der Praxis verringert der Sweep die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Finne in Tang verheddert – es gibt keinen Überschall-Luftstrom zu optimieren, im Gegensatz zu Jagdflugzeugen oder Airlinern.

Flügelspitzen (Winglets) hinzufügen

Einer der größten Widerstandsbeiträge an einer Finne ist der Wirbel, der an der unteren Kante entsteht. Durch Hinzufügen kleiner Flügelspitzen an der Finnen-Unterseite können diese Wirbel unterdrückt werden, was die Widerstandseffizienz signifikant verbessert. Moderne Passagierjets nutzen ähnliche Winglets mit großem Erfolg.

Winglets dienen zweierlei Zweck: Widerstandsreduzierung und zusätzliche Pitch-Stabilität. Positioniert der Fahrer die Füße zu weit vorne, kippt das Board naseabwärts; die Winglets erzeugen Abtrieb, um dies zu kompensieren. Steht der Fahrer zu weit hinten, erzeugen die Winglets Auftrieb und helfen, das Gleichgewicht zu halten. Obwohl korrekte Fußposition essenziell bleibt, fungieren Winglets als wertvolles Sicherheitsnetz.

CAD-Rendering der individuellen Finne; die oberen Blöcke dienen als Befestigungspunkte für das Board.

Das Testset bestand aus drei Finnen, gedruckt in reinem Onyx – ohne Faserverstärkung – um die Flexibilität von gegossenen Acryl-Finnen nachzuahmen. Trotz ihrer Schlankheit (max. Dicke 4 mm, Hinterkante zwei Lagen dick) waren die Drucke robust. Die zweilagige Dicke der Winglets hielt Versand und Test gut stand.

Hydrodynamische Surfbrett-Finnen gedruckt in Onyx.

Die Finnen wurden nach Australien zum Wassertest geschickt. Ich nutzte ein 7-Fuß-3-Zoll-Board mit 120-mm-Tiefen-Finnen zum Vergleich.

Standard transparente Kunststoff-Delfin-Finnen.

Onyx-Finne im Vergleich zu einer Standard-Delfin-Finne.

Surf-Finnen sind über ein Sechskantsystem austauschbar; Kunststoffboxen sind in das Glasfaserboard eingelassen. Eine Box an meinem Board war gerissen, was den Wölbung beeinflusste.

Finne mit Fin-Schlüssel wechseln; die schwarze Basis ist die Fin-Box.

Die 3D-gedruckten Finnen passten exakt nach Spezifikation und demonstrierten die hohe Auflösung des Mark Two Druckers. Mit den neuen Finnen montiert, ging es aufs Wasser.

Board mit installierten Onyx-Finnen.

Surfen mit den Finnen

Die Finnen wurden in ca. 3-Fuß-Wellen getestet – nach den meisten Standards klein. Schon beim ersten Ritt ermöglichten die Finnen saubere Kurven und lieferten spürbar größere Pitch-Stabilität als das Standardsatz. Obwohl ich kein erfahrener Profi bin, fand ich das Gefühl der neuen Finnen sehr befriedigend.

Nach der ersten Session blieben die Finnen weitgehend intakt, trotz einiger 2-lagig dicker Stellen. Leichte Spuren erschienen dort, wo die Montageschrauben die Befestigungsstifte der Finne berührten.

Finnen nach dem Surfen, noch voll intakt.

Spur der Montageschraube oben an der Finne.

Am zweiten Tag versagte die Finne in der gerissenen Box in Torsion. Wahrscheinliche Ursachen: plötzliches Drehmoment bei einem Sturz und unzureichendes Anziehen der Schrauben. Grob gerechnet kann eine 10-km/h-Welle etwa 3 kg Kraft auf eine Finne ausüben, was eine erhebliche Last auf die Befestigungsstifte bedeutet. Finneversagen ist üblich, aber eine faserverstärkte Finne könnte Haltbarkeit verbessern und einstellbare Steifigkeit ermöglichen – ein Schlüssel-Designparameter für Surfbrett-Finnen.

Insgesamt zeigten die 3D-gedruckten Onyx-Finnen beeindruckende Leistung, demonstrierten sowohl Festigkeit als auch Präzision.

Redaktioneller Hinweis: Die .stl-Dateien für diese Finnen stehen zum Download bereit – probieren Sie sie aus! Wenn Sie an einer Zusammenarbeit an solchen Projekten interessiert sind, mailen Sie uns an social@markforged.com.