Weihnachtstradition neu gedacht: 3D-gedruckter Nussknacker sprengt Grenzen

Bei Fast Radius nehmen wir Feiertage ernst. Genauso ernst nehmen wir unsere Mission, Neues möglich zu machen.

Diesen Dezember haben wir unsere festliche Stimmung und additive Fertigungsexpertise vereint, um unsere Interpretation eines Weihnachtsklassikers zu schaffen: den Nussknacker. Unser Endprodukt ist mit keiner traditionellen Fertigungsmethode herstellbar. Und: Er knackt tatsächlich Walnüsse. So haben wir es gemacht.

Design

Der Designprozess begann mit der Evaluierung verschiedener Nussknackmechanismen.

Letztlich entschieden wir uns für ein Zahnstangen-Getriebe, das die Drehbewegung eines Zahnrads (Pinion) in die Linearbewegung einer Zahnstange (Rack) umsetzt – den Stab, der die Nuss zerdrückt.

Dieses Design bot unseren Ingenieuren die Gelegenheit, ihre Expertise im Design für additive Fertigung (DfAM) zu demonstrieren: Wir fertigten den Nussknacker als ein einziges 3D-gedrucktes Bauteil statt der 12+ Einzelteile, die traditionell nötig wären.

Design Engineering

Nach Festlegung eines Designs, das alle Nussknacker-Komponenten – Zahnräder, Kurbel, Zahnstange, Griff – in einem Einzelteil konsolidiert, musste sichergestellt werden, dass der Nussknacker die nötige Kraft zum Knacken einer Walnussschale aufbringt.

Wir konsultierten die Fachliteratur (ja, die existiert wirklich!) und machten überschlägige Berechnungen, um die nötige Zahnradgröße, Übersetzung und Kurbelgeometrie für die erforderliche Kraft zu bestimmen.

Zudem musste sichergestellt werden, dass die Zahnräder nach dem Druck funktionsfähig sind. Das Design musste Rotationsfreiräume für Pulverentnahme mit effektivem Zahneingriff in Einklang bringen. Dazu sicherten wir an jeder Paarrfläche einen Mindestspalt von 0,5 mm zu.

Zunächst erwogen wir eine Kombination aus Metall- und Kunststoff-3D-Druck. Letztlich entschieden wir uns für den kompletten Druck auf dem HP Jet Fusion 580 Color 3D Printer. Dieses Gerät war neu in der Fast Radius-Fabrik, und wir wollten es auf die Probe stellen. Wir wussten, dass das im 580 verwendete Material HP 3D High Reusability CB PA12 langlebige, steife und starke Bauteile liefert – die mechanischen Eigenschaften sind nahezu identisch mit dem PA12, das wir auf unseren HP 3D Jet Fusion 4200 Druckern für Millionen von Teilen genutzt haben. Der 580-Drucker weicht jedoch leicht vom 4200 ab, weshalb wir Design und Ausrichtung an das Bauraumvolumen des 580 anpassten.

Das Endprodukt

Unsere sorgfältige Konstruktion und Auslegung zahlte sich aus. Der Nussknacker kam voll funktionsfähig und einsatzbereit aus dem Drucker.

Für zusätzlichen Pfiff ließ sich unser Chief Designer von Kutschen-Uhren inspirieren und entwarf zwei transparente Abdeckungen für Zahnstange und Getriebe. Diese fertigten wir aus Whip Mix auf Carbon® Digital Light Synthesis™. Schließlich entschieden wir uns für nur die kleinere Kuppel, um die Mechanik im Einsatz besser fotografieren zu können.

… Und das ist die Geschichte des Fast Radius Nussknackers. Sehen Sie sich das Video unten an, um ihn in Aktion zu erleben! Vielleicht haben wir gerade eine neue Weihnachtstradition gestartet.