Kurzbeschreibung

  • Bauteile: Unterschenkelformen
    und andere Prototypenteile
  • Material: Nylon mit
    Kohlefasern PA-CF
  • Druckverfahren: FDM

Was ist das Projekt?

Im Rahmen eines Fokusprojektes der ETH hat sich das Team VariLeg enhanced zum Ziel gesetzt, mit einem Exoskelett am Cybathlon 2020 teilzunehmen. In nur neun Monaten hat ein Team aus Studenten der ETH Zürich und der Hochschule Rapperswil ein komplett neues Exoskelett entwickelt und gebaut. Das Exoskelett wurde spezifisch für den Wettkampf entwickelt und ist auf die beiden Piloten Thomas Krieg und Rolf Schoch angepasst. Beide Piloten sind Paraplegiker und somit im Rollstuhl. Mit Hilfe des Exoskelettes sind sie in der Lage wieder aufrecht zu gehen und den anspruchsvollen Parcours des Cybathlons zu meistern. Die Hindernisse sind alltäglichen Herausforderungen nachempfunden. So müssen die Piloten von einem Stuhl aufstehen können, auf einem Tisch mit Trinkbechern hantieren oder zwischen Hindernissen manövrieren und Treppen steigen.

Was ist 3D gedruckt?

Da das Exoskelett sowohl die Piloten wie auch das eigene Gewicht tragen muss, ist eine steife und stabile Konstruktion der Beine unumgänglich. Dafür wurden viele Komponenten des Exos aus Kohlefaser hergestellt. Da einige Bauteile komplexere Formen aufweisen und mit konventionellen Formen nicht hergestellt werden könne, kam der 3D-Druck zum Einsatz. Somit hat die Firma CHANGE3D GmbH unter anderem die Unterschenkelformen gedruckt. Diese Formen wurden dann mit Prepreg-Fasern laminiert und im Autoklaven ausgehärtet.

Da bei diesem Verfahren hohe Temperaturen, sowie Druck und Vakuum zum Einsatz kommen, konnte bei den Formen nicht auf ein Standardmaterial zurückgegriffen werden. Aus diesem Grund wurden die Formen aus einem speziellen Material gedruckt, das eine Mischung aus dem Kunststoff Nylon und Kohlefasern besteht. Dieses Material kann Temperaturen bis zu 120°C standhalten und hat durch die Kohlefasern eine hohe Festigkeit.

Durch den Einsatz dieses Material konnten die Unterschenkel des Exoskelettes problemlos hergestellt werden und haben somit eine neuartige Herstellung von Kohlefaser-Bauteilen ermöglicht. Mit der Kombination des Prepreg-Verfahrens und dem 3D-Druck sind somit komplexe und gleichzeitig hochfeste Bauteile herstellbar.

Neben den mechanisch beanspruchten Bauteile für das Exoskelett, wurden von der Firma CHANGE3D GmbH auch ein kleines Modell des Exoskelettes gedruckt. Das Modell wurde aus denselben 3D-Dateien wie das grosse Exo erstellt und ist somit hochgradig detailliert. Zum Einsatz gekommen sind dabei zwei verschiedene Materialien. Für die Bauteile, welche in echt aus Metall sind, wurde PLA eingesetzt. Für alle Bauteile, welche am grossen Exo aus Kohlefaser gefertigt sind, wurde ein kohlefaserhaltiges Material verwendet. Somit hat auch das kleine Exo-Modell ein sehr realistisches Erscheinungsbild.

Webseite zum Projekt: https://www.varileg-enhanced.ch/
Webseite zum Wettkampf: https://cybathlon.ethz.ch/