Eine packende Geschichte

Diese Woche werden wir uns mit den Testdaten befassen, eine FE-Analyse durchführen und herausfinden, was es wirklich braucht, um einen (bislang) unzerstörbaren Fraktal-Schraubstock zu zerbrechen. Wir werden auch einige reale Belastungstests behandeln, Ratschläge zu Schraubendrehmomenten geben und die Entstehungsgeschichte unseres kleinen Fraktal-Schraubstocks erkunden.

Bevor wir direkt in die Gegenwart springen, wollen wir uns zunächst in die Vergangenheit begeben, in ein Land, in dem Metallfraktale lediglich ein YouTube-Spektakel waren, in ihrer Seltenheit verborgen und als Meisterwerk der Ingenieurskunst gefeiert ...

Die Entstehungsgeschichte

Vor dem Fractal Vise waren unsere Regale mit Klemmvorrichtungen übersät, von Drehstift-Schraubstöcken bis hin zu schneckengetriebenen Fraktalkrallen. Von Anfang an war unser Ziel einfach: Wenn es klemmt, wird es gedruckt.

Ein Rückblick in die Archive von 2023-2024 zeigt, dass wir viel Spaß daran hatten, mit einigen sehr interessanten Mechanismen herumzuspielen. Wir dachten, dies wäre der perfekte Zeitpunkt, um Sie auf eine Reise durch unsere Klemmen mitzunehmen und herauszufinden, wie wir den Fractal Vise entwickelt haben und wo alles begann.

Wie bei allen MetMo-Konstruktionen beginnt die Geschichte auf Seans Schreibtisch. Ein Ort fast verwirklichter Träume, übersät mit halbfertigen Prototypen und einer offenen, aber unberührten Tüte Trüffelchips (ist Trüffel wirklich gut? Übersehe ich etwas?).

Im Laufe der Zeit nahm der Auftrag Gestalt an und wir machten uns daran, die perfekte Klemme für kleine Modelle, 3D-Drucke und filigrane Komponenten zu entwickeln, die mit Multi Drive funktioniert und das Konzept der Desktop-Werkstatt erweitert. Dies ermöglichte es uns, einige wirklich unterhaltsame Mechanismen zu erforschen, und dieses erste Konzept gehört immer noch zu meinen Favoriten...

Der Drehstift-Schraubstock

Wenn Sie diesen Schraubstock sehen würden, würden Sie kaum glauben, dass es sich um etwas anderes als einen Standard-Juwelier-Schraubstock handelt, mit seiner typischen Anordnung von Stiften zum Halten von ... Sie haben es erraten ... Schmuck! Diese Schraubstöcke sind äußerst nützlich und wurden auch von der Modellbaugemeinschaft übernommen, um beim Bearbeiten von ausgefallenen Formen zu helfen.

Dieser Schraubstock wird erst richtig lebendig, wenn man sein Fahrgestell verdreht (nicht zu stark, sonst springt er zu früh aus seiner Führung, und wir alle wissen, dass das nicht ideal ist). Mit einer Reihe von Kegelrädern und im Uhrzeigersinn/entgegengesetzt drehenden Antriebswellen haben wir eine einfache Drehbewegung in die lineare Bewegung umgewandelt, die Sie in den Backen unten sehen können.

Dieses Konzept war sehr unterhaltsam zu bauen und damit zu spielen, aber die Ergonomie im realen Einsatz ließ zu wünschen übrig. Wir wollten einen sehr mobilen Schraubstock, den man leicht auf dem Arbeitsplatz bewegen konnte, und dieser Schraubstock erforderte eine feste Basis, sonst brauchte man drei Hände, um das Werkstück zu halten, den Einsteller zu drehen und den gesamten Schraubstock am Drehen zu hindern. Nicht wirklich ideal, also landete er im Regal und wir gingen zurück ans Reißbrett.

Die Fraktale des Lebens

Bei diesem nächsten Konzept haben wir wirklich angefangen, mit Fraktalen zu spielen, und wie Sie sehen können, sind die Fraktale selbst von diesem Konzept bis zum endgültigen Fractal Vise fast unverändert geblieben. Zu diesem Zeitpunkt gab es viele Fraktalideen, von denen wir einige noch weiter erforschen, also zeigen wir sie am besten noch nicht zu früh😜

Lose basierend auf den „Scheren des Lebens“, die zum Aufreißen von Autotüren verwendet werden, verwendet unser viel sichereres Design eine Schneckengetriebe-Anordnung, und ähnlich wie bei unserem Drehrevolver ermöglicht diese Getriebeanordnung die Übertragung einer Drehbewegung um eine Achse auf eine völlig andere Achse.

Schneckengetriebe verdienen einen eigenen Blogbeitrag, aber im Interesse der Effizienz fassen wir zusammen: Ein Schneckengetriebe ist eine Getriebeanordnung, bei der eine schneckenartige Schnecke mit einem Schrägverzahnungsrad (Schneckenrad) ineinandergreift, um eine hohe Drehmomentreduzierung und eine nicht umkehrbare Bewegung in einer kompakten Anordnung zu erzielen.

Mit anderen Worten, das Drehen der Rändelschraube auf der Rückseite dieses Designs erzeugt ein enormes Drehmoment an den Klemmarmen, was zu einer sehr hohen Klemmkraft führt. Selbst aus Kunststoff verursacht dieses Design ernsthafte Fingerschmerzen, wenn man eine Umdrehung zu weit geht.

Wir haben ziemlich viele verschiedene Übersetzungsverhältnisse, Armlängen und Klemmköpfe ausprobiert und schließlich festgestellt, dass dieses Design... ziemlich genial ist 😜 aber es erfüllte nicht wirklich den Auftrag, den wir uns gestellt hatten, also wartet es jetzt geduldig im Regal auf seinen großen Auftritt... vielleicht.

Der MetMo Würfel… Schraubstock!

Hier begannen wir, traditionellere Schraubstockideen zu erforschen, und diese Idee schaffte es tatsächlich bis zu einem vollständigen Metallprototypen, aber dazu später mehr.

Bei diesem Design kann man die Anfänge des unteren Mechanismus des Fractal Vise erkennen, und dieses Konzept hat uns gezeigt, wie wichtig die Rechtwinkligkeit im Schraubstockdesign ist. Dies bezieht sich auf die Steifigkeit der beiden Backen, da jedes Spiel im unteren Mechanismus verstärkt wird, je weiter man sich auf der Backenoberfläche nach oben bewegt, und dies führt normalerweise zu einer V-Form, wenn die Backen zusammenkommen. Wie Sie sich vorstellen können, würde der Versuch, etwas mit einer V-Form zu klemmen, Ihr Teil langsam nach oben und aus dem Klemmbereich extrudieren... nicht ideal und keine gute Klemmung.

Deshalb achten wir so genau auf die präzisionsgeschliffenen Dübel und die entsprechenden Löcher im Fractal Vise, da jede Lockerung dieser Toleranzen ziemlich negative Auswirkungen haben kann (ganz zu schweigen davon, dass sich der Schraubstock etwas billig anfühlt, wenn alles klappert).

Tiefer in die Welt der Würfel eintauchend, begannen wir mit verschiedenen Größen und Gewichten zu experimentieren und sogar die Verwendung von Silikonkautschuk als Fußmaterial zu erforschen. Hier begann der Schraubstock wirklich nützlich zu werden.

Wir haben diese Schraubstöcke ausgiebig getestet und festgestellt, dass die flachen, gleichmäßigen Seiten besonders nützlich sind, um Ihre geklemmten Werkstücke einfach auf Ihrem Schreibtisch zu bewegen und zu drehen. Dies war ein großes „JA“ für unser endgültiges Design und ist eine Funktion, die wir für den Fractal Vise beibehalten haben, zusammen mit einem Großteil der grundlegenden Mechanik, da dieses sehr einfache Design unserem ursprünglichen Auftrag sehr nahe kam.

Wir präsentieren den MetMo Cube Vise

Die endgültige Form des Cube Vise-Konzepts und ich muss sagen, es sieht ziemlich unglaublich aus.

Mit seiner massiven Edelstahlausführung und einer vollständigen Messingplatte an den Klemmflächen war dieses Design so kurz davor, ein neues MetMo zu werden, und wenn wir nicht so besessen von Fraktalen wären, wäre dies eine ganz andere Kampagne!

Während der Tests dieses Designs wurde ziemlich schnell klar, dass es ein guter Schraubstock war. Aber „gut“ ist nicht das, worum es uns geht.

Er klemmte Dinge gut genug und verhielt sich wie ein guter alter Standard-Schraubstock. Aber wenn es darum ging, unsere Drucke und Modelle zu klemmen, war er der Herausforderung nicht gewachsen, und wie wir in der Kampagne gezeigt haben, ließen die beiden Klemmstellen unregelmäßige oder runde Formen einfach herumwirbeln oder gar nicht klemmen.

Für flache Formen ist dieser Schraubstock jedoch unschlagbar und inspirierte unsere flachen Soft Jaws in den Fractal Vise Add-ons.

Eine Kollision von Ideen

Was passiert, wenn ein unbeweglicher Würfel auf eine froschförmige Rekursion trifft?

Sie sehen, worauf wir hinauswollen. Man nimmt die Fraktale aus unseren „Scheren des Lebens“ und die starre Struktur, die wir in der Ära des Würfels entwickelt haben, bestreut sie mit etwas Optimierungspulver und einer gesunden Dosis MetMo-Magie, und schon hat man die Anfänge des Fractal Vise!

Nach einigen Iterationen haben wir schnell die richtige Form gefunden und uns dann mit den technischeren Aspekten befasst, einschließlich der Bearbeitung von Verbindungspunkten und der Sicherstellung, dass alles stark genug war, um dem harten Leben eines Schraubstocks standzuhalten.

Wie bei allen unseren Projekten auf Kickstarter endet die Entwicklung nicht, wenn wir starten, und beim Fractal Vise ist das nicht anders. Während der Kampagne haben wir Funktionen verbessert, Materialien optimiert und völlig neue Designs getestet. Das meiste davon war euch zu verdanken, und eine besondere Erwähnung möchten wir @Scott Allen zukommen lassen, der uns mit seinem hervorragenden Rat dazu gebracht hat, einige spezialisiertere Gewindearten für die Spindel auszuprobieren, die wir jetzt prototypisieren. Wenn alles nach Plan läuft, können Sie noch mehr Klemmdruck auf Ihre Werkstücke ausüben, was bei sehr schweren Anwendungen wie der Verwendung des Fractal Vise in manuellen oder CNC-Maschinen helfen wird.

FE-Analyse macht elementar Spaß

Wie versprochen, tauchen wir tiefer in die Funktionsweise unserer FE-Analyse ein, betrachten einige der anderen Tests und wie wir mögliche Schwachstellen im Design identifiziert haben.

Aber zuerst für diejenigen unter Ihnen, die keine Ahnung haben, wovon ich spreche, keine Sorge! FE, oder Finite-Elemente-Analyse, ist eine Computermodellierungsmethode, die im Grunde genommen einige wirklich clevere mathematische Verfahren verwendet, um sehr genau zu simulieren, wie Kräfte (nicht nur auf Gewicht beschränkt) ein Teil beeinflussen werden.

Sie verwenden dasselbe bei der Simulation von Luft für die Luftfahrt, Hitze in Raketenantrieben und sogar Beton in Gebäuden. Alles mit demselben Ziel: Schwachstellen zu visualisieren und zu beheben, bevor man sein Flugzeug, seine Rakete oder seinen Wolkenkratzer baut. Oder in unserem Fall, Ihren Fractal Vise.

So, da Sie jetzt alle FE-Experten sind, gehen wir zu unseren Tests über!

Diese Simulation übte 3000 Nm auf ein einzelnes Fraktal aus, mit dem Ziel, die schwächsten Punkte des kleinsten und theoretisch anfälligsten Teils des Designs zu identifizieren.

Die Verformung ist hier eine übertriebene Darstellung, wie sich das Metall bewegt, damit Sie es leichter sehen können (die Schönheit der Simulation); in Wirklichkeit beträgt diese Bewegung nur 18 Mikrometer – das ist die gleiche Dicke wie ein Müllsack!

Wir haben in diesen Simulationen auch die Befestigungen auf Herz und Nieren geprüft und Aluminium- und Edelstahlkonstruktionen direkt verglichen.

Hier haben wir es wirklich aufgedreht und es bis auf 6000 Nm gebracht, um seinen Bruchpunkt zu finden, was uns im echten Leben schwer fallen würde.

In dieser Situation, bei der eine zerstörerische Kraft angewendet wurde, die, wie ich nur annehmen kann, so wäre, als würde ein Elefant hereinkommen und auf eines der Fraktale springen, schnitt der Edelstahl erwartungsgemäß besser ab als das Aluminium.

Aluminium bewegte sich um 160 Mikrometer (0,16 Millimeter), während Edelstahl nur um 33 Mikrometer (0,033 mm) bewegt wurde.

Hier sehen wir eine übertriebene Ansicht, um die Bewegung besser sichtbar zu machen. Angesichts der großen Kräfte, die hier wirken, schnitten beide gut ab und entsprachen unserer Methode, Dinge überzuentwickeln, um weit über das Notwendige hinaus standzuhalten. Wenn Sie also das nächste Mal einen Elefanten an Ihrer Werkbank finden, können Sie sicher sein, dass Ihr Schraubstock überleben wird ... das sind die Gedanken, die mich nachts wach halten.

Belastungstests

Als Nächstes haben wir einige spezielle Tests durchgeführt, um zu sehen, wie viel Kraft ein Mensch in der realen Welt auf die Teile ausüben kann. Diese sind viel weniger wissenschaftlich und dienen eher dazu, ein Verständnis dafür zu bekommen, welche Kraft eine normal große menschliche Hand auf den Schraubstock ausüben kann, und dabei sicherzustellen, dass wir unter den maximal getesteten Lasten der statischen Tests liegen, die wir durchgeführt haben.

Für Edelstahl und Aluminium sind hier die Ergebnisse!

Anwenden von Druck mit der Rändelschraube

Im Vergleich zur Simulation lagen wir deutlich unter den maximalen Bruchgrenzen aller Teile. Großer Erfolg! Wir entdeckten auch wieder einmal (wie in den meisten unserer Tests) die Grenzen der menschlichen Hand... autsch.

Drehmoment im Gespräch

Dieser Punkt wurde von euch mehrmals angefragt, und es handelt sich um die empfohlenen Drehmomentwerte der verschiedenen Schrauben und Befestigungsstifte, die in den Fractal Vise eingesetzt werden.

1.⁠ ⁠T25-Schrauben – max. 6 Nm
2.⁠ ⁠Fraktale Stifte – max. 0,2 Nm
3.⁠ ⁠Madenschrauben – bündig mit gleitender Basis
4.⁠ ⁠Madenschrauben für Passstifte (innen) – max. 3 Nm (diese fixieren die Passstifte)
5.⁠ ⁠Madenschraube der Leitspindel – ganz eindrehen und dann eine halbe Umdrehung lösen, damit die Leitspindel frei drehen kann.
6.⁠ ⁠Schrauben der Grundplatte – max. 3 Nm

Wir haben den Fractal Vise so konzipiert, dass er auch dann funktioniert, wenn diese Werte nicht exakt eingehalten werden, da die meisten Menschen nicht über die notwendige Ausrüstung verfügen, um diese perfekt einzustellen.

Als weitere Orientierung: Die T25-Schrauben halten viel Drehmoment stand, benötigen aber nur ein leichtes Anziehen mit einem Inbusschlüssel, um korrekt zu funktionieren (kurzes Ende des Inbusschlüssels in den Antrieb stecken und auf den langen Arm drücken, bis ein fester Widerstand spürbar ist).

Teile wie die Fraktalstifte müssen überhaupt nicht stark angezogen werden, und ein zu festes Anziehen kann den Antrieb beschädigen. Sie verhindern lediglich, dass die Fraktale herunterfallen, und sind keiner Belastung ausgesetzt, sobald die Fraktale in Betrieb sind.

Die einzigen anderen Schrauben, die es wert sind, näher erläutert zu werden, sind die Madenschrauben, die die Passstifte in Position halten. Diese müssen nur leicht mit dem mitgelieferten Inbusschlüssel angezogen werden, und Sie werden spüren, wie sie sich an den Passstiften festklemmen und diese arretieren. Ein weiteres Anziehen dieser Schraube verbessert die Passform nicht, da sie lediglich verhindert, dass der Stift herausrutscht :)

Nun, das ist wirklich ausgeartet! Wenn Sie bis zum Ende dabei geblieben sind, gut gemacht, Sie haben sich ein Bier verdient 🍺

Hoffentlich fanden Sie dies interessant und nützlich und es hat einige der Lücken in der Kampagne gefüllt, die wir nicht unterbringen konnten.