Formbau – basics (by rbt)

Vorwort:

Im Rahmen meiner Projekte kam es nun wiederholt vor, das ich Positiv – oder Negativformen für die Arbeit mit Glas- und Kohlefaser gebraucht habe. Zumindest im deutschsprachigen Netz schien die Tutorialsituation relativ schwierig zu sein. Dieses how-to stellt den Versuch dar, da zumindest etwas gegenzusteuern und richtet sich dabei speziell an Einsteiger und absolute Neulinge auf dem Gebiet der Faserverstärkten Kunststoffe. Tiefergehende Infos oder theoretische Grundlagen kann ich an dieser Stelle nicht liefern, da ich auf diesem Gebiet auch nur Autodidakt bin. Ziel war eher ein Überblick über die gängigen Methoden, die für den Hobbybereich interessant sind

Leider kann ich nicht zu allen vorgestellten Methoden eigene Fotos liefern, im Zweifelsfall werde ich mir mit schematischen Darstellungen behelfen.

zum Handlaminattutorial geht es hier entlang …

Inhalt:

• Grundlagen

• schnell und günstig: PU-Schaum

• ähnlich einfach: PS-Schäume

• MDF /Spanplatte

• für Kantiges: Spanplatte

• Formen für Platten

Grundlagen

Der wichtigste Punkt, bevor man sich auch nur Gedanken über die Form macht, ist sich Gedanken über das Objekt zu machen, das mit den Formen geschaffen werden soll. Schon während des Designprozesses sollte man stehts im Hinterkopf behalten wie man die dazugehörige Form bauen will. In das „Wie“ fallen zb. Kosten, Wiederverwendbarkeit oder verwendetes Harzsystem.

Ganz grundsätzlich unterscheidet man zwischen Positiv- und Negativformen. Vereinfacht kann man sagen das man „auf“ Positive und „in“ Negative laminiert. Auswirkungen hat dies auf die Oberflächen der Formteile. In Negativen wird die Aussenfläche glatt ( so glatt wie die der Form) und die Innenfläche rau/uneben, in Positiven verhält es sich genau gegensätzlich.

weiß: Urmodell, rot: Form, grau: Laminat

Der weiße Block links ist ein simpler Körper der mit GFK nachgebildet werden soll. Das mittlere Schnittmodell zeigt den Ansatz über die Positivform. Bei dieser sollte man natürlich die Wandstärke mit einberechnen und sie entsprechend kleiner fertigen. Die Negativform gibt die Maße des Urmodells am besten wieder, in der Regel wird man jedoch sein Urmodell gleich als Positiv nutzen um sich einen Arbeitsgang zu sparen. Negativformen sind dann besonders interessant, wenn man ein gegebenes Urmodell einfach nur abformen möchte.

Hinterschneidungen

Kommen wir nun jedoch zurück zur Mahnung vom Anfang zurück und schauen was man beim Entwurf unbedingt vermeiden sollte. Sogenannte „Hinterschneidungen“ sind besonders dann ein Problem, wenn die Form stabil ist oder wiederverwendet werden soll.

Wenn wir davon ausgehen, das in Pfeilrichtung entformt werden soll, würde das Formteil an der Ausbuchtung hängenbleiben. Dabei spielt es keine Rolle ob es sich um ein Positiv oder Negativ handelt. Wenn man das Design nicht entsprechend vereinfachen kann müsste man in diesem Fall zu mehrteiligen Formen greifen. Eine Lösung könnte dann so aussehen:

Die Positivform wäre in diesem Fall nicht mehr zu retten und müsste beim Entformen beschädigt werden.

Entformungskante

Damit wären wir auch schon beim nächsten wichtigen Element einer Form, der Entformungskante. Diese ist zwar nicht bei allen Formen zwingend nötig, in den meisten Fällen wird sie einem das Herauslösen jedoch extrem erleichtern. Je tiefer man in die 3. Dimension vorstößt um so nötiger wird auch ein Punkt an dem man Hebelkräfte ansetzen kann.

Ohne die hier hellgrau dargestellten Flächen könnte man Werkstück und Form (wenn überhaupt )nur sehr schwer voneinander lösen. Nach dem Entformen wird das überflüssige Material einfach abgeschnitten. Etwas „Übermaß“ zu laminieren hat auch den Vorteil, das die Materialstärke zum Rand hin nicht so stark abnimmt.

Ecken und Kanten

Mit diesen verhält es sich recht einfach. Wo immer sich die Gelegenheit bietet sie zu vermeiden, sollte man die auch nutzen. Egal ob Positiv oder Negativ, bei zu scharfen Kanten bilden sich in oder an diesen schnell Luftblasen, die sich auch mit feinfühligem Einsatz von Rolle und Pinsel nicht entfernen lassen. Die einfachste Lösungsmöglichkeit ist, die Kanten zu brechen ( abzurunden). Bei einem Winkel von 90° der Formflächen zueinander genügt oft schon ein Radius von 2-4mm. Weitere Tricks gibt es dann im Kapitel „Kantiges“.

Die Grundlegenden Begriffe sollten damit geklärt sein, im Folgenden werden nun die spezifischen Eigenschaften einzelner Materialien für den Formbau behandelt.

PU-Schaum:

Wenn in diesem Tutorial von Polyurethanschaum ( PU/PUR ) die Rede ist, dann sind nicht die teuren Spezialschäume für Modellbauer gemeint, sondern der einfache Montage- oder Bauschaum aus dem Heimwerkerbedarf. Eine Dose bekommt man schon für 5-10€ in jedem Baumarkt. Wenn man Größeres plant, empfiehlt es sich eine Unterkonstruktion zum Beispiel aus Kaninchendraht zu verwenden.

Bei der Verarbeitung ist daran zu denken das PUR ein Duroplast ist, mit Wärme kann man also weder schneiden noch verformen und Lösungsmittel fallen ebenfalls aus. Bei der mechanischen Bearbeitung hat man jedoch die Wahl zwischen fast allen Werkzeugen der gutsortierten Bastlerbude. Sägen, schneiden, raspeln, schleifen oder feilen, alles machbar. Die Sache hat jedoch einen kleinen Haken. Unter der nach dem Aufschäumen schön glatten Aussenhaut verbergen sich Hohlräume unterschiedlicher Größe und Form. So eine Oberfläche ist praktisch nicht vernünftig zu trennen und würde auch eine Entsprechende Katastrophe auf dem Formteil hinterlassen. Eine Möglichkeit wäre natürlich alles zu spachteln und zu schleifen, das ist aber teuer und aufwendig. Wenn es nicht wahnsinnig auf Passgenauigkeit und Oberflächengüte ankommt hat sich Frischhaltefolie als einfaches und billiges Trennmittel bewährt. Die in mehreren Lagen um die Form gewickelte Folie gleicht eventuelle Unebenheiten aus und ist selbsttrennend. Auf der Innenseite bleiben natürlich die Spuren des Wickelns zurück, Formen mit negativen Wölbungen sind ebenfalls sehr problematisch.

PS-Schäume

PS steht für Polystyrol und ist im Gegensatz zu PUR ein Thermoplast. Es gibt zwar auch Hartschaumplatten aus PS, an dieser Stelle interessieren uns jedoch nur die weichen Schäume. Der bekannteste Vertreter ist mit Sicherheit Styropor. Die grundlegenden Materialeigenschaften sollten eigentlich jedem bekannt sein. Für den Formbauer interessanter ist jedoch Styrodur oder Styrofoam (Handels/Markennamen). Statt einzelne geschäumte Kügelchen zu einer Platte zu pressen, wird Styrodur direkt als Block aufgeschäumt. Das Resultat ist ein sehr feiner Schaum, der sich extrem gut und genau bearbeiten lässt.

In dieser Form kann man die Platten für 5-10€ im Baustoffhandel als Dämmmaterial kaufen, häufig auch blau eingefärbt. Wenn einzelne Platten zu dünn sind, kann man sie mit Spachtelmasse oder speziellen Styroporklebern zu großen Blöcken verbinden.

Um die Platte grob in Form zu bringen kann man einen heißen Draht oder Sägen benutzen. Ein scharfes Messer kann auch sehr zielführend sein, vorausgesetzt man schneidet auch wirklich statt zu drücken. Der letzte Schritt bei der Formgebung erfolgt dann mit Schleifpapier und Feile. Unebenheiten auf der Oberfläche werden sich bei vorsichtiger Bearbeitung im Zehntel-Millimeter- Bereich bewegen. Zerspanende Bearbeitung, egal ob drehen bohren oder fräsen, ist nur bedingt möglich, der Schaum ist einfach zu weich um den Schneidwerkzeugen eine Führung zu bieten. Wenn man so etwas braucht, sollte man doch lieber auf teures Profi-PUR zurückgreifen.

Nach dem die Form ausgearbeitet ist muss man sich Gedanken um verwendete Harzsysteme und Trennmittel machen, bzw. ob überhaupt getrennt werden muss. Styrodur und Styropor sind sehr anfällig für Lösungsmittel. Wenn ein styrolhaltiges Harz ( UP ) eingeplant ist muss man die Oberfläche der Form irgendwie schützen, sonst schmilzt sie einem unterm Harzpinsel weg. Die einfachste Variante wäre natürlich wieder Frischhaltefolie und man hätte damit die Frage nach dem Trennmittel auch gleich mit beantwortet. Die Folie sollte dann in mindestens 5-10 Lagen gewickelt werden, da das Styrol sonst hindurch diffundiert und das PS angreift. Mit Einsatz der Frischhaltefolie geht aber auch der Vorteil der höheren Präzision der PS-Form verloren und es gäbe keinen Grund nicht den billigen Bauschaum zu verwenden. Eine günstige Lösung ist das mehrmalige Streichen mit Abtönfarbe. 2-3 Schichten genügen in der Regel um auf der sicheren Seite zu sein. Die Farbschicht verschließt auch die feinen Poren und verbessert so nochmalig die Oberfläche. Mechanischen Belastungen ist die Form so jedoch weiterhin hilflos ausgeliefert, schon ein leichter Druck mit dem Finger reicht um Dellen zu hinterlassen.

Hier sieht man die Auswirkungen des UP-Harzes sehr gut. Einmal mit und einmal ohne schützende Farbschicht.

Da das Material so empfindlich auf Druck reagiert, muss man auch beim Trennen sehr vorsichtig sein. Boner- oder Trennwachs fallen also aus, da sie aufpoliert werden müssen. Maschinenfett ist jedoch schön weich und lässt sich einfach mit der Zahnbürste oder einem Lappen auftragen. Wenn man sich dabei Mühe gibt, kann man die Oberfläche noch einmal einen Tick verbessern, weil das Fett auch noch die letzten Unebenheiten ausgleicht.
Etwas professioneller ist natürlich der Einsatz von Trennlack zum sprühen oder pinseln.

Das hier mangels Glasfasern verwendete Klopapier lies sich absolut problemlos wieder von der Form lösen. Nutzt man Epoxydharz kann man sich den Schutz der Form natürlich sparen und muss nur entscheiden trennen oder nicht.

Oft will man eine Form ja nur ein einziges Mal verwenden, warum sich also den Stress mit Trennmittel ( und eventuell Farbe) antun? Ein paar Gründe sind ja schon genannt worden. Zum einen ist da die bessere Oberfläche, es ist jedoch auch sehr angenehm, wenn man größere Bruchstücke der Form einfach entfernen kann ohne das sie am Werkstück kleben bleiben. In manchen Fällen lohnt es jedoch wirklich nicht, sich da ein Bein auszureißen. Zum Beispiel dann, wenn man bewusst Hinterschneidungen in Kauf nimmt.

Mit Styrodur lassen sich Formen herstellen, die in ihrer Komplexität deutlich über einfache Kisten- und Kastendesigns hinausgehen. Gelegentlich muss man auch mal bewusst Hinterschneidungen in Kauf nehmen, wie auf dem Beispiel oben gezeigt. In solchen Fällen kann man sich die Löslichkeit von PS zu nutze machen. Den Großteil des Schaums sollte man mit irgendwie herausprockeln, schneiden, brechen oder was einem da gerade zweckmäßig erscheint. Um die Reste aus dem Henkel zu entfernen kann man sie mit Lösungsmitteln wie Aceton, Benzin oder Nitroverdünner verflüssigen und ausfließen lassen. Es sollte aber immer so viel wie möglich auf mechanischem Weg entfernt werden. Den ganzen Tag mit Lösungsmitteln und irgendwelchen Reaktionsprodukten zu arbeiten ist mit Sicherheit nicht gesund. Entsorgt werden muss der Flüssigkunsstoff auch irgendwie. Aggressive Lösungsmittel wie Aceton können unter Umständen die schon ausgehärteten Harze angreifen.

MDF/Spanplatte

Span- und besonders MDF-Platten kann man für eine ähnlich freie Gestaltung seiner Formen einsetzen wie das bei Schäumen möglich ist. Die Herstellung großer Blöcke verläuft analog zu den Schaumplatten durch verkleben der Einzelplatten. Die Gestaltungsmöglichkeiten mögen recht ähnlich sein zu PS, der Einsatzzweck ist jedoch ein anderer. Dieser liegt für MDF eher im Bereich kleiner genauer und/oder mehrfach genutzter Formen. Natürlich könnte man auch große Körper damit schaffen, die würden jedoch sehr teuer und schwer dazu. Für die Verarbeitung bietet sich das gesamte Sortiment der in der Holzverarbeitung gängigen Werkzeuge an.

Dieses Objekt wurde innerhalb von ca. 60 Minuten nur mit einem Stecheisen und etwas Schleifpapier hergestellt. Nach der groben Bearbeitung kann man die Oberfläche noch Spachteln . Die Frage ob es sich lohnen würde die Form zu trennen, stellt sich hier garnicht erst. Ohne Trennmittel wird man das Holz nicht wieder aus dem Formteil bekommen. Aus den gleichen Gründen gehört eine Entformungskante auch mit ins Pflichtprogramm. Neben Trennlacken oder Fett lassen sich hier auch härtere Wachse nutzen, da MDF & Co nicht besonders druckempfindlich sind. Von solchen Formen lassen dann sich durchaus 10 oder mehr Abformungen machen.

für kantiges: Spanplatten

Das Grundmaterial sind in diesem Fall beschichtete Spanplatten, wie sie in fast jeder Küche zu verbaut sind. Die Kunststoffbeschichtung ist Styrolfest, so das auch UP-Harze verwendet werden können. Beim Einkauf sollte man aber darauf achten, auch die glatten Platten zu bekommen. Im Moment scheinen die leicht angerauhten deutlich moderner zu sein (leider). Diese Art eine Form zu bauen eignet sich besonders für große, möglichst rechtwinkelige Kisten.

Wie verwinkelt die Kiste sein kann hängt eigentlich nur von der Kreissäge ab die man benutzt. Die wäre das ideale Werkzeug um die Platten zuzuschneiden. An dieser Stelle kommen auch die schon zu Beginn des Tutorials angesprochenen Probleme mit scharfen Kanten und rechten Winkeln in der GFK-Verarbeitung zum tragen. Ich werde hier zwei Lösungsmöglichkeiten vorstellen. Ansatz 1 ist auf der linken Bildhälfte dargestellt. Um einen Radius in der Ecke zu erzeugen wird Plastilin, eine kneteähnliche Substanz in die Ecken geschmiert (hier hellgrün). Wenn es schnell gehen muss, kann man einfach mit dem Finger einen groben Radius vorgeben. Wird jedoch auf Genauigkeit Wert gelegt sollte man schon einen passenden Formspachtel benutzen. Im Gegensatz zu den ersten schematischen Darstellungen ist die Feinschicht hier gesondert, als helle Schicht dargestellt um die Unterschiede zwischen den Varianten zu veranschaulichen.

In Variante Zwo verzichtet man auf das Plastilin und streicht die Feinschicht direkt in die Form. Bevor man jedoch die laminieren kann muss eine dünne Spur Faserspachtel (blau) in die Ecken gespritzt werden. Dazu gibt man etwas Spachtelmasse in eine Tüte, dreht sie zu und schneidet unten ein kleines Loch hinein. Wer noch Zweifel hat, fragt am besten mal Oma wie das ging mit dem Spritzgebäck. Den Spachtel jetzt nicht in Form tupfen oder ähnliches, das versaut einem nur das Werkzeug. Wenn die Kante fertig gespritzt ist, die Form direkt mit Harz einstreichen und laminieren. Liegt die Matte erstmal kann man auch die Spachtelmasse darunter in die Ecke drücken. Resultat sind sehr scharfe (und empfindliche) Kanten am Formteil. Die Größe des Radius hängt sowohl davon ab welches Gewicht die Matte hat als auch von der Gewebeart. 150g Vlies lässt sich auch noch in einen 3mm Radius drücken, 450er reagiert da schon deutlich zickiger und gewebte Matten werden unter 5mm nicht glücklich. Wie weit man da gehen kann hängt natürlich auch immer etwas von Geschick und Geduld des Ausführenden ab. Die großen Winkel an der Vorderseite der Kiste erfordern keine besonderen Maßnahmen. Eventuellen Undichtigkeiten kann man mit einer hauchfeinen Schicht Plastilin begegnen oder einfachem Tesafilm. Beide sind selbsttrennend, Tesafilm hinterlässt jedoch leider Abdrücke. Getrennt werden solche Formen idealerweise mit Trennwachs, es bleiben aber auch die üblichen Verdächtigen Lack und Fett.

Formen für Platten

Mehrteilige Formen mit Positiv und Negativ sind eigentlich ein Kapitel für sich, es gibt jedoch eine einfache Variante für den Hausgebrauch. Platten mit gleichmäßiger Materialstärke und 2 glatten Seiten kann man durch eine einfache Presse herstellen. Das Material für die Form ist wieder beschichtete Spanplatte. Man benötigt logischerweise 2 Platten. Auf beiden wird in der gewünschten Größe Feinschicht gestrichen und auf einer Seite auch Gewebe und Harz passend zur angestrebten Materialstärke laminiert. Jetzt muss die GFK-Masse zwischen den beiden Platten gepresst werden. Mit Schraubzwingen lassen sich schon hohe Drücke erzeugen, man muss jedoch darauf achten diese nicht zu punktuell zu erzeugen. Krumme Platten führen zu krummen Platten… . Ohne Abstandhalter würde zu viel Harz aus dem Gewebe gedrückt. Ein Paar Holzstücke (blau), rund um die laminierte Fläche platziert, verhindern dies recht zuverlässig. Man sollte jedoch nicht vergessen sie auch irgendwie zu trennen wenn man sie noch einmal verwenden möchte.

Damit wäre auch das Ende des kleinen Tutorials erreicht. Wem jetzt noch ein paar unbekannte Begriffe im Kopf herumschwirren, dem sei wärmstens das Basistutorial zum Laminieren empfohlen. Wahrscheinlich fehlen auch noch 1001 Methode aus allen erdenklichen Hinterhöfen, einen Anspruch auf Vollständigkeit erhebe ich nicht.

Für Kritik und Anmerkungen steht wie immer die Kommentarfunktion zur verfügung.

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