EIGENBAU

Eurofighter Typhoon im 3D-Druck

PLASTIK-MODELLBAU

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Der originale Eurofighter Typhoon wurde als Mehrzweck-Kampfjet konzipiert und hat die Fähigkeit, während der Mission in Sekundenschnelle zwischen Luftkampf und dem Angriff auf Bodenziele zu wechseln. Das Handling und die Wendigkeit sind gemäß den Piloten fantastisch. Kein Wunder, wurde der Jet doch aerodynamisch auf eine hohe Instabilität ausgelegt. Diese Maschine sollte also Vorbild für mein neues Modellprojekt sein – in 3D-Druck-Bauweise.

Mit Depron kombiniert

Anfangs habe ich den 3D-Drucker nur zur Bestückung von Modellen mit einzelnen Kleinteilen verwendet. Mit meinem ersten erfolgreichen Versuch eines 3D-gedruckten Flugzeugs, der Dornier S-Ray 007 (vgl. FMT 05/2021), war ich dann zum Bau komplexer Rumpfformen bereit. Der 3D-Druck eröffnet nämlich ganz neue Möglichkeiten für Bauteile, die in Depron zu aufwendig wären.

Mein Konstruktionsprinzip ist dabei analog zu meiner Depron-Bauweise: Streben in den Innenräumen vermeiden und stattdessen die Außenhülle stabil und tragend konstruieren.

Der Innenraum ist hohl und bietet Platz für den Einbau der Elektronik. Durch die feste Außenhülle, die zugleich tragendes Hauptelement des Modells ist, erreiche ich auch eine sehr gute Alltagstauglichkeit und Griff-Festigkeit. Die 3D-Druckteile sind auch so stabil, dass sie ohne Weiteres mit einer normalen Schwingschleifmaschine bearbeitet werden können.

Für einfach zu bauende Teile – wie Tragfläche und Leitwerk – verwende ich dagegen auch beim Eurofighter Depron. Eine Delta-Tragfläche ist ja sehr schnell aus Depron ausgeschnitten und mit Oracover oder Glasfaser bespannt, wogegen der 3D-Druck und das Zusammensetzen aus mehreren Teilen ziemlich aufwendig wären. Durch die Kombination verschiedener Bautechniken lässt sich das Modell also schnell und mit wenig Aufwand erstellen.

Überlegungen zur Konstruktion

Ich möchte das Modell auf meiner kleinen Flugwiese in der Nähe meiner Wohnung fliegen, daher soll die Flächenbelastung möglichst niedrig sein. Auf einen Impeller-Antrieb verzichte ich bewusst. Theoretisch würden die Lufteinlässe zu einem 50-mm-Impeller passen, aber ich entscheide mich für einen Multicopter-Motor mit Propeller am Heck, um den Geräuschpegel niedrig und die Bauweise einfach zu halten. Die Canards sollen funktional sein, um extreme Flugmanöver zu ermöglichen. Wie sich später herausstellt, wäre das nicht nötig gewesen.

Die Größe des Modells ist so gewählt, dass die Druckteile eine ausreichend stabile Wanddicke haben, in den 20×20×20-cm-Druckraum meines Druckers (XYZprinting da Vinci 1.0 Pro 3in1) passen und die Tragfläche groß genug ist, so dass die Flächenbelastung niedrig bleibt. Als Druckmaterial verwende ich bevorzugt PETG. Damit bleiben die Druckteile elastisch und lassen sich mit der Schleifmaschine sehr gut bearbeiten. Der Rumpf ist komplett hohl, ohne Streben – und dabei sehr stabil und alltagstauglich. Für Tragflächen und Leitwerk verwende ich wie gesagt Depron.

3D-Druck der Bauteile

Die 3D-Modelle, die ich in der FMT-CAD-Bibliothek kostenlos bereitstelle (www.vth.de/fmt/ cad-bibliothek), sind massive Körper, die hohl gedruckt werden. Die richtigen Druckeinstellungen sind dabei besonders wichtig, denn damit werden die Wanddicke und somit die Stabilität und das Gewicht festgelegt. Es gibt hier viele Optionen mit kleinen oder größeren Schichthöhen und der Anzahl der Lagen.

Leichte Modelle würden sich schon mit einer Schalendicke von einer Schicht drucken lassen. Bei meinem Drucker sind die Ergebnisse dann aber nicht sauber, geschlossen und stabil. Mit zwei Schichten als Außenwand funktioniert es bei meinem Drucker dagegen schon sehr gut, die Bauteile werden so stabil, elastisch und lückenfrei. Ich empfehle das Experimentieren mit dem eigenen Drucker und dem vorhandenen Druckmaterial, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Die Temperaturen müssen jeweils nach den Herstellervorgaben an das Druckmaterial angepasst werden. Bei meinem aktuellen Modell sind alle Rumpfteile mit derselben Einstellung gedruckt. Ich werde bei einem späteren Neubau jedoch die vorderen drei Elemente mit einer dickeren Schale drucken – denn die Nase wird bei nicht-optimalen Landungen stärker beansprucht. Und etwas mehr Gewicht im vorderen Bereich hilft beim Einstellen des Schwerpunkts.

Mit Sekundenkleber oder Harz

Vor dem Verkleben werden die Querschnittswände weitgehend – bis auf einen schmalen Rand – mit der Dremel ausgeschnitten. Das spart Gewicht und ergibt einen hohlen Rumpf mit viel Platz für die Technik. Die einzelnen Elemente verklebe ich mit Sekundenkleber oder alternativ mit 5-Minuten-Epoxidharz. Danach bildet der Rumpf schon eine ziemlich stabile Einheit. Um eine glatte Oberfläche zu erhalten, überzieht man den Rumpf mit einer Spritzspachtel-Schicht oder einer Grundierung.

Nach der Lackierung schleife ich den Rumpf mit einer kleinen Schleifmaschine so lange ab, bis fast nichts mehr von der Lackierung vorhanden ist. Durch das Abschleifen füllen sich Vertiefungen mit Lack auf, Erhöhungen werden abgeschliffen. Das Gewicht wird praktisch nicht erhöht, denn der Großteil der Farbe wird wieder entfernt. Das wiederhole ich so lange, bis der Rumpf richtig glatt ist. Nach dem Schleifen können noch mehr Flächen im Bereich der Tragflächenverklebung ausgeschnitten werden – womit sich das Gewicht weiter reduziert.

3D-Druckdaten und Planskizze gibt es in der CAD-Bibliothek unter: www.fmt-rc.de

Tragfläche und Leitwerk...

... werden einfach aus einer 6-mm-Depronplatte nach der Planskizze ausgeschnitten. Die Kanten schräge ich mit der Schleifmaschine ab. Der Flügel wird zusätzlich mit einem 6×0,5-mm-CFK-Flachstab verstärkt. Um die Depronplatten optisch hochwertiger und mechanisch stabiler zu machen, sind bei mir die Flügel und das Leitwerk mit Oracover bespannt. Alternativ kann eine dünne Glasfasermatte mit Parkettlack oder Epoxid-Harz verwendet werden.

Die Anlenkung der Elevons (also elevator/ Höhenruder und aileron/Querruder in einem) ist bei mir klassisch mit einem kurzen Stück Draht hin zu einem Ruderhorn erstellt. Dabei muss man sich entscheiden, ob die Anlenkung auf der Ober- oder Unterseite verlaufen soll. Ist sie auf der Oberseite, so hat es den Vorteil, dass bei einer Landung kein Gras am Servo hängen bleiben kann und den Mechanismus beschädigt. Allerdings ist diese Lösung optisch nicht optimal. Befindet sich die Anlenkung unten, so besteht ein höheres Beschädigungsrisiko, aber die Oberseite bleibt optisch unbeeinträchtigt. Ich habe mich für die untenliegende Variante entschieden und kleine Schutzhauben für die Servohebel gedruckt.

Canards aus 3D-Druckteilen

Für den Bau der Canards gibt es verschiedene Möglichkeiten, je nachdem, wie viel Aufwand man betreiben möchte. Die einfachste Version: Man schneidet die Einlassung am Rumpf auf und schiebt eine gerade Platte (die nach der Planskizze zugeschnitten ist) durch den Rumpf. Optisch etwas näher am Original ist es, wenn man die Canards dann mit schräger V-Form nach unten anklebt. Von vorne betrachtet sollte man sie mit 17° nach unten abwinkeln.

Ich habe mich für die aufwendigste Option entschieden: Meine Canards sind aus je zwei Teilen 3D-gedruckt. Es handelt sich um eine obere und untere Außenhaut, die jeweils so dünn gedruckt wird, dass sie hochelastisch ist. Auf der unteren Außenhaut sind die Rippen bereits aufgebracht, so dass die zwei Teile direkt miteinander verklebt werden können. Vor dem Verbinden von Ober- und Unterteil wird auf jeder Seite ein 3×2-mm-CFK-Rohr im 17°-Winkel an der Wurzelrippe verklebt für die spätere Dreh-Lagerung der Canards.

Sobald beide Rumpfteile mit der Tragfläche verklebt, die Elevons angesteuert und das Leitwerk verklebt sind, ist man schon fast flugbereit. Die Cockpitverglasung kann als Hohlkörper gedruckt und schwarz lackiert werden. Fertig ist ein einfaches Zweckmodell. Ich wollte allerdings ein Modell bauen, das auch im Wohnzimmer eine gute Figur macht...

Tiefgezogene Teile

Ein durchsichtiges Cockpit verschönert das Modell aber nicht nur am Boden, sondern ist auch beim tiefen Vorbeiflug ein optisches Highlight. Deshalb habe ich mich an ein für mich neues Gebiet gewagt: das Tiefziehen. Ich habe zuvor schon einfache Cockpit-Fens-ter-Formen mit durchsichtigem Schrumpfschlauchmaterial hergestellt. Aber für eine Verglasung in dieser Größe funktioniert das nicht gut. Also musste eine Tiefziehbox her. Mit etwas handwerklichem Geschick und einer gut eingerichteten Werkstatt ließe sich so eine Box schnell bauen. Allerdings fehlt es mir an der Werkstatt, ich baue meine Modelle in unserer Wohnung quasi am Esstisch.

Aber Tiefziehboxen sind auch käuflich zu bekommen. Bei Rücker-Modellbau (www. shop.ruecker-modellbau.de) bin ich fündig geworden. Nach kurzer Beratung per E-Mail habe ich mich für die Tiefziehbox namens Professional mit kleinem Rahmen entschieden. Als die Box ankam, war ich sofort begeistert von der Verarbeitung und dem hochwertigen, gefrästen Aluminium-Rahmen. Zusätzlich zur Box habe ich 0,5 mm starkes PET-G-Tiefziehmaterial bestellt.

Vor dem Tiefziehen kommt freilich der Formenbau – und dank 3D-Drucker ist das ein Kinderspiel. Ich habe einfach dem 3D-Modell des Cockpits einen Sockel und einen Absatz für die Fensterkante hinzugefügt. Die Form habe ich mit 20% Füllung ausgedruckt. Als Schale habe ich fünf Schichten definiert, so dass der Ausdruck der kurzzeitigen Erhitzung standhält. Die Form habe ich dann dünn mit Spachtelmasse überzogen und komplett wieder abgeschliffen, dadurch ist sie absolut glatt. Am Sockel, der von der tiefgezogenen Haube abgeschnitten wird, habe ich die Druckstreifen nicht verschliffen. Diese sind in das Tiefziehergebnis eingeprägt und deutlich sichtbar. Deshalb sollte die Form sehr glatt sein.

Das Tiefziehen selbst ging absolut problemlos. Das Material wird im Ofen nach Anleitung erhitzt. Am Kasten wird der Staubsauger angeschlossen, der einen Unterdruck erzeugt und das Material – wenn es mit dem Rahmen aus dem Ofen auf die Form gedrückt wird – ansaugt. Fertig ist eine richtig gelungene Cockpitverglasung. Zum Cockpit gehört jetzt nur noch die Grundplatte. Diese wird am PC aus demselben 3D-Modell konstruiert und sie passt natürlich perfekt mit der Verglasung zusammen.

Hoheitszeichen, Kennung und Beschriftungen

Das optische Finale sind die Decals: Hoheitszeichen, Kennung und Beschriftungen tragen viel zum realistischen Erscheinungsbild bei. Auch hier gibt es verschiedene Möglichkeiten. Wenn man die Beschriftungen selbst erstellt, kann man mit dem Folienplotter die größeren Beschriftungen und Zeichen schneiden. Mit speziellem Material lassen sich auch Wasserabziehbilder erstellen. Ich habe mich diesmal für den einfachen Weg entschieden. Ich habe bei HaHen Aircraft Accessories (www.hahen. com) Decals für einen 1:18er Alpha Jet entdeckt, die ungefähr meinen Anforderungen entsprachen. Mein Plan war, die Flugzeugspezifische Kennung aus einzelnen Nummern zusammenzusetzen. Um sicher zu gehen, dass die Größe passt, habe ich Harald Hensel von HaHen kontaktiert und ihm von meinem Vorhaben berichtet. Netterweise hat er die Kennung sogar auf 31 geändert, wodurch ich die Decals direkt verwenden konnte.

Fertigmachen für den Erstflug

Der Eurofighter wiegt fertig gebaut 537 g, der 3s-900-mAh-LiPo bringt zusätzlich 78 g auf die Waage. Das Abfluggewicht von rund 615 g steht also einem Schub von etwa 380 g bei 12 A entgegen. Falls der Schub nicht reicht, könnte ich statt dem 5“-Propeller noch auf 6“ wechseln. Allerdings ist mir die kleine Luftschraube lieber, da der 5×4,5“-Dreiblatt bei der Bauchlandung im Gras kaum den Boden berührt. Mit der berechneten Flügelfläche und dem genannten Abfluggewicht komme ich auf eine Flächenbelastung von 30 g/dm². Und das passt genau zu meiner Anforderung an ein unkompliziertes Modell, das einfach zu werfen ist und auf kleinem Raum auf der Wiese nebenan eingesetzt werden kann.

Da Deltas bekanntlich empfindlich auf Quer- und Höhenruder reagieren, habe ich kleine Ausschläge eingestellt. Über den Dual-Rate-Schalter kann ich sie vergrößern. Die Maximalausschläge für die Elevons lauten: Elevator (Höhenruder) jeweils 10 mm, Ailerons (Querruder) jeweils 10 mm.

Die Elevons habe ich in der Grundstellung leicht nach oben getrimmt, da ein Abtauchen direkt nach dem Wurf fatal wäre. Die Canards habe ich ebenfalls um rund 6 mm nach oben angestellt und bei den ersten Tests auf einen Drehschalter gelegt. Damit kann ich die Canards als zusätzliche Trimmung verwenden. Mein Schwerpunkt liegt beim ersten Flug leicht hinter dem berechneten Schwerpunkt – ich wollte einfach kein zusätzliches, unproduktives Gewicht einbauen.

Jet-Action auf engem Raum

Für den ersten Wurf habe ich mir einen Tag ausgesucht, an dem das Gras auf meinem Fluggelände höher stand. Das gab mir Sicherheit: Würde das Modell zu wenig Schub haben oder nach unten abtauchen, könnte der Bewuchs die schlimmsten Beschädigungen verhindern. Doch dieses Sicherheitsnetz war gar nicht nötig. Das Modell flog von Anfang an, mit einem leichten Wurf in die Luft befördert, sehr gut. Ich musste nur die Canards etwas nach unten trimmen, so dass sie letztlich den gleichen Winkel wie die Tragfläche haben. Das ist wahrscheinlich meiner Hecklastigkeit geschuldet.

Zu den Flugeigenschaften: Das Modell ist – erwartungsgemäß – nicht anfängertauglich, vor allem, da es im Vergleich zu einem Hochdecker keine Stabilität um die Längsachse hat. Der Eurofighter rollt sehr gut, will aber deltatypisch (ohne V-Vorm) aktiv um die Längsachse gesteuert werden. Das ist eine Eigenschaft, die für einen solchen Jet völlig typisch ist. Insgesamt ist der Eurofighter aber einfach zu beherrschen und er lässt sich spielerisch auch mit engen Manövern auf kleinem Raum fliegen. Die Ansteuerung der Canards hat sich als unnötig herausgestellt, sie können also statisch belassen werden. Deltatypisch ist auch, dass extreme Anstellwinkel geflogen werden können, ohne dass es einen einseitigen Strömungsabriss gibt. Die Landung gelingt sehr gut im High-Alpha-Manöver: Man zieht die Nase hoch, bis das Modell rund 45° nach oben steht, dann hält man es mit dem Gas und setzt es langsam ins Gras. Der 900-mAh-LiPo hält – je nachdem, wie wild man es treibt – für etwa sechs Minuten. Denkbar wäre auch der Einsatz eines 1.300-mAh-Akkus. Das würde die Flugzeit verlängern und den Schwerpunkt etwas näher an den berechneten Punkt bringen. Da ich aber gerne dieselben Akkus für mehrere Modelle verwende, bleiben es bei mir die 3s-900-mAh-LiPos.

Mein Fazit

Dieser Eurofighter lässt sich auf verschiedene Arten bauen: Als schnell gedrucktes und gebautes Modell mit festen Canards und schwarz lackiertem Cockpit – oder eben aufwendiger mit schönen Details und Tiefziehteilen. Ich habe mich für die letztere Variante entschieden. Und ich werde noch weitere Eurofighter drucken und bauen, auch in der einfacheren Version, zum Beispiel für den Urlaub. Aber egal, wie viel oder wenig Zeit man für die Detailierung aufbringt: Der Eurofighter fliegt auf auch auf engem Raum, ist robust und alltagstauglich und hat ein tolles Flugbild.