Die Idee
Heidi war der Versuch, eine vollständig selbst entwickelte CNC-Fräse mit möglichst einfachen Mitteln aufzubauen.
Der Fokus lag nicht auf industrieller Präzision, sondern darauf, die Mechanik hinter CNC-Systemen wirklich zu verstehen: Kinematik, Steifigkeit, Werkzeugkräfte, Schwingungen und Fertigungstoleranzen.
Das Projekt entstand größtenteils aus Baumarktmaterialien, 3D-gedruckten Komponenten und vielen Iterationen direkt während des Aufbaus.
Aufbau
Die Maschine basiert auf einer CoreXY-Kinematik mit GT2-Riemenantrieb.
Für die Bewegung der X/Y-Achsen kommen zwei NEMA17-Schrittmotoren zum Einsatz, die in gegenüberliegenden Ecken des Rahmens sitzen. Zusätzlich besitzt der Spindelaufbau einen weiteren Schrittmotor für die Z-Achse.
Der Rahmen besteht hauptsächlich aus einfachen Aluminium-Vierkantprofilen. Viele Halterungen, Lageraufnahmen und Verbindungselemente wurden selbst konstruiert und im 3D-Druck gefertigt.
Besonders auffällig war der experimentelle Charakter des Aufbaus: nahezu jede Komponente wurde mehrfach verändert, verstärkt oder komplett neu konstruiert.
Zykloidgetriebe
Ein zentraler Bestandteil des Projekts waren selbst entwickelte Zykloidgetriebe für die beiden Hauptantriebe.
Das Ziel war es, mehr Drehmoment und bessere Untersetzung direkt im Achssystem zu integrieren, ohne auf klassische große Getriebelösungen zurückzugreifen.
Die Konstruktion funktionierte grundsätzlich, brachte jedoch zusätzliche Komplexität und erhöhte Anforderungen an Toleranzen und Steifigkeit mit sich.
Bearbeitung
Trotz der improvisierten Konstruktion war die Maschine tatsächlich in der Lage, Material zu bearbeiten.
Unter anderem wurden:
- Holz
- MDF
- Acrylglas
- dünne Aluminiumplatten
erfolgreich gefräst.
Besonders Acrylglas und leichte Aluminiumarbeiten funktionierten überraschend gut, solange Vorschübe und Zustellungen vorsichtig gewählt wurden.
Mechanische Grenzen
Mit zunehmender Belastung wurden jedoch die Schwächen des Aufbaus sichtbar.
Die Kombination aus:
- langen Profilstrecken
- Riemenantrieb
- gedruckten Strukturteilen
- geringer Gesamtmasse
führte zu deutlichen Problemen bei der Steifigkeit.
Während schneller Bewegungen oder beim Fräsen härterer Materialien kam es zu:
- Schwingungen
- Torsion im Rahmen
- Werkzeug-Flex
- schlechter Wiederholgenauigkeit
- Resonanzen im Gesamtsystem
Gerade beim Fräsen von Aluminium wurden diese Effekte deutlich sichtbar.
Die Maschine funktionierte also technisch — erreichte aber nie die mechanische Stabilität, die für wirklich präzise Bearbeitung notwendig gewesen wäre.
Erkenntnisse
Trotzdem war Heidi eines der wichtigsten Lernprojekte überhaupt.
Das Projekt vermittelte praktische Erfahrungen zu:
- CoreXY-Kinematik
- CNC-Steuerung
- CAM-Workflows
- Schrittmotorregelung
- Riemenspannung
- Schwingungsverhalten
- Werkzeugkräften
- mechanischer Steifigkeit
- Fertigungstoleranzen
- iterativem Maschinenbau
Viele spätere Projekte und Konstruktionen basieren direkt auf den Erfahrungen, die während dieses Aufbaus gesammelt wurden.
Fazit
Heidi war keine perfekte CNC-Fräse.
Aber sie war die erste Maschine, bei der aus einer Idee, einigen Aluminiumprofilen und vielen gedruckten Teilen eine tatsächlich funktionierende CNC entstand.
Und genau deshalb war das Projekt trotz aller mechanischen Probleme ein voller Erfolg als Lernplattform.
