„Da gäbe es diese Idee… Für den Congress könnten wir diesen Zug vom Camp in Mildenberg nachbauen!“ So oder ähnlich hieß es bei einem Monatstreffen des Chaos Computer Clubs Wien (C3W). Im Gespräch ging es um die Feldbahn im Ziegeileipark Mildenberg, welche beim Chaos Communication Camp 2015 zum Barzug, genannt Trainquilizer, umfunktioniert und mit einem Barwagen, Bällebad und anderen tollen Dingen versehen wurde. Schnell hab ich dann zugesagt die Lok als CAD-Modell zu konstruieren ohne eigentlich genau zu wissen worauf ich mich da jetzt eingelassen habe. Das war im September oder Oktober… Ende November war die verbleibende Zeit bis zum 33. Chaos Communication Congress (33c3) das schon auf eine sehr überschaubare Zahl an Tagen zusammengeschrumpft. Die gesamte Lok entstand dann von Grund auf in nicht einmal einem Monat…

„There is this specific idea… we could recreate that traim from the camp in Mildenberg as a model for the congress!“ Something like that started the whole project at the monthly meeting of the Chaos Computer Club Wien (C3W). The train in question was the field railway at Ziegeleipark Mildenberg which was used at the Chaos Communication Camp 2015 as a bar train, called Trainquilizer. It did not only have a bar wagon but also one with a ball pit and many other awesome things. I quickly promised to make the CAD-Model of the locomotive without knowing what exactly I got into. That conversation happend in September or October… At the end of November there was a quite small number of days left till the 33rd Chaos Communication Congress (33c3) without me having any work done. So the whole locomotive came together in less than a month…

Als erster Schritt stand einmal an möglichst viele Informationen zum Original zu bekommen. Eva hat sehr viele Bilder und andere Daten zum Original-Zug auf ihrer Website zusammengestellt. Zur Lok selbst hieß es dann noch einmal ein wenig recherchieren um genauere Informationen zu bekommen. Die Bautype der Lok ließ sich relativ schnell auf ein Fabrikat von Lokomotivbau Karl Marx Babelsberg, kurz eine LKM NS1, einschränken (siehe Liste erhaltener LKM-Lokomotiven). Von diesem Modell gibt es zum Glück neben den wenigen, zum Nachbauen nicht so geeigneten, Fotos am Twitter-Account recht viele andere Bilder im Internet. Zusätzlich hat sich ein Scan des orginalen Ersatzteil-Katalogs als nützlich herausgestellt. Darin ist eine sehr detaillierte Vorder- und Seitenansicht der Lok sowie Zusammenstellungszeichnungen der wichtigsten Baugruppen zu finden. Gemeinsam mit den vielen Bildern vom 1:2 Nachbau der NS1 im buntbahn.de-Form (Der ganze Thread ist übrigens sehr lesenswert, nehmt euch mal eine Stunde Zeit!) sind eigentlich alle Details klar. Zur Modellierung habe ich dann die Ansichten auf die entsprechenden Koordinatenebenen gelegt und an einander ausgerichtet. Dann musste ich nur noch alles entsprechend der Zeichnungen nachbauen. An dieser Stelle musste ich dann eine wichtige Entscheidung treffen: Wie und woraus sollen die einzelnen Komponenten hergestellt werden? Aufgrund eines Neuzugangs im Maschinenpark meines Arbeitgebers, einer Lasersintermaschine für Kunststoff mit einem Bauvolumen von 400x400x600mm, entschied ich mich dafür die Teile mit diesem Verfahren herzustellen. Dabei werden die Teile wie beim Laserstrahlschmelzen (genauer in einem älteren Beitrag von mir beschrieben) schichtweise durch Verschmelzen von Pulver aufgebaut. Mit dem kleinen Unterschied, dass bei Kunststoffpulver keine Stützstrukturen benötigt werden und es somit größtmögliche Formfreiheiten bietet. Bevor ich nun endgültig beginnen konnte alles zu konstruieren musste die Frage des Maßstabs geklärt werden. Durch die Spurweite des Vorbildes von 500mm und die Wahl von LGB-Schienen (Spurweite 45mm) für das Modell ergab sich der Maßstab zu 1:11,11. Nicht gerade ein üblicher Maßstab, aber wenn ich ohnehin alles neu baue ist das auch egal. Nach einigen Stunden/Tagen konstruieren (und parallel schon Teile drucken, aber dazu später…) war das Modell so weit fertig und dem Original entsprechend wie es die Deadline zuließ.

The first step consisted of gathering as much information about the orginal locomotive as possible. Eva had collected a lot of pictures and other data to the original train on her website. For the locomotive I still needed a bit more of research to get more detailled information. I could quickly identify the locomotive to be a product of Lokomotivbau Karl Marx Babelsberg, more specific a LKM NS1 thanks to a list of preserved LKM locomotives. Beside the few, blurry pictures of the locomotive from Mildenberg on the respective Twitter stream which aren’t exactly well suited for 3D modelling there luckily are quite many pictures on the internet of that locomotive model. Also someone scanned the original service part catalogue which is incredibly usefull because it contains a front and side view of the complete locomotive together with detailed drawings of nearly all important subassemblies. Together with the many pictures of a 1:2 scale model build of the NS1 in a model train forum (I higly recommend taking an hour to read the complete thread, this build is incredible!) I then had all the information I needed. For modelling I placed the 2 drawings on the respective coordinate planes and positioned them correctly. The next step was the modelling itself, right? Not really since I had to decide how I wanted the individual parts manufactured. Since we got a new machine at work, a laser sinter machine for plastics with a build size of 400x400x600mm I decided that I want everything manufactured using this process. It works quite similar to Laser Beam Melting (which I explained in an earlier entry) by layerwise melting powder to form a solid part. With the small difference that plastic parts don’t need support structures and therefor offers the biggest freedoms in terms of geometry. Before I finally started modelling we had to settle on a scale. The original locomotive has a track width of 500mm so with choosing LGB tracks (45mm width) we got a 1:11,11 scale. Not quite what I would call a standard but if you build everything on your own that doesn’t really matter. After some hours/days of 3D modelling (and already printing in parallel, I’ll cover that later…) I had the CAD model done and matching to the original as much as the tight deadline allowed.

Nicht alles verlief wirklich nach Plan und so konnte ich die Lasersinteranlage nicht zur Herstellung der Teile nutzen, zumindest im Dezember. Ohne noch Zeit zu haben die Teile umzukonstruieren entschied ich mich alle Teile auf der Witbox im Metalab mit der Witbox im FDM-Verfahren herzustellen. Das ging für einige Teile sehr gut, bei vielen anderen machten die Supportstrukturen große Probleme, wie auf den Bildern unten zu sehen ist. Zusätzlich dauerte der Druck aller Teile mit in Summe über 35h wesentlich länger als ein Baujob auf der Lasersinteranlage, welcher über Nacht fertig ist. Wegen der langen Druckzeit begann ich mit der Herstellung der ersten Teile noch bevor überhaupt das ganze CAD-Modell fertig war. Die Witbox ist auch nicht mehr die neueste und hat, der Oberflächenqualität der Bauteile nach, auch mal ein größeres Service notwendig (ich brauch ohnehin wieder was zu tun ;).

Not everything worked out as planned and I couldn’t use the laser sinter machine to fabricate the parts, at least not in December. Without having any time to redesign some of the parts I decided to print the parts using FDM on the Witbox at Metalab. That worked quite well for some of them while others caused a lot of problems with the support structures as you can see in the pictures below. Another problem was the printing time of more than 35h in total for all the parts which is a lot more than the over night build job un the laser sinter machine would have taken. because of the long printing time I already started manufacturing the first parts even before the whole locomotive was done as a CAD model. If you look at the built quality of the Witbox produced parts, you will see that the printer probably is in need of a bigger service (I probably need something to do anyway ;).

Auch der Lasercutter kam bei diesem Projekt wieder zum Einsatz um das Scheinwerferglas aus (unmaßstäblich dickem) Plexiglas zuzuschneiden, mitsamt gravierter Struktur.

Even the laser cutter was used for this project and delivered a (little thick for that scale) acrylic headlight glass with engraved structure.

Ein Teil, den ich bisher nicht behandelt hatte, ist der Rahmen. Beim Original besteht er aus verschweißten Stahlblechen (Dicke vermutlich 20 bzw. 25mm), für das Modell entschied ich mich den Rahmen aus Messingblech zu verlöten. Einerseits damit die Lok auch genug „Kampfgewicht“ hat um noch 2 Waggons problemlos ziehen zu können, andererseits war inzwischen die Option des Lasersinterns vom Tisch und mir erschien der Druck eines so großen, flachen Teils relativ sinnlos und zeitverschwenderisch. Die Messingbleche sowie 2 Winkelprofile zur Montage des Antriebsblocks habe ich gleich passend zugeschnitten bestellt. Die ungefähr 2mm Übermaß vom Zuschnitt an jedem Blech durfte ich dann auch gleich händisch wegfeilen. Bei den Winkeln habe ich mir das Leben dann leichter gemacht und habe gleich die Bearbeitung mit der Fräse erledigt. Ein paar Bohrungen für die Montage der 3D gedruckten Teile waren dann auch noch notwendig, aber dann hatte ich schon alle Bleche fertig.

Another component that I didn’t mention so far is the frame. At the original locomotive it consists of steel sheets (with a thickness of 20 and 25mm) welded together. For the model I settled on a frame soldered together from brass sheets. Firstly because I wanted the locomotive to have enough weight to pull 2 wagons and secondly 3D printing such big flat pieces didn’t look very promising to me after the laser sinter option was gone. So I ordered all sheets and 2 angle profiles cut to size and got them with 2mm on top of each dimension which I had to file down by hand. I made my life a lot easier with the angle profiles by using the mill to give them their final shape. The sheets also needed some holes drilled for mounting the 3D printed parts and after that I was left with some shiny, finished sheets.

Das Verlöten des Rahmens stellte sich im Anschluss als wesentlich einfacher heraus als ich es mir vorgestellt hatte. Erst alle Bleche präzise positionieren und beschweren, damit sich dann ja nichts bewegt dann mit der Heißluftpistole aufheizen und Lötzinn in Massen, nicht Maßen zuführen, in so einen Spalt passt schon anständig viel hinein. Begonnen habe ich mit der Bodenplatte, bestehend aus 2 längs liegenden Blechen an der Seite und 2 größeren vorne und hinten.

Soldering the frame turned out to be a lot easier than I expected it to be. I started with precisely positioning the sheets with a little weight on top so nothing could move. Then I took the hot air gun and heated everything up and applied lots of solder until the gaps were nicely filled. The first subassembly was the floor panel consisting of 2 lenghtwise sheets on the sides and 2 bigger ones at the front and back.

Als nächstes habe ich die Seitenteile mit je einem Längsblech und 2 Platten zur Aussteifung vorbereitet.

Then I prepared the side assemblies with a lengthwise sheet and 2 gusset sheets each.

Gemeinsam mit den beiden verbleibenden Blechen sowie den Winkeln habe ich dann alles zu einem Rahmen zusammengesetzt.

With the remaining sheets and the angle profiles I then put everything together.

Der fertige Rahmen sieht schonmal ganz brauchbar aus und muss nur noch ein wenig von den ganzen Lötzinnresten versäubert werden.

The finished frame looks quite usable and just needed a bit of cleanup.

Beim Arbeiten mit der Heißluftpistole habe ich dann auch noch gleich die 2 Balastpuffer, die leider nicht wirklich optimal aus dem Drucker gekommen sind, geradegebogen.

While I was working with the hot air gun I quickly fixed the 2 ballast bumpers which came a bit warped out of the 3D printer.

Nachdem ich nun alle Bauteile fertig hatte, brauchte es dann nur noch einige Stunden Schleifen und Feilen und die Teile waren in einem halbwegs akzeptablen Zustand um an das Lackieren denken zu können.

Now I had all the parts together and all it took was some hours of filing and sanding to get them ready for painting.

Erst musste noch die Streben im Grill in Form von Schweißdraht einkleben, nachdem die 3D gedrucken das Support Entfernen nicht überlebt haben. Da ich den 2K-Kleber schon offen hatte, habe ich auch gleich die Achslager an den Rahmen geklebt.

But before I could start with that I had to glue the bars (made from welding wire) to the engine cover because the 3D printed ones didn’t survive the support removal procedure. While I had the 2K glue open I also glued the axle bearings to the frame.

Sobald der Kleber ausgehärtet war, konnte ich mit den Vorbereitungen zum Lackieren beginnen. Im Fall der Lok bestand das eigentlich nur im Abkleben aller Klebeflächen und dem gemütlichen Einrichten in der Werkstatt.

After the glue had hardened I could finally prepare for painting. Which was quite easy. All it took was placing some tape over all contact surfaces for glueing and find a cosy spot in the workshop.

Dann konnte ich schon die Grundierung, konkret einen Filler, auspacken und begann die Teile, beginnend beim Rahmen und der Motorabdeckung mit einer satten Schicht einzusprühen. Kurz bevor ich mit den letzten Teilen fertig war, tauchte ein riesiges Problem auf: Die Spraydose verstopfte, wie auch immer so etwas möglich ist. Das war am 23.12. gegen Abend im tiefsten Waldviertel!

Finally I could start with the primer or precisely filler. The first pieces were the big ones like the frame and the engine cover which all got a thick layer. But unfortunately before I was done with all parts the spray can started to clog up, how on earth is that even possible? That was on the evening of 23rd of December in a quite remote piece of Lower Austria!

GLücklicherweise haben aber Autozubehörgeschäfte auch am 24.12. geöffnet und so konnte ich noch eine neue Dose Filler besorgen und alle Teile fertig machen bzw. auch noch mit einer zweiten Schicht überziehen. Es gab zwar eigenartige optische Effekte an manchen Stellen, aber zum Glück ohne chemische Reaktionen.

Luckily car accessory stores are also open on the 24th so I could get my hands on another spray can of filler to finish all parts and cover everything with a second layer. At some spots this caused some weird optical effects but without any chemical reactions.

Durch die dicken Schichten Filler wurde die Oberfläche der Teile auch ein wenig besser. Glücklich war ich damit aber noch lange nicht…

Thanks to the thick layers of filler the surface of the parts got a little better. I still wasn’t that happy with the result…

Nachdem ich dann alle Teile (und ein paar andere für ein anderes Projekt, aber dazu komm ich ein anderes Mal) grundiert hatte…

After I had all parts of the locomotive (and some for another project, more about that another time) primed…

…, ging es dann am früheren Nachmittag des 24.12. ans Lackieren. Anhand der Fotos vom Camp 2015 hat Eva Tamiya TS-46 Light Sand als passenden Farbton identifiziert. Die Farbe habe ich dann in 2 eher dickeren Schichten (nicht absichtlich, ich kann einfach nicht mit den Tamiya Spraydosen umgehen…) auf die Motorabdeckung sowie Rückbank aufgetragen.

… I could finally start with the base color on the early afternoon of 24th of December. Considering the pictures of the 2015 camp Eva identified Tamiya TS-46 Light Sand as the most suitable color which I applied in 2 thick layers (not by choice, I’m simply unable to work with the Tamiya cans…) over the engine cover and the seat.

Diesem Chemiecocktail ließ ich doch lieber etwas Zeit zum Aushärten und machte mich am Vormittag des 25.12. dann die finalen Lackierschritte. Erst eine kleine Abklebe-Orgie mit Tamiya Tape…

Just to make sure nothing weird happens I let this cocktail of chemicals some time to dry and continued on the forenoon of the 25th of December with the final painting steps. First a small amount of Tamiya tape was applied…

… und dann konnte ich schon mit meiner Airbrush die schwarzen Flächen mit verdünntem Tamiya X-18 Seidenmatt Schwarz lackieren. Den Farbbedarf für die großen Flächen hatte ich bei weitem unterschätzt und so ging sich mit dem letzten Tropfen gerade so die zweite Schicht auf allen Teilen aus.

… before I could start with my airbrush. I used thinned Tamiya X-18 Semigloss Black of which I underestimated the amount needed and with the exact last drop I managed to get the second layer done on all parts.

Der Motor sowie der Auspuff bekamen dann noch 2 Schichten Tamiya XF-1 Mattschwarz ab bevor ich die Airbrush wieder einpacken konnte.

The engine and the exhaust then got 2 layers of Tamiya XF-1 Flat Black before I could clean everything and put the airbrush away.

Den Rest der Bemalung erledigte ich am Abend des selben Tages noch von Hand mit dem Pinsel und ließ mich auch noch zu ein paar kräftigen Abnutzungsspuren in Form von Trockenmalen mit Tamiya XF-16 Aluminium Matt hinreißen nachdem die Lok fertig zusammengebaut war.

The remaining paintjob was finished in the evening of the same day by hand. After I had the whole locomotive assembled I got tempted to even do some wheatering. Which I realized as some hefty traces of wear by drybrushing with Tamiya XF-16 Flat Aluminium.

Der letzte Feinschliff der Lok erfolgte dann am 33c3, so haben wir dort die vorbildgerechte Blumenkiste und das Schild „The Difference Engine“ angebracht und detailverliebt von Eva gestalteten Waggons (Bällebad- und Barwagen) von Eva angehängt. Nachdem ich die Spannungsversorgung der Lok vom einstellbaren Trafo auf ein 5V Fixspannungsnetzteil umgestellt hatte, konnte ich auch für Licht an der Lok sorgen. Im Lauf der Veranstaltung konnte ich auch noch ein Modell der Fairy Dust, der im Original 7m großen Rakete des CCC, als 3D-Druck organisieren, welches sich dann auch noch zur Modellbahnanlage gesellte.

The last finishing touches were done on 33c3, starting with the flower box and the sign „The Difference Engine“ at the front. We then added the wagons (ball pit and bar wagon) which were built by Eva with incredible attention to detail. After I switched the power supply of the locomotive from an adjustable source to a 5V fixed voltage supply I could add light to the locomotive. During congress I managed to get the Fairy Dust, the 7m high rocket of the CCC, printed as a model which was then also added to the model train.

Aus modellbauerischer Sicht bin ich mit der Lok nicht so ganz zufrieden. Die Oberfläche der 3D-gedruckten Teile ist auch nach wiklich langem Schleifen noch immer extrem uneben mit deutlich erkennbaren Schichten. Dazu trägt auch das Material, nämlich PLA, bei. Dieses ist durch Schleifen und Feilen nur sehr mühsam zu bearbeiten. Die Detailgenauigkeit lässt, bedingt durch das Herstellungsverfahren, ebenfalls zu wünschen übrig. Bei der Konstruktion musste ich mangels detaillierter Fotos des Originals an vielen Stellen Annahmen treffen, vor allem bei den Ballastpuffern und dem Motor.
Einen Eintrag in der Galerie mit ein paar mehr Fotos wird es auch noch geben, genauso werde noch ich alle Teile der Lok aufbereitet auf Thingiverse zur Verfügung stellen.
Der ganze Zug kam trotz meiner persönlichen Mängel am 33c3 wirklich gut an, wie der entsprechende Twitter-Account @c3troc mit den vielen Erwähnungen anderer beweist. Neben einem Artikel in der Futurezone wurde der Zug auch auf Vice Motherboard erwähnt, wobei ich schon klargestellt haben möchte, dass ich mit der Beschreibung als „blasser, weißer Nerd“ nicht einverstanden bin. :P

From a modellers perspective I am not completely happy with the locomotive. The surface of the 3D printed parts is still quite uneven with visible layers despite really long filing and sanding. Using PLA as a build material didn’t really really help with this issue because it turned out to be rather brittle and hard to sand and file. Also the details didn’t come out that well because of the selected manufacturing process. At some points during the design process I had to make assumptions about the details due to a lack of usable pictures, like at the engine and the ballast bumpers.
There will be an entry in the gallery with better and more pictures soon. Also I will put everything on Thingiverse once I find the time to clean up the CAD model.
Despite my personal flaws the train was received really well at 33c3 as you can see on its Twitter stream @c3troc. Also the project was mentioned in an article on Futurezone and Vice Motherboard. At this point I want to make clear that I don’t agree with beeing called a „pale, white nerd“. :P