西山 茂丸 について

組み込みマイコンでエンジニアを続けてきました。今の時代で見えない部分についても体験してもらってより深い理解を得てもらいたい広報教育活動をしています。

レーザーミニ加工機で表札作成

里にあるレーザー加工機SmartLasr-miniは出力1.6Wの半導体レーザーマシンです。
このため、紙の切り出しや、皮革や木材の上に焼き入れで文字や模様をつけたりといったことが使い方になっています。ここでは、表札作成を通じてデータ作成方法について記します。

作例はこんな形です。厚みで15mmくらいの板まで加工できます。

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表札の文字データは、InkScapeで作成します。2016-02-20 (1)

文字の大きさは、文字のオブジェクトを選択して上下左右のサイズを拡大縮小して合わせる。2016-02-20 (2)

文字のオブジェクトをパスに変換します。2016-02-20 (3)

パスに変換すると、文字ごとに確認ができます。

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サイズ変更はパスに変換した後でも可能です。2016-02-20 (5)

最後にハッチング処理をプラグインで行いますが、色を指定しておくと塗りつぶしの密度を確認できます。黒のままではわからないので・・・

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Inkscapeでは、EggBotというエクステンションを使います。

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物理的なサイズとInkspaceでのサイズを合わせるには、SVG読み込みの際に90dpiのファイルとして読み込ませることで合致します。

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ここでは、クロスハッチで角度を45度指定で行っています。パワーが少ないのでピッチは1mm程度にするとよいようです。細かくするとさらに時間がかかります。

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試し刷りでボール紙などを置いて位置を確認してから、部材を置きます。
レーザーミニでは焦点距離を合わせないといけないので、部材に合わせてレーザーホルダーの取り付け位置を調整します。加工材の上に、基準板を載せて、そこにホルダーが当たるように調整します。
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3Dプリンター整備状況

里のRobo3Dプリンターは、Reprapベースのものですが、Kickstarterのベータ品から始まりましたが、改造改版を重ねて、ほぼ最新モデルと同等になっています。

強力なホットエンド E3D Volcanoを搭載しました。最大0.4mmの積層指定ができます。
印刷速度を上げたい場合には、従来より二倍ほどの速度で印刷が可能です。ただし、積層密度を0.4mmにした場合ですが・・・。
V6と比較すると長さが10mmほど増えました。これにともない造形物の高さが低くなりました。
他にもZ軸のリニアシャフトを国産標準品に変えた為オリジナルよりさらに10mm短くなりましたのでトータルで20mm低くなりました。放熱フィンとホットエンドの間が分離されているのが特徴で熱がフィラメント送り出しの部分では十分に冷えるようになっています。
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E3D Volcano(左)とE3DV6(右)の比較をみると、フィラメントの溶融スペースが長いことが分かります。
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ホットエンドが強力になったので、放熱フィンの部分でのファンダクトも耐熱を考慮してアルミ板と板材で作りました。さらにマウント用のパーツをPLAで作り冷却用の3cmファンを搭載しています。取り付けはextruderのベースにつけています。
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アクリルで、固定用ノリのマスクを作っています。ヘアーリング用スプレーを使うようにしています。従来の3M 77は強力すぎて後処理が大変でした。
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フィラメントホルダーは上部に簡易な形にしてサイズに応じて変えられるようになっています。

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ケースの底部は、下駄を履かせて冷却用の空気が取り込みやすくしました。
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ホットエンドの強化などに伴い、RAMPSシールドの放熱が必要となりクーリングファン4cmをマウントしています。この空気取り入れのためにかさ上げをしています。IMG_5709

PLA出力時に水平出力ができるように空間で強力に冷却する目的でラジアルファンによるダクトを作成してヘッド先の高さに合わせて細い強力な風が出るようにしています。
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新たな課題 3Dプリンターの温度ドロップ・・・

  1. 背景
    3Dプリンターとして高速出力が出来るホットエンドに切り替え、自動レベル設定の課題も解決して順調に進めてきたところ印刷途上で停止するという事態が発生した。
  2. 問題
    3Dプリンターの肝となるホットエンドの温度あるいはベッドの温度をトラッキングをPID制御で行っているのだが、温度がドロップしてしまうという事態に陥っていた。
  3. RAMPSカードの故障は意外なもの
    制御シールドであるRAMPSカードの故障個所はRAMPSシールドへの電源コネクタ部分だった。接触不良が原因で発熱を引き起こしたようだ。
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ラズパイに繋がるIoT実験セット flotilla

英国のPIMORONI社から、IoT体験に使えるセンサーIOセット(flotilla)が、届きました。

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littlebitのような箱に入っています。

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USBでPCと接続して各モジュールと接続するドックの説明が中に書かれています。

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センサーIO以外にも、IoTの世界を表現するジオラマ用の部材がはいっています

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PCへの接続ケーブル(USBオレンジ)と各モジュールへの接続ケーブル(水色)

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フルカラーLED 5点制御

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タッチセンサー

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二組同梱されています

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4桁 7SEG表示

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色センサー

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気圧・気温センサー

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8×8マトリックスLED

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照度センサー

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モーター、スライダー、ジョイスティック、ロータリーエンコーダ

Robo3DプリンターのAuto Level設定問題の対策報告

ARobo3DプリンターのAuto Level設定問題

  1. 問題点
    1. Z軸リニアシャフトの直線性
    2. Z軸リニアシャフトと、Z軸スクリューロッドの垂直性、平行度
  2. 対策
    1. 8mmのリニアシャフト300mmを手配交換、元のシャフトに問題は見受けにくいが、リニアベアリングからはボールが外れていることが判明、交換方法についても要検討だったが、ステンレスのリニアシャフト交換とリニアベアリングを合わせて交換実施
    2. Z軸のベースマウントを末広がりの垂直保持強度の高いものを作成して交換実施。垂直度の校正調整についてはZ軸リニアシャフト固定後、Z軸のスクリューロッドの駆動ステッピングモータの保持位置を調整することで実現
  3. 結果
    1. 100mmのZ軸昇降試験を繰り返して安定に動作することを確認
    2. 実際のAutolevel設定においても安定に動作することを確認

Robo3DプリンターのAuto Level設定問題の解析と対策

  1. https://www.facebook.com/video.php?v=10153352736523045現状
    印刷速度の改善などから安定化状態ともいえますが、実際には残存の大きな問題として、Auto level設定動作でX軸ステージが下がりきらずにZero点検知を起こしてしまうという問題があります。現状は解決まではManual Level設定としてX軸ステージを手で押さえて正しくZero位置まで下がるようにすることで出力しています。この段階を抜けると安定に動作しているのは事実です。
  2. 解析
    ホットエンドが乗っているX軸のステージがスムーズに下がらないのはZ軸のサポートロッドが垂直に立てられていない、あるいはリニアリティが不足している(曲っている)などが考えられる。もともと軸がブレルということがメジャーな問題として当初あったのでぶれを抑えるパーツをつけていたのだが、スムーズに下がらないという事実は、AutoLevel設定を実施するまで気が付かなかった。Zero点検知するのがステージの保持の下につけられた検知部がステージから離れて下がったことを利用しているために物理的にステージが下がらないという事態も誤検知することになっていました。
  3. 対策
    Z軸ロッド(リニアシャフト)の確認を行い必要に応じて、更新 (ステンレス製の国産シャフトを手配)
    Z軸スタンドの強度向上、垂直性を保持できるようにリブやスカートをつける
  4. 補足事項
    積層型の3Dプリンターで、ステージを押し上げる方向での動作は、ずっと検証をしてきましたがスムーズにステージが下がるのかという点については見落としていました。

https://www.facebook.com/video.php?v=10153352736523045

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3Dプリンター高速化報告

印字速度は凡そ、倍速となりました。0.8ミリのノズルを安定にドライブ出来るVolcanoという長軸のホットエンドの適用で、達成しました。成果物は、青い部分のFan ductです。長軸となったために従来のFan ductが浅くなってしまったためです。積層密度が0.2から0.4mmベースで出力することで出力時間を短くしているので縦軸方向の精度については粗くなったという考えもあるかもしれませんが今のところ満足できる内容です。このFan Ductの出力時間は、1時間15分に短縮されました。大本の設定ですと2時間30分ほどになっていました。

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3Dプリンター ノズル・スロート交換の注意

ホットエンドブロックとノズルの写真を示します。黒くなっている箇所はフィラメントが溶けて炭化しかかっているものです。この状態ではネジに樹脂が固着しているので取り付けは出来ません。

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バイスで固定してガストーチ、ライターなどで加熱して膨張ならびに樹脂の溶融を起こしながら行います。加熱した状態が本来の使用状況なので、この状態で、まずノズルを取り付けて締めます。その後にスロートを取り付けます。スロートは放熱フィンを取り付けてフィラメントがホットエンドブロックに届くまでは溶融が起きないように熱的には切り離されています。このためスロート部はくびれていますが、冷えている状態での分解組み立てを行いますとスロート部の切断が発生することがありますのでご注意ください。もしそうなってしまった場合には、ホットエンドブロック側を加熱して残されたスロート部のネジをネジザウルスやラジオペンチなどで回して取り去ってください。

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整備に用いる工具は、ガストーチにもなるガスはんだごて。ノズルサイズの”‘7″のレンチ、ノズルにダミーのフィラメントを入れて溶かして押し出すときに使う1.3ミリの半田吸い取りマシン用ノズルクリーナー(たまたまあります。)、スロート部などが破断した場合に使うネジザウルスです。

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破断して残されてしまったスロート部のネジ、加熱してから取り去り対応策について学びました。

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3Dプリンターの出力を高速化します

高速化の鍵は、二つあります。hotendがスムーズにフィラメントを溶かして供給できるのかどうか、またメカニズムとして高速移動に耐える精度剛性を持っているのかという点です。
Robo3Dプリンターのオリジナルの構成としてはフィラメントドライブがダイレクト式となっていて駆動モーターがhotendノズルと共にありますので慣性モーメントが大きく、高速化に伴いタイミングベルトかスリップしてしまう事態が想定されます。テンションの強化などである程度は対応できますが、移動部分の重量を下げるべくフィラメントエクストルーダーのドライブは外部に置くというのもカスタマイズの一つです。
今回適用しようとしているのは熱容量の大きいホットエンドへの交換とノズル径の拡大です。従来メジャーに使ってきたのは0.4mmのノズルですが精度実現という目的では0.1-0.2mmの積層ということが可能ですが、メカニズムの速度などから安定出力には速度を抑えての実施50mm/s程度というのが、このマシンの現在の実力です。

適用するホットエンドはE3D社のvolcanoというモデルで既に中華モデルも出回っています。

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左側のノズルが従来モデルで利用されてきたもので、今回のものが右側です。
ノズル長さが10mm程度増えます。長いホットエンドのブロックを通じて溶けている部分の熱容量ならびに供給力が増えるので太いノズルを利用してドライブからの供給力を増やして高速化するというものです。この方法では積層厚みを大きくすることになります。0.2mm程度で実施してきたものが0.4mm以上にすることで時間が早くなるのが期待値です。

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設置状態で比較するとヒーター自体は共通でホットエンドのブロックが横置きから縦置きになります。プリンターのZ軸での制限として出力が10mmほど高さ制限を受けます。

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技術者各種資格の受験参考書を寄贈していただきました

木更津高専OBの中村様から、技術者資格試験の受験参考書を寄贈いただきました。

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一アマ合格精選400 2014
三アマ合格精選330 2015
第一級第二級アマチュア無線技士試験 2015

技術士補試験突破マニュアル 1997
技術士第一次試験電気電子部門問題徹底詳解 2004
技術士第一第二次試験電気電子部門受験必修テキスト 2005
技術士第二次試験電気電子部門完全対策&過去問題集 2006
技術士第一次試験電気電子部門択一式問題150選 2006
技術士第二次試験電気電子部門対策回答例&練習問題 2007
技術士第二次試験の論理的攻略法 2008
技術士第二次試験電子電子部門過去問題回答例集 2010

PMP教科書 第三版Project ManagementProfessional 2008
PMP試験合格虎の巻 2008

合格精選300選 二陸技第二級陸上無線技術士試験問題集 2002
合格精選320選 二陸技第二級陸上無線技術士試験問題集第二集 2004
合格精選300選 一陸技第一級陸上無線技術士試験問題集 2005
合格精選320選 一陸技第一級陸上無線技術士試験問題集第二集 2006
海上無線通信士 無線従事者国家試験問題回答集 平成16年3月期-平成18年3月期 2006
1陸技無線工学A無線機器完全マスター 2005
航空無線通信士 無線従事者国家試験問題回答集 平成13年2月期-平成17年3月期 2005
1・2陸技受験教室4 電波法規 2003
1・2陸技受験教室1 無線工学の基礎 2005
1・2陸技受験教室2 無線工学A 2005
1・2陸技受験教室3 無線工学B 2005
1・2陸技 1・2総通の徹底研究 無線工学の基礎 2001

家電製品エンジニア資格 AV情報家電の問題集 2006

工事担任者DD1種実践問題 2015秋 2015

家電製品アドバイザー・エンジニア スキルアップ講座 2011
家電製品アドバイザー AV情報家電・生活家電 更新講習用テキスト 第三版 2011
家電製品エンジニア AV情報家電・生活家電 更新講習用テキスト 第三版 2011