クリスマス用のデコレーションを3Dプリンターで作ってみる

秋葉原で電子工作スペースを運営しているアセンブラージュさんが、アキハパラ キラキラ化計画というイベントを企画されている。参加された方が実際に電気街でクリスマス期間に使われるイルミネーションを作成するワークショップで、作成物は展示期間後に渡される形だそうです。ヒューマンネットワーク高専としてアセンブラージュさんの応援をしているので、普段やっていることで何かお手伝いできることはないだろうか考えて材料を探していましたところ。

100円均一ショップで売っている耐震ジェルを見つけました。6個セットです。

%e8%80%90%e9%9c%87%e3%82%b2%e3%83%abこの粘着性の柔らかい樹脂(エラストマーゴム)はサイズが25mm四方で厚みが3mmというものです。

間に紙でアイコンを切り抜いたものを挟み、横からLEDで照明して両サイドからアイコンが照らされて浮かび上がるという作戦です。

 

image使うLEDはフルカラーでシリアル制御可能なWS2812Bの基板実装済のもので、10mm径の円盤で厚み3ミリというものです。

IchigoJamでの制御可能にするという課題についてはIchigoLampというパッケージをLPC810に焼きこむことで対応するというのが槙野さんところでの方針らしいので、それに準じます。

img_80691とりあえず、エラストマーゴムと基板二つを挟み込む樹脂パーツを3Dプリンターで試作してみました。

 

 

 

 

 

 

img_80611基板の実装イメージはこんな形ですが、給電配線は方向としては、間違いで中に向けて入りと出の双方でY字を描くようにするのですが、まずは点灯してイメージの確認です。

 

 

 

 

img_80591でこんな感じです。

しかしながら、実際に試作したケースでは、この太い給電線を収容できなかったので・・・img_80672ワイヤリングペンで配線することで、まずはアイコンを挟んで照らすことを評価しましたよ。色を変えてみてもよさそうでした。

コントローラは、とりあえず、ArduinoにNEOPIXELのスケッチを入れて評価しました。

収容部分の給電線の余裕をみた形にして3D設計しなおして作成したものは、こらちにUPしてあります。

エラストマーゴムは粘着性ですので、表面にもゴミが付きやすいのですが、この用途に限っては汚れてもグミのような感じになるだけで、照明の結果としては透明よりも良い感じになるようです。

むろん取り外して洗えますので、問題はないです。img_80661

嵌合に使用したネジはM2の8ミリです。
IchigoLampやArduinoなどからの給電能力から考えると、このペンダントとしての連結制限は6個くらいかもしれません。(12個のWS2812B)

輝度を下げる指定をすれば増やすことは可能ですし、別電源で供給するならば問題はありません。

作成しました3Dプリント部品やWS2812の基板については頒布いたしますので、希望者はお知らせください。

3Dプリンタで異径ジョイントを作った

img_78291古い一戸建てを購入して内装を保守して組み込みの里としてラボとして整備してきたのだが、台所のキッチンセットはそのまま使えそうなので使ってきた。

大掃除を始めたところ、シンク周りで臭うという話が出てきて普段蓋をしていると気づかなかった配管工事の課題が露呈していることが判明した。

問題となった箇所は、台所のシンクの下である。写真のように、左右のシンクからの排水が、排水マスのパスに対して結合してさしてある。測ってみるとマス側が65ミリほどで蛇腹ホース側は32ミリほどだった。とはいえ、使っている現況では、単なる異径ジョイントがあってもさすことができない。テーピングで工事するという方法も確かにあるのだが、欲しいサイズの開閉可能な異径ジョイントがあれば問題は解決するのだ。

img_78281まずは、異径ジョイントそのものを設計した。その後、分割してヒンジ部を作り結合した。結合に際しては、組み立てる状況を考えて一部の補正が必要になるのでよく考えることが必要だ。ヒンジの配置で径が狭まるのも困りものなので3D設計画面で吟味をしておく必要がある。印刷する前にデバッグをしないと印刷時間が必要なので、ここは重要だ。

 

 

img_78301おかげで製作したものは一発回答だった。ヒンジもスムーズに動作して設置しにくい場所だったがスムーズに設置してテーピングせずとも十分な臭気シールドが出来た。

一応データはThingiverseに登録した。

http://www.thingiverse.com/thing:1819229

このパーツの目的は臭気シールドなので強度的には問題ないのでPLAでも十分なのだが、新しくMakerwareを入れた環境で試験したのでABSが装填されていたQIDITECH社 Avatar4(TECH1)を利用して出力した。密度は30%ほどだったが、フィラメント供給が安定しなかったようで少しスカスカしていた部分はABSの接着剤を塗布して補強した。

メガネのフレームを壊して接着をあきらめ3Dプリンターで再生した件

不注意で眼鏡のフレームを壊すことが続いた。最初はレンズが保持できなくなったので、レンズが使える同じフレームが手に入ったのでフレームの交換作業をしてもらった。

そして、眼鏡をはずさずに、寝ていたらしい朝、気が付くとポキッと手元で音がした。ツルのヒンジの根元で折れていた。

img_7746アクリル接着剤、エポキシ接着剤、瞬間接着剤と種々試して結局、こんな小さな且つ力のかかるところを接着する方法はないことに合点するまでに無駄な時間を要した。

そして、ふとプリントしてみることにいまさらながら気が付き、データを探してみると、すでに先人の方たちが作られていることが世界にはいらっしゃることが分かった。

 

MakerBotの運営しているThingiverseで”Eyeglass”で検索して得られたのは、この事例だった。

 

 

ヒンジの構造の部分だけをいじって対応したところ、

imageとりあえず、一時しのぎになりそうなものが出来た。ただし、しばらく使っていると付け根の角度が広がりすぎたり、ばね性がないことなどからしっかり作成しなおすことにした。

 

PLAで作成して、RAFTとサポートを指定して作ったところ潜水艦のモデルでも作っているのかといった印象のものが出来た。

現物から実測して、必要なところは押さえたので再現性はできている。ヒンジから離れた部分は、コンロで熱して成形した。

FreeFitシリーズの015というモデルだそうですが、ほかでも使えるかもしれません。123D Designのデータも含めて、Thingiverseに登録してあります。眼鏡市場さんで部品が届くまではカスタムメガネの状況で使うことにしました。

img_77511左右共に変更しました。スリムバージョンです。

3Dプリンターの保温カバーを作る Part2

新型3Dプリンターはメタルフレームでしっかりしているのだが、外気温に左右されるABSなどのフィラメントを利用するには無防備な構造で簡素化されてコストダウンされてもいる。

Robo3Dの保温カバーで作成した技法を活用して仕上げることにした。透明度の高いポリカのブラダンを購入しておいたので利用してみました。

imageこれがブラダンとアクリル板で作ったRobo3D用の保温カバーです。

 

 

 

 

 

 

ここからが、新しい3Dプリンター X-ONEの保温カバー作成となります。

作成した3Dパーツは、Thingiverseのリンクに公開しています。

dsc_0629

QIDITECH社のX-ONE

image

右手がQIDITECH社のAvatar IV

img_7643

左右と前面の開口部は周囲の厚みが異なるので二種類の留め具パーツを作成した。

img_7644

二段構成になっているのが前面用で、一段構成が左右開口部用となっている。

開口部のサイズは、ブラダンの幅でちょうど間に合うものだった。

dsc_0664

上部の開口部にはピッタリおけるようにコーナーに配置するパーツを作り、カバーと接着することで実現しました。

dsc_0662

今回は透明度の高いポリカ中空ボードを利用しました。正面からは透明度も高くて使いやすいです。ブラダン用に作成しておいたジョイントパーツを活用しています。角度のある部分については今回追加で開発しました。

 

[MatterSlice] 100%指定でもInfilされないケースがある

dsc_0646床下換気口の遮水カバー作成中に発見した問題ですが、3mm厚みで作成しようとしたところ、内部に空洞がある形で出力されました。この条件では、内部も両サイドからの樹脂でつながるという判断をしてしまうようです。

強度を求めようとして作成したものでしたが、3mmというものが微妙だったようです。

ノズルは0.6mm Volcano E3D
積層厚みは0.3mm

3Dプリンターを使うとPC以上にparts改修が増える

image3Dプリンターが二系統そろったので、懸案事項の対策に乗り出した。古いプリンターの大規模改良に取り組み始めると、新型の保守でメカ的により安定動作が期待できる耐久性の高い措置が求められると予備に次の基板を作成してターミナルで接続するようにしておいた。

imageしかし、さっそくそれを投入しないといけないということが判明して3Dプリンターにとってのextruder部分に掛かる配線系統へのストレスもかなり存することが判明した。それだけに古いプリンターに適用する軽量化などは機械的にも重要なファクターになりそうだし、配線系統についても再考がもとめられそうだ。

 

 

image三つのパーツに分けて作成したExtruderマウントもうまく使えるようだ。以前課題となったE3Dの放熱フィンへの送風ファンのシュラウドが溶けるという課題があり、アルミで作成していたのだが、予備の樹脂カバーが残っているので暫く様子をみつつアルミ製のシュラウドを再度検討する。懸案事項は増えていく。

 

 

image搭載予定の現行モーターは厚み(40mm)があって、入らないことが判明していたが、確かに無理だ。NEMA17のモーターは最近は奥行き24mmのものが出ていて、これを発注しておいたのだが、金曜配送予定のFedexは遅れて平日配送のみのビジネスなので結局持ち込めなかった。

 

 

 

 

imageNEMA17の規格が3Dプリンターではdefactとなっていて進化もしていて、既に奥行き34mmのものは一般化していてAmazonでも購入できるようだ。このタイプは新型プリンターにも搭載されているので予備品にも充てられるので手配することにした。

サイズ的にもbaseを再設計すれば乗りそうなので、MESHMIXERで加工して新型プリンターで出してみた。GTベルトの位置を左から右に移動してみた。

写真では奥行き40mmのモーターなので、実際にはあと6mm短くなる予定で何とか整備確認の手順を踏めそうだ。

 

細君に言わせれば、パソコン以上に未完成の機械なのねということになるのだろう。

[更新] OpenSourceは自己責任で使いこなす

オープンな世界は自由なのだが、使いこなしは使うユーザーに掛かっている。進化しつつあるパッケージがオープンソースになっているからといって、結局持て余すようなものに手を出して収拾がつかなくなったりしてる事象を吠えている人がいたりもする。

組み込みの里では、最近では使っている3Dプリンターのファームウェアのカスタマイズなど見える範囲で必要に迫られてやっているのだが、3Dデータのように公開されているものについても、よく活用させていただいているので、私自身も新たにカスタマイズしたり、起こしたのものについては上げるようにしている。

3Dプリンターと向き合いだして三年以上になるのだが、プリンター本体の精度も機構もパーツも次々と進化していくのをトラックしてきて、ようやく使いこなせているかと思いきや、最近では、購入当時のフィラメント長者(使わないのにまとめて買いこんだ)として選択していたものが思いのほか品質が良かったことが再認識されるに至り。最近購入しているフィラメントの性質などからフィラメント表面の状態などから「からまりやすい」という事態が生じていた。

imageフィラメントを送り出すスプールの取り付け方法の工夫で、どうやらスプール幅のセンター位置に合わせて取り出すということが一つの解決策のようで、新たに購入したプリンターにも、そうしたガイドをつけて解決をみていた。

 

 

 

image古い進化をしつづけてきたプリンターについてはスプール受けとして単純な構造のものをつけていたのだが、このフィラメントの表面の癖・抵抗といったことからフィラメントの送り出し方向とRobo3Dプリンターのスリットが合わず抵抗を助長しているという認識が失敗の履歴から見えてきた。すでにセンタリングガイドをつけてはいるものの、フィラメントが角に引っかかるという点では、配置方向が間違っている点を直さないと解決しないわけだ。

 

 

 

そして、その解決にはスプPreviousールの取り付け方向を正面に向けたオープンリールのような形にすることであり、そうしたスプールは一時取り付けて気に入っていたのだった。

うまく使えていたスプールを使わなくなった理由は、強度だった。かなり大きな構造だったので当時のプリンターではABSでは出力できずにPLAで作らざる得なかったし、また設計データをSTLレベルで強化しようというアイデアにまでは至らずに丈夫そうな簡易な構造のものに移ってきたからでもあった。この構造だとちょうどセンターに取り出し口がスリットとしてできているのでセンタリングも不要なのだった。

今は、MESHMIXERのimage活用でSTLの直接編集にも習熟してきたこともあり肉厚を高めるための方法や、ほかの改良点なども含めて再度挑戦する価値のあるものとして肉厚と高さをそれぞれ大きくしたものを作り昨日の夜から印刷している。今晩には終了する予定だ。使っているほかのボルトやベアリングなどの機構部品も残っているのでそのまま使えるはずだった。

 

 

今回は前回の記録が残っていなかったので、再度THINGIVERSEのサイトから作者のデータをダウンロードして必要な改造を施して作成を開始した。印刷も終盤にはいり、どうも出来上がりの結果と適用するはずのボルト径とがあっていないように見えて、中断して確認をしたが確かにM8のボルトで設計されているはずのものがM10のサイズになっている。サイトの説明ではM8になっているのだが、経緯については記憶がなく、今回は確認ミスとしてアダプターを作成してしのごうとしている。なにしろ一晩以上出力した結果を無駄にはできないのだ。

2016-08-23 (20)こんなアダプターを作ったりしてのを見てもらうのは恥ずかしいが、対応策としての事例として紹介しよう。

 

 

 

 

 

imageなんとかうまく下駄が出来たようです。
ベースはPLAでしたが、下駄はABSで作りました。

丸一日出力にかかりましたが、物理的なボリュームでRobo3Dでないと出来ないかと心配もしましたが、Replicator2互換機でもなんとかだせました。

今後の使い分けは、大きなボリュームのものを荒くだしても良いものにはRobo3Dで0.3mm厚みの層構成で出力対応で、Replicator2互換機では0.2ないし0.1mm厚みでの出力対応で行うということになりそうです。

3Dプリントでは、強度を考えて分割設計する

image里で作って使っているフックだが、積層方向と強度の観点から部品は二つに分けている。

 

 

 

 

 

 

2016-08-23 (18) 2016-08-23 (19)取り付けの螺子穴とフックの嵌合穴とを作りこんでいる。とはいえ、この辺りは3Dソフトでの論理演算で作れるから実際は簡単だ。

 

 

 

 

力がかかる方向に積層が出来ないようにしている。

難しい3D造形(STL)を簡素化して利用作成する

2016-08-233Dプリンターの良いところは、難しい造形も3D設計して印刷すれば出来上がることであるのだが、安価なFDMタイプのプリンターでは変形や積層はがれなどいろいろな課題がある。

さて、表題の材料は、左の三次元データである。よく調整のとれたプリンターで支持材を指定すればできるかもしれないのだが、このままでは完成には、おぼつかない。

 

そこで、凡そ三つのパーツに分解して、はめ合わせて接着するほうが各部品の仕上がりならびに積層方向に基づく強度も高まるはずだ。

そこで使える道具はAutodesk社のMESHMIXERだ。面カットとシェル分解で切り分けていく。オブジェクトブラウザーで対応のパーツのみにしていくのが進め方だ。最終的に結合して以下の三つのパーツになった。

2016-08-23 (2) 2016-08-23 (3) 2016-08-23 (4)

imageそして出来上がったのがこちらだ、勘合部分は、ちょうどよかった。ABS接着剤で接着した。

[実物検証更新] 3Dプリントでの嵌合処理

最近一般化してきた3Dプリンターは、主にホビーで使われているフィラメントを溶融して絞りだしつつ積層していく方式のものだが、期待する外形サイズと実際のそれには、プリンタの設定、スライサーの癖、フィラメントの状態など多様なパラメータがあってある程度の誤差の範囲である意味あきらめるか、自身で経験を積んで設計値と実際の出力結果の傾向を学習して対応することになる。のし

とはいえ、プロ用途ではないものの物理的になにか既存のものと嵌合させたり、3Dプリント出力物でケースを作ったりする場合には蓋と本体の嵌合という問題が出てくる。

3Dプリンター自体はNC加工と同じでステッピングモータを何回転したら1mm進むのかという設定がギア比などから導かれるしGコードのコマンドでもM92などがそれに相当してプリンタ固有値を与えて調整するということになる。それ以外にもフィラメントの送り量についても同様なことが発生して太いマジックで書いたものと同じではみ出るし、それを計算して少し内側に描画というか出力を行うのはスライサーの仕事だ。

ともあれ、自身の使えるプリンター環境で設計値と出力値を比較して学習するためのテストピースを作ってみて確認してみる。

スクリーンショット (58)左の3Dデータがそのテストピースでサイコロの目のような穴と、サイズを少しずつ振った長さの異なるでっぱりを持つ凸側の二つで嵌合させた時に何ミリの隙間が出来るかで5段階の幅が判断できるようにして、それぞれ5mm角の穴に対応するものをセンタに一番小さいものを5mm出るようにして、順次1mmずつ短くして少しずつ太くしているということだ。

 

image実物はこちら

 

 

 

 

imageこの例では、2mmくらい嵌合できない隙間があり、用意した突起のうち、三つがクリアできたということになる。

 

 

 

 

5mm角穴に対して、この例では突起の設計値は4.0mm 4.25mm 4.5mm 4.75mm 5mmだったので設計値でいうところの4.5から4.75mmの範囲で嵌合する適合点があるようだ。

実際にはこの差分は常に同じと考えて0.5mmくらい内側を小さくすれば出来そうだ。

次の範囲を絞ったピースでは4.5 4.55 4.6 4.65 4.7としたが、4.55の場合にかっちり噛む感覚で閉じたようだ。これは、この印刷環境の事例なので同様なことを使われるツールで作り再現確認していただいて学んでいただくのがよいだろう。

[続報] プリンタ毎に異なるのも当然ですが・・・

image黒いテストピースはRobo3Dで出した同一条件、青のテストピースはQIDI Avatar IVでの結果

Robo3D     4.7 0.35程度

QIDI AvatarIV  4.55 0.5程度