3D設計と3Dプリンタ出力に必要な環境など

組み込みの里では三台のプリンターがあります。QIDI社のTECH1, X-ONE, X-Proです。これらのプリンターから出力を得るためにはSTLファイルやOBJファイルといった3DモデルのデータをQIDI社から提供されているQIDI printなどのスライサーと呼ばれるソフトウェアを使って行います。

ご自宅であらかじめ、3Dモデリングなどを行われる場合にはAutodesk社が提供するFusion360やTinkercadなどのフリーのモデリングソフトを用いるのが、情報収集含め良いかと思います。むろん有償の良いソフトも多くありますが初めの一歩としてはふーな環境が始めやすいですよね。

ご自宅のマシンの環境がMacであったりWindowsであったりする場合にもこれらのソフトウェアは対応をしていますが、Windowsの32ビット環境ですといろいろと制限がございます。造形設計を行う場合、旧来あった123Designは32ビット環境で動作していましたが、サポート終了となりダウンロード先はなくなりました。後継のソフトとしてはTinkercadがオンラインソフトではありますが32ビット環境でも動作します。ネット接続とアカウント登録が必要です。

組み込みの里の古いパソコンは32ビットのものもありこちらで動作確認しています。

自転車籠対応でランプ台を作った

いわゆるMTBもどきの自転車に前かごを取り付けたのだが、買い物で便利になった反面、ハンドルについていたランプが荷物の影になって使えなくなった。

ランプの基台を籠の前につける形の部品として複製加工したものを設計して作ってみた。強度がかかるのでABSで100%充填での出力にした。

 

一応、期待値のようになった。従来だったらランプを買い替えていたのかもしれないが、修復工作のツールとしての3Dプリンターは有用です。

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。

 

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。

[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

 

3Dプリント失敗(ABS)のケースでの学び

imageしばらく続いている池の噴水(小便小僧)への揚水ポンプ関連です。15mmの接栓に6mmのホースを接続する必要があり異径ジョイントを作成しているのですが、チューブ構造が悪さをしているのか5mm径で内径2.5mmのものを出力すると右のようになってしまいました。

5mmの外径がやせてしまうようで、さらにあるサイズを起点に積層が乱れるようです。ABS材で高温処理していることも要因のひとつと思われますが中空のものを作成する際には課題のようです。先端が5mmで根元が6mmのサイズでテーパーを指示したのですが、途中でこの状況に陥るようです。左側は6mmの円柱で出力したもので、こちらは問題がないようです。とはいえ少し出力が痩せる傾向にあります。6-7のテーパーを指定しないと、この条件では内径6mmのホースを固定するのには合致しないかも知れませんね。

ニキシー管時計を作ろう (更新3)

レトロな映画で最近も見かける表示器だが数字のエレメントが重なり0-9あるいは単位などの表示ものもあるようだ。高専に入学したころ(1971)には、電子計算機室という名前で、実際にはこの表示器のついた大型電子卓上計算機が並んでいる部屋だったりもした。当時はSONY製やカシオ製の電子式卓上計算機が鎮座していた。ルート計算ができるモデルがあったが、計算をすると途中経過の表示などが確定していくさまでは表示が前後する形のこの表示管の味わいがありました。このチューブはソケットの上部から覗くようになっていてパネル面につけるタイプのものなのだろう。現在はロシアで生産しているようで、ソケットと合わせてチューブを購入した。中身はネオンサインと一緒で高圧200V程度をかけて当該のエレメントが点灯するようになる。

IMG_5821

真空管のソケットタイプではなく、ニキシー管の専用のソケットになっているらしい。
これを立てて取り付けるパネルを3Dプリンターで作成した。
IMG_5824

制御基板はATMEGAでArduino開発ベースとなっていた。基板には、高圧発生回路、フォトドライバー、高圧対応のBCDデコーダとなり、別にリアルタイムクロックのモジュールとi2cで接続する形だ。

IMG_5820

配線自体は、基本的に横一線で同じエレメントを数珠つなぎとしてアノードを各自に配線する。IMG_5825

制御基板やrtcモジュールを載せるシャーシも3dで作成した。ここにニキシー管パネルを立てる

IMG_5826

配線の終わったニキシー管パネルをつけた。

IMG_5831

これを落とし込む100円均一で買った木製ボックスにいれてみた。
この窓からニキシー管が見える予定。

IMG_5829

全体を接続して動作確認をしてみると点灯しない文字があるのでデバッグ開始

IMG_5835

今回のキットはチェコの方の作品だが、基板の改版とコードのメンテナンスがシンクしていないようで、atmegaからの引き出しピンが私の入手した基板ではあっていないようだ。古い基板をくれたのかもしれない。ソースは開示されているので修正することにして、まずケースに収めてつけてみた。こんな感じ
IMG_5845
問題点は、明らかになり基板のバージョンが古いらしいこととソースコードとマッチしていないことだった。基板をソースコードに合わせて修正してソフトを書き戻した。RGBとTICKのLEDにPWM制御をかけたいらしく仕様変更があったようだ。最新の図面は提供されていないがソースには、そのように書かれている。基板のパターンも訂正されていないのでパターンカットとジャンパーで筆者がしたであろう状態にしている。予備の基板が一枚あるので、作りたい方は、ジャンパーのみ実施していただく必要がある。パターンカットは実施済。

表示できない文字や配線していないはずの小数点が表示されるなどの挙動がありさらに追及するとニキシー管のソケットナンバリングと向きが想定外になっていて180度異なっていたことが判明した。スペックシートとまったく反転しているのには驚いた。下記のスペックシートをみて、実際のTUBEを正立で見た際に天が12ピンではないのだとは・・・・。

in-12adiagram

ソケットを180度回すだけの配線の余長があったので幸いでした。

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操作キーは秋月の基板を天板のアクリルにとめつけて操作ボタンとLEDを出すことにしたのだが、基板加工機を使ってNCマシンの代行にさせようとしたのだが失敗してしまった。アクリル加工には基板加工とは違って出来るだけ発熱をしないようにしないといけないのだ。ドリル径より大きな穴をスイングしてあけさせようというのは周辺が溶け出してしまいみっともない形になった。1mm程度のドリルで上下の打ち抜きのみをさせるように次回はしたいと思います。
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出来上がりを確認してみると1,2,5の文字が表示できないという現象となり74141がおかしいようだ。ついてきたパーツはロシア製の互換チップのK155だったが、中華マーケットに手配をかけたが、いまさら秋葉原にもなさそうなので、入荷したら再開しよう。

原因は、基板のパターン間違いだった。A-Dが入れ替わっていた。途中表示をしなかったのは、10進デコーダの範囲外となっていたからだった。うーん、困ったものでしたがソース修正して無事表示が出るようになりました。

DSC_0587

予備の基板がありますので、作りたい方はNIXIE管の手配で作れそうです。

DSC_0588

追加のバグ報告 アノードの出力ピンがコネクタ順で時刻の10位と1位が入れ替わっていました。なぜか、この基板設計した人は間違ったままにしていたようです。表示がおかしいので、ソース側で修正しつつ、基板の間違いを確認しました。

作者からソースコードの旧ハード(Revisionなし)に対応するものが提供されましたが、若干の相違があったのでレポートを返しておきました。

時刻表示もOKです

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カレンダー表示もOKです

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