2020年08月15日

3Dプリンタ:Marble Run を作った

 3Dプリンタで、何か動きのあるものを作りたいと思った。やっぱりここは玉転がしでしょう。3Dプリンタの玉転がしは作例がたくさんある。おそらく、特に有名なのがこれ。

 作者の Tulio Laanen 氏は、単なるものづくりの人じゃなくて、アート系の人のようです。インテリアとしても美しい。せっかくデータを公開してくれているので、作ってみることにした。なお、AdaFruit 社がこれを使って「モーターで回す」バージョンを公開しているので、そちらも参考にする。玉を持ち上げる「らせんのエレベータ」をモーターで回しているわけですね。

 原作は「3/8 インチ (9.5 mm) のボール」を使う設計なのだが、小さく作ったほうが可愛らしいので、4 mm のボール用に縮小した。FlashPrint で読み込んだ後「スケール」で縮小すればいい。

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 こんな風になりました。材質は PLA で、本体はクリアブルー、らせんを回すためのキャップはクリアレッド(本体付属のフィラメント)、らせんの機構はホワイトで作った。本体は、標準解像度の設定で、4時間1分かかった。積層痕がけっこう目立つので、時間をかけて高解像度でプリントした方がよかったな。

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 AdaFruit の動画みたいに、全体をゆっくり回すようにしたいなと思った。そこで、Brian Brocken 氏の "Fully 3D-printable turntable" を参考に、「らせんのエレベータ」を回しつつ、「ターンテーブルも回す」というデザインにチャレンジしてみた。(実は、AdaFruit の動画では、別のターンテーブルに載せて回していたことに後で気づいたけど……)

 最初は、こういうデザインを作ってみた。Brocken 氏のターンテーブルを真似て、横で回して、傘歯車で回転軸を縦向きに変えて、らせんを回す。さらに、歯車で減速して、ターンテーブルを回す。

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 試しにプリントしてみる。歯車の3Dプリントって、見てて飽きないね。

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 しかし、できた歯車を組み合わせてみると、傘歯車がどうもいけない。細かいピッチがちゃんと造形できてなくて、きれいに噛み合わない。

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 小さい傘歯車をちゃんと噛み合わせるにはまだ技術力が足りない、ということで、軸の向きを変えるのは諦めて、本体の横に上向きにハンドルをつけることにした。

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 プリントしてみました。高精度・充填率 100% でプリントした。6時間40分。本体は標準解像度でもよかったかな?と思ったけど、出力結果が明らかにキレイなので、時間があれば高精度でやるのがいいな。

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 なお、このプリントでは、ラフトもサポートもつけていません。サポートはもともと必要ない形だし、ラフトは特につけなくても、プリント中にはがれる気配はまったくなかった。3D プリントって「最初はすごく苦労する、失敗作品が大量にできる」とさんざん聞かされていたんだけど、少なくとも Adventurer3 と純正 PLA フィラメントの組み合わせでは、プリント自体の成功率は相当に高そうである。

 意気揚々と組み付けようとしたけど、歯車がかみ合わない。

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 なぜかというと、歯車の軸の間隔を「理論通り」に設計してしまったから。歯車は、Fusion360 の無料プラグインである Helical Gear Plus というので作成している。このとき、「モジュール」と「歯数」を指定してデザインしている(モジュールは歯のサイズを示す値で、「直径/歯数」で定義される)。ここでは、モジュール 1 mm、歯数を 10 と 29 にして、軸の間隔を 19.5 mm で設計していた。理論通りなら、歯数 10 の歯車は、ピッチ円の直径が 10 mm、歯数 29 の方は 29 mm だから、(10 + 29)÷2 = 19.5 となるけど、3D プリンタの部品は設計より少し膨らむので、理論通りでは組み付けることができない。軸間隔を変えるといろいろ設計変更になるので、大きい方の歯車の歯数を 29 から 27 に減らした。理論上の軸間隔は 18.5 mm となるので、1 mm 遊びを作ったことになる。

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 再度プリントしてみた。今度はちゃんと組み付けられた。かなりゆるゆるだけど、その分スムーズに回る。

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 一応手回しバージョンはできました。手で回すにはハンドルが小さいので、こんな風にペンなどで回します。モーター化は後日考える。ちっさいモーターがあるといいんだけどね。なお、肝心のボールがまだ届いてないので、玉転がしとして機能するかはまだ不明です。

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posted by toshinagata at 22:46| 日記
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