3Dプリンターで想像を形に。3D CAD編 #3 3Dプリンタを意識したモデリング ～制約を理解して最適な形状作成。3Dプリンタは何でも作れるわけじゃない～

こんにちはRcatです。
前回の記事で3DCADを使ったモデリングについて解説しました。
これにて3D形状が作れるようになったわけですが、その形状が必ずしも3Dプリンタで作れるわけではありません。

というわけで、実際に物を作ろうと思った場合は、モデリングの時点で3Dプリンターの制約を考えなければなりません。
この記事では代表的な制約と私の回避方法について解説していきます。
実際に作った形状を出しながら、こういう理由で制約を回避しているという風に説明します。

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制約とは?

上の方でもお話ししましたが、3Dプリンターの制約とそれの回避した上での形状作成を考えていきます。
実際世の中に出回っている製品のほとんどは何かしらの生産の都合上で形が決まっているものというのも多くあります。

身近にある物の形状制約の例

例えばこちらをご覧ください。
100均で買ったソーイングキットの箱です。
この箱を真正面からよく見てみると右のようになります。
箱のくせに壁が垂直じゃないですね。ちょっと斜めってます。これは生産上の都合であると考えることができます。

この場合は抜き勾配であると推測されます。
図にすると以下のような感じです。

基本的にプラスチック製品は金型によって作られています。
型に溶けたプラスチックを流し込んで固まった後、そこから製品を外すという感じですね。
この時が問題で、右のように垂直な状態だと型から抜けないと言ったことが起こります。
一方、今回の箱のように斜めに角度をつけておけば簡単に外すことができます。

こういったものが生産上の制約となります。
この箱で言えば垂直な面は作れないというのが制約ですね。

3Dプリンタでの制約

ここからは3Dプリンタの制約について見ていきましょう。
3Dプリンタは最初の記事でも紹介したように、下から積み重ねて物を作っていきます。
これはつまり過去に積み重ねていったものに接続していないものは作ることができないということです。
では、この製造的特徴からどのような制約が生まれるのか見ていきましょう。

オーバーハング

どんな制約か

宙に浮いたものは印刷できませんということです。一番有名なものですね。

図にするとこんな感じです。
こちらの図ではT字形の形状を印刷しようとしています。
まっすぐ上に積み上げていくところまでは順調でした。しかし、横に伸びてくる部分で支えがなくて、下に垂れてしまっています。
これでは正確な形状を作ることができません。

実際にやるとこんな感じになります。
ある程度までは水平方向でずれても大丈夫なのですが、特定の角度を超えると支えきれず、ケバケバになります。
ある程度厚みがあれば何層をかを犠牲にして、その上をきれいに作ることはできますが、そんなことしないですよね。

対策方法

それではオーバーハングの対策を見ていきましょう。

印刷方向を変更する

まず最初に考えるのは印刷時の向きです。
先ほどのT字型立てる必要ありますか？
他の制約上どうしようもないのであれば立てる必要があるのかもしれませんが、いらないなら寝かせればいいのです。

寝かせた場合、真横から見た状態で水平方向に飛び出すところがなくなるため印刷可能となります。

サポート材を使う

私はあまり好きではありませんが、本当にどうしようもなくなった時はサポート材を使うというのもありかと思います。
ただし、後述する問題があるのでサポートありきで考えるのはおすすめしません。

先ほどの形状をサポート材ありで作ると以下のようになります。

なんだできちゃうじゃんと思ったかもしれませんが、もちろん弱点もあります。詳しくはサポートのセクションまで読み進めてください。

角度を変更する