<オフィス24スタジオ・ケーススタディ6>                             3D ボルテックス・ジェネレーターを作ってみた 〜3Dスキャナー&3Dプリンター活用編〜 | お知らせ・事例紹介

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2014/11/28 <オフィス24スタジオ・ケーススタディ6>                             3D ボルテックス・ジェネレーターを作ってみた 〜3Dスキャナー&3Dプリンター活用編〜

オフィス24 スタジオにて事例をご紹介するケーススタディのコーナー今回はその6となります。

オフィス24 スタジオには隠れた人気機器「セルフ3Dスキャナー」があります。

今回の事例紹介は、3Dスキャナー&3Dプリンター活用編として、このボルテックス・ジェネレーターを3Dで作ってみようというものです。

 

<ボルテックス・ジェネレーターとは>

飛行機やグライダーの設計・制作において乱流化促進の加工のために翼面に突起を施されることがあります。このような突起:渦発生器を、乱流翼(ボルテックス・ジェネレーター:Vortex generator)と呼び、軍用ジェット戦闘機では世界初の垂直離着陸用(ホーカー・シドレー)ハリアーが有名で、このハリアーには翼上面にボルテックス・ジェネレーターが「画像1」のように複数個、取り付けられています。

 

また、自動車や電車においても、高速走行時の気流を制御して走行安定性や直進安定性などを高める目的で、ボルテックス・ジェネレーターが使用されていて、国産乗用車では「画像2」のように標準装備として販売されている車種(三菱 ランサーエボリューションX 05年3月~06年7月生産モデル)もあります。

 

実は経験的に知られていた実例としてはゴルフボールが有名で「画像3」のようにゴルフボール表面には凸凹のディンプルが彫りこまれているのも、この渦発生器のひとつと言われています。これは我々も知りませんでした。(ボルテックス・ジェネレーター解説要主 Wikipedia より一部抜粋)

 

本編の 3D ボルテックス・ジェネレーターを自家用車に装着した実例「画像4」をご参照ください。

確かにハリアーに装着されているものと似ていますね。

 

<さて、3Dモデリングは?>

3D造形でいちばん最初に鬼門となるのが「3D造形のための3Dモデリング」であることは皆さんご存知の通りです。3DCADを実務などでおやりになっている方々から見れば、3Dモデリングはひとつの作画の一種のように思われるかも知れませんが、素人から見ると実際には至難の業のひとつです。

 

オフィス24 スタジオでは、iPadで指で描いてカンタンに3Dモデリングをするワークショップを今まで何度か行っておりますが、今回のように目的サイズや形状があらかじめ定まっている場合には適さない方法です。そこで今回はとってもアナログな3Dモデリング方法を取り入れました!

 

<アナログな3Dモデリング方法とは?>

「画像5」をご覧ください。これは今回のボルテックス・ジェネレーターの元型各種です。

実はこれ、紙粘土を使って手でこねて作ったものなのです。小学生の時の気持ちが蘇るようですね!

このように違う大きさのものはまたひとつ、と、紙粘土をこねて元の形をぞれぞれひとつ作ります。

乾く前にボティなり装着するピラーなりの微妙なカーブに合わせて形状と下面カーブを調整します。

紙粘土は乾くと若干小さくなりますし、造形後にはサンドペーパーなどで表面やバリを削るので、ひと回り大きめに作るのが良いかと思います。

 

<3Dスキャナーを使います!>

とってもアナログな3Dモデリング方法で作った元型を、オフィス24 スタジオの3Dセルフコーナーにある3Dスキャナーを使い、デジタル3Dデータにします!

「画像6」は今回のボルテックス・ジェネレーターの元型を、3Dスキャナーの円形スキャンテーブルに置いた状態です。ただし3Dスキャナーの円形スキャンテーブルの直径は20センチです。

20センチを超えるものは3Dスキャン出来ません。これは比較的小さなものに適した3Dスキャナーです。

 

<.stl 3Dデータに書き出し!>

このボルテックス・ジェネレーターの元型の場合、オフィス24 スタジオの3Dセルフコーナーにある3Dスキャナーを使って約1時間でスキャンが完了しました。

「画像7」は今回の事例にご協力いただいた元型を作った「カーマニア:K氏」が3Dスキャン中のパソコン画面をモニタリングしている様子です。「カーマニア:K氏」は、買う事は出来ても自分の車にあったサイズのものがなかなか無いため、今回の試作に踏み切ったそうです。後述しますが、3D造形の後処理にいろいろ苦労していただきました。また「カーマニア:K氏」は、下地処理&本塗装も大変意欲的に取り組まれました。

 

このように、実際にどのようにアナログの紙粘土の作品が3Dスキャナーでスキャンされデータ化されていくのか?を眼の前で確認出来るのも、オフィス24 スタジオの3Dセルフコーナーの醍醐味のひとつです!

 

3Dスキャンが完了したら、今回は色が付かないPLA樹脂用の3Dプリンターで3D造形するので、.stl 形式で3Dデータを書き出しします。.stl 形式でのデータ書き出しは簡単で、数分で完了します。3D造形用の3Dデータがこれにて得られたわけです!

これは実は凄いことなのです。数年前では考えられなかった最新技術の賜物なのです!

 

<Cube X を使っていよいよ3D造形!>

.stl 形式の3Dデータを元にいよいよCube X を使って3D造形です!

「画像8」は Cube X の造形テーブルに3Dデータを座らせて位置決めした様子です。

「画像9」は同様の手順で違う大きさのボルテックス・ジェネレーターを3D造形している途中の様子で、Part density : Mid の場合このぐらいの厚みのフレームが自動配置され造形時間の短縮をはかります。

今回、PLA樹脂で3D造形に、約1時間半かかりました。積層ピッチなど諸条件は次の通りでした。

 

<3D造形 参考DATA>

造形マテリアル:PLA樹脂

PLA材色:PLA White 

積層ピッチ:0.25mm

Raft : None

Support : None

Part density : Mid

3Dデータ作成:3Dスキャナーから.stl 3Dデータに書き出し 

STLデータを Cube X ドライバーで出力条件設定後3Dプリント

 

<紙粘土元型、PLA3D造形、塗装仕上げ後の比較>

3D ボルテックス・ジェネレーター完成です!

「画像10」は、その比較画像です。奥から、、、、

・紙粘土で作った元型

・PLA樹脂で3D造形したもの

・サンドペーパー処理等下地&本塗装した完成品

を並べました。

(サンドペーパー処理等下地&本塗装については次の項目以降に記述しました)

 

<3D造形の後処理に苦労!>

PLA樹脂で3D造形したものを、車に貼り付けて実用とするためには、この後、サンドペーパー処理等下地&本塗装をする必要があります。この3D造形の後処理に苦労があるのです。

 

まず、アスペクト比(2次元形状の物の長辺と短辺の比率を指す)の関係で、長い3D造形物はどうしても、どこか途中でやや曲がる傾向があります。

これを「画像11」のようにヒーティングし暖めてあげて曲がっている部分を元に戻してあげなくてはなりません。

ここではカー用品や日曜大工で売っているヒートガン(工業用ドライヤーで強力なヘアドライヤーのようなもの)を使ってPLA樹脂で出来た3D造形物を曲げ直している様子です。やけどに注意しましょう。

 

そしてこの後、サンドペーパー処理等下地&本塗装を施します。いちばん楽しい時間です♪

本塗装後乾燥させた3D ボルテックス・ジェネレーターの裏面に厚手両面テープをやや小さめに貼って完成です!お疲れさまでした。

下地処理&本塗装の説明は、他の事例紹介に詳しく記載していますので、そちらを参考にしてください。

 ↓

<3D造形物への表面処理→本格塗装>

http://www.office24studio.jp/news_detail.php?id_code=47

これを参考にしてください。

 

<車に装着した実例>

「画像12」は、本編の 3D ボルテックス・ジェネレーターを自家用車に装着した実例です。

小さくて良く見えませんが、実はサイドミラーの上面には、上記のいよいよ3D造形!で紹介した

3D造形途中「画像9」完成物のミニミニ3D ボルテックス・ジェネレーターも装備しています。

今回の事例にご協力いただいた「カーマニア:K氏」本当にありがとうございました。

 

 

オフィス24スタジオは、このような事例も応援していきます!

皆さんも是非、チャレンジしてみてください!

ご相談などもお待ちしています!

 

オフィス24スタジオ スタッフ一同

 

 

※オフィス24スタジオのセルフ3Dプリントコーナーに設置してある

 3Dプリンターのプリンタードライバーが無料で入手出来ます。

 Win版に加えて、Mac版もあります。ご興味ある方はダウンロードください。

  ↓

Cube X オフィシャルホームページ

    http://cubify.com/en/Products/CubeXTechSpecs?SSAID=325983

(ページ左側中程にある「Download software for >MAC  >WINDOWS」 

 から、それぞれのプリンタードライバーがダウンロード出来ます)


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