Fusion360
3Dプリンターを買ったはいいが、次のサイトなどからデータをダウンロードしてきてプリントする。
ということに飽きてくると、今度は自分で3Dデータを作成したくなります。
しかし、3D-CADなんか触った事がないという人がほとんどだと思います。3Dプリンターでモデルを作るなら、私はFusion360がベストだと思います。
公式サイトを訪問すると、非常に高価なソフトだと感じるかもしれませんが、個人で使用する場合には、機能が制限されたバージョンですが無料で使用する事ができます。機能が制限されたと書きましたが、3Dモデルを作るには全く問題がありません。AUTODESKに登録して、触ってみて下さい。
と簡単に言っても、私も最初何をしたらいいのか、どんなことが出来るのかさっぱり分かりませんでした。そこで、今回のFPV-TANK v2.0を作る過程を詳細に記録してみようかと思っています。
コンポーネント
まず、Fusion360を使う上で、重要な概念はコンポーネントです。コンポーネントとは、部品の設計図や部品自体を入れておくフォルダのようなもので部品をデータとともにラッピングしたものです。
なぜコンポーネントが重要になるのかというと、完成したモデルの一部を修正したい場合に、モデルが細分化されていないと、誤って余計な部分を修正したり、修正したいところが複雑すぎて、なかなか見えないなどの問題が発生するのです。モデルがコンポーネント化されていると、コンポーネント毎の表示や非表示を切り替えられるので、修正したいパーツだけに集中できるのです。
という事で、私は今の所次のようにコンポーネントを考えています。（ここはプロジェクトの進行に伴って、修正されていくと思います）
- FPV-TANKv2.0
- 車体
- 搭載部品
- ラズパイ
- モーター
- バッテリー
- 他
- 搭載部品
- 車輪
- 駆動輪
- 誘導輪
- 転輪
- キャタピラ
- カメラホルダー
- 車体
コンポーネントの中身
コンポーネントの中には、原点、ボディ、スケッチと３つのフォルダがあります。
| 原点 | コンポーネントの原点で、コンポーネントが相対的に移動すると、原点もそれに伴って移動します。 |
| ボディ | 実際の3Dデータになります。 |
| スケッチ | ボディを作るための設計図になります。従って、まずはスケッチの書き方を覚えることから始めることになると思います。 |
駆動輪の作成
それでは、実際にモデリングをしてみましょうか。なぜ駆動輪？と思われる方も多いと思いますが、駆動輪と履帯（キャタピラ）の噛み合わせをデザインしてみたいんですよね。そして、それが噛み合ったら、それだけで嬉しいじゃないですか！
ということで、Fusion360を立ち上げると、次のような画面になります。
次に、ユーティリティ→アドイン→スクリプトとアドインと進み、その中からSpur Gearを選び、実行します。
え？普通はもっと基本から説明するんじゃないのって？
そんなことしていたら、いつまでも完成しません。今回駆動輪は歯車を加工して作ってみます。
Spur Gearを実行すると、歯車を設定する色んなパラメーターが出てきます。
ここで重要なのが次のパラメータになります。
| Module | 歯車の大きさで、噛み合わせる場合は、この値を同じにした歯車じゃないと噛み合わない。 |
| Number of Teeth | 歯車の数です。Moduleと歯車の数で、歯車の大きさ(Pitch Diameter)が自動的に決まります。 |
| Gear Thickness | 歯車の厚みです。 |
| Hole Diameter | 歯車の軸の直径です。 |
私はとりあえず、右のように設定して[OK]をクリックし、歯車を作成しました。
はい。歯車ができました。簡単ですね。
せっかくだからマウスの動かし方。これとても重要です。
- マウスホイールを押し込みながらマウスをドラッグすると、視点をスライドさせることができます。
- マウスホイールを回転させると、拡大縮小します。
- [SHIFT]キーとマウスホイールの両方を押しながら、マウスをドラッグすると、見る角度を変えられます。
- [SHIFT]キーを押しながら、マウスホイールをクリックすると、注視点をその場所に設定できます。
右上にあるこの部分
を使っても様々に視点を変えられます。
次に、この歯車を修正して行きます。画面左下には、履歴を表示している部分
があります。今作った歯車はいくつかの工程を自動でやってくれたものなのですが、その履歴を見て行きましょう。
履歴の所にある[＋]をクリックするとその工程が次のように展開されます。
早送り、巻き戻し、再生などのボタンがありますが、これを使うと、作業工程をワンステップずつ再現してくれます。
- コンポーネントの作成
- 歯車の基盤となる円盤をスケッチ
- 円盤を押し出して厚みをつける
- 歯を一つだけスケッチ
- 歯を一つだけ押し出し
- 歯を必要な数だけ円盤状に配置
- 噛み合わせのために使う円をスケッチ
という７つの工程を自動で行ってくれたのがSpur Gearになります。
さて、駆動輪なので歯車そのままでは使えません。ちょっと歯車の加工をしてみたいと思います。
スケッチの編集
では、履歴の4番目にある「スケッチ2」もしくは、右図のようにブラウザを辿って、スケッチフォルダの中にある「スケッチ2」をダブルクリックしてみて下さい。次の画面のように、スケッチを編集するモードになります。
ここで注意したいのは、「スケッチ2」を編集しているので、歯車の基盤となる円盤だけが出来ていて、それ以降に作られた部分は未作成の状態になります。
そして、歯車一つ分がスケッチされています。ちなみに、表示されている
このマークは「拘束」と言って、緑の線から接線として歯車の形を作る線が伸びていますよという意味です。拘束は他にも沢山あるのですが、それはまた別の機会に紹介します。
また、線には緑色と青色がついています。線の色には意味があって、緑色は固定されて動かすことができない線です。青い線は、位置が固定されていないため、ドラッグすると動きます。
では、歯車のいらない部分を右図のように、ドラッグで囲み、[BS]キーを押して、削除します。
削除したら、縦の青い線を右クリックし、「固定/固定解除」を選びます。
すると、青い線が緑色になり、固定されます。
逆に、緑の線2本を同様に固定解除します。
ここで、縦の線を固定したのは、歯車1つのサイズが変わるのを防ぐためで、横線の固定解除をしたのは、これから角度を変えるためです。
メニューバーの中のスケッチ寸法をクリックするか、キーボードの「D」を押すと、寸法を設定する画面になります。
その状態で、縦線と横線を選択すると、2本の直線のなす角度を設定できるようになりますので、クリックして出てきウィンドウで、80と入力し、[ENTER]キーを押して確定します。
そして、さっき指定した数値にマウスを重ねると、d7:80degと表示されています。ここでのd7とは、内部の変数d7が80度に設定されていて、この2本の直線のなす角がd7に設定されているという事を表しています。
また、この80.0°という寸法はドラッグで好きな場所に移動できます。
では、同様に縦線と下の横線の角度も指定してみましょう。
今度は、寸法のウィンドウにd7と入力します。つまり、上と同じ角度を指定しているのです。こうする事で、後から上の角度を70°とかに変更したら、自動的に下も70°に変わってくれるのです。
両方を80°という具体的な数字にしてしまうと、変更する際に両方を変更しなければいけなくなるので、その手間が省けるのです。
それぞれの角度を見やすい場所に移動してみました。
どちらがオリジナルで、どちらがコピーなのかが分かりますね。
次に、青い線の長さを指定します。
青い線一本だけを選択して、マウスを動かすと、線分の長さを決めることができます。
とりあえず、2mmに設定してみました。
もう一本も変数を使って、2mmに設定します。
設定が終わったら、「ESC」キーを押して、寸法モードから抜けます。
次に、直線を引いてみます。「L」キーもしくはアイコンクリックで線分モードにします。
線分モードにしたら、上の線の先端にある○をクリックし、そこから右下へマウスを動かすと、その場所まで線分を作った場合の角度と長さが表示されます。
ここで、[TAB]キーを押すと、その長さを具体的に指定できるので、角度を30°、長さを2mmとします。
下の線分も同様に角度と長さを決めて線を引き、最後に、先端同士を結びます。
そうすると、結んだ線が黒くなり、線で囲まれた部分が水色で塗られます。線が黒くなったのは、長さと位置が自動的に決まっている（指定することはできない）という意味で、青く塗られたのは、閉じた図形になったという意味です。
閉じた図形になると、やっと厚みを持たせることが出来るようになるのです。
右上に、「スケッチを終了」というアイコンがあるので、それをクリックしてスケッチを終了します。
履歴バーを先に進めると、最初に作ったのとは異なる形の歯車が出来ました！
スケッチの再修正
パーツをFDMの3Dプリンターで印刷することを考えると、駆動輪は2つのパーツに分ける必要があります。そこで、そのための準備として、さっきのスケッチ2に更に手を加えて行きます。
先ほど編集した「スケッチ2」をもう一度ダブルクリックして編集します。
まず、支柱にするための円を描きます。
これはツールバーの円をクリックするか、「C」キーを押します。
中心点をクリックして、指定し、次に14と入力することで、円が描けます。
円を描いたら、スケッチを終了します。
スケッチを終了したら、厚みをつけるために、そスケッチで描いた円のフィーチャを選択して、ツールバーから押し出しを選びます。そして青い矢印をドラッグします。
そうするとこんな感じになります。押し出しの「操作」が「切り取り」になっているのですが、そこを結合にすると、切り取らずに軸が作られます。
軸が作られましたが、ドーナツ型じゃなくて円のフィーチャを押し出したので、真ん中に空いていた穴が消えてしまいました・・・。
仕方ないので、「スケッチ1」にある穴の円フィーチャを選択して、もう一回押し出し、穴を復活させました。今度は「操作」を「切り取り」で。
はい。穴が復活。
今度は、柱の根本を選択して、修正→面取りとします。距離を5mmとすると、次のようになります。
面取りで、傾斜をつけるとちょっとカッコよくなりました。
裏側も8mmで面取りしてみました。
と、ここまで書いてはみたのですが、記事の作成でさっぱり作業が捗らないので、ここから説明をかなりすっ飛ばして、これに穴を開けてこんな感じになりました。
中心の穴は、軸が空回りしないように、少し潰し、反対側と接続するために、小さな穴を4つ開けてみました。ここは短く切ったフィラメントで繋ごうかと思って穴を開けました。
フィラメントの直径は1.75mmですが、それだと挿さらないので、2.1mmで開けています。
実体化
印刷してみました。ここまでアップで撮ると、積層痕しか目立ちませんが、自分でデザインしたものが形になるというのは、ワクワクする瞬間です。
あ、今作ったボディは保存していないので、名前をつけて保存するのをお忘れなく。
ただし、保存し忘れてPCの電源が落ちてしまった！なーんて事が起こっても、Fusion360は常にデータをサーバーに保存してくれているので、再開すれば同じところから作業が継続できます。これもFusion360の良いところですね！
以上、講座1回目でした。（2回目はあるのか・・・）
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