三次元ＣＡＤ超入門

三次元ＣＡＤといえば機械や建築の定番のツールある。 現在の開発では役割分担と専門化が進み、 ギア・カムなどの機構は機械やロボの人に、 構造物の造形美は建築や美術の人に任せ、 電情の人は自分の専門分野である 「電」や「情」で活躍することになる。 とはいえ、自分の手元ですぐに作りたいものもある。 例えば…

この基板のケースが欲しい ネジ穴のない基板を固定したい 特殊形状コネクタのホルダが欲しい カメラをこの位置・角度で取り付けたい 雑々とした小物を整頓配置したい

など、ケース、ホルダ、ステーなどの小物作りである。 ここではまず必要最小限のスキルの習得を優先し、 より凝った形状の設計は追っての自学自習を勧める。

三次元物体の製作にあたっては、 まず、 三次元ＣＡＤソフトを使って作りたいものの形状データを作成する。 ここでは Autodesk Inventor Professional を使用する。 設計した形状データを ３Ｄプリンタ制御ソフトに読み込み、 製造条件を設定して出力する。 ここでは MakerBot Print あるいは XYZ Print を使用する。

三次元ＣＡＤによる設計手順

三次元ＣＡＤの練習(1)

三次元ＣＡＤソフトで以下のような立体を設計せよ。 大きさや位置は問わないので、とにかく似たような立体をつくってみよう。

XZ平面に四角形を描いて上方に押し出し できた四角柱の前面に円を描いて押し出して穴を掘る 四角柱の上面に三角形を描いて回転させて突起をつくる

キーワード：作業平面、スケッチ、押し出し、フィーチャー

三次元幾何学図形設計のポイント〜拘束

拘束とは、図形の位置や形状を確定するための条件である。 例えば…

• 点の一致
相手は点、端点、中点、直線、円
• 同一直線上
直線と直線
• 平行、直交、水平・垂直（対XYZ軸）
直線と直線、直線や２点
• 寸法（長さ・距離、角度）
線分、点と点、点と直線、直線と直線
• 同心円、接線
円と円、円と直線

• 「点の一致」と「直交」で直角な頂点
• 円弧と直線を「接線」と「点の一致」で接続
• 中点と中点の「水平」でセンタリング

三次元ＣＡＤの練習(2)

練習(1)で作成した図形に対して、以下の通り位置や寸法を指定してみよう。

• 四角形は一辺 30mm の正方形、高さは30mm （つまり、立方体）
• 円の中心は前面の中心、半径10mm、穴の奥行きは20mm
• 回転体の軸は上面の中心で左右方向の辺と並行、軸の長さは12mm、軸の中心から垂直方向に12mmの二等辺三角形を回転、回転範囲は上面の範囲内 （つまり、180°）

キーワード： 拘束、自由度、 構築、 ジオメトリの投影、 プロファイル

三次元形状データの出力

設計した形状データを、３Ｄプリンタが読み込める形式に変換して出力する。 以下のような形式がよく用いられる。

３Ｄプリンタによる出力

今回は、熱で溶かした樹脂をノズルから出して積層していくタイプのものを使用する。 出力コストは比較的安価（数十円〜数百円）で、 精度はそこそこ （1mm弱）、 強度はまあまあ、 熱には弱く、 表面はざらざら、 淡色だが多様な色を選択できるが、という特徴がある。