3D CAD と３ D プリンタ体験セミナー～ FreeCAD で設計編～

2014 年 7 月 26 日

株）ディビジョン・エンジニアリング

セミナー概要

• FreeCAD ってどうなの？• FreeCAD で設計する• V ブロックとフランジモデリングしてみ

る• 3D プリンタ DS.1000 ってなあに？そ

もそも 3D プリンタって？• Repetier-Host と Slic3r• プリントしてみる

プレゼンター紹介氏名　大内　功

• 昔– ネットワークエンジニア– CATIA カスタマイズ– PDM/BOM エンジニア

• 今– 株 ) ディビジョン・エンジニアリング 代表– Rhinoceros カスタマイズ (← 本業 )– 工作機械向けソフトのエンジニア ( 自動プロ /CAM) （←本業）– 自社 3D プリンタ DS.1000 のソフト＆設計 – 明星大学 非常勤講師（ 3D 数学 &CAD 実習 )– （ささやかな）オープンソース活動

• 機械系 CAD 界では、古来より「ハイエンド」と「それ以外」製品の間に、「越えられない壁」が。

• 「フィーチャーベース」「ヒストリとリンク」「パラメトリック・ソリッド」といった機能で、ん百万クラス高機能 CAD たち (CATIA, Creo, Inventor, SolidWorks, NX…) の代名詞的機能のことです。

• GPL/LGPL な FreeCAD が、壁を越えちゃった !• 開発中（ベータ状態）だが、

全く問題なし。

FreeCAD ってどおなの？

FreeCAD 詳細

• 主要用途：機械、製品設計（種々のプラグインで拡張することで、さらに広範囲に対応可能）

• 初版 :2002 年• 開発： GPL/LGPL ラインセンス下でオー

プンソース開発が行われている• 動作環境 :Windows/Linux/Mac• 最新バージョン :0.14

とにかく作ってみる V ブロック編

モデリングの流れ

仕様確認主要な基準面とスケッチャー平面決める

主要なフィーチャー構成考える

モデリング 完成

■V ブロックの仕様* 幅 40.0mm, 高さ :20.0mm, 奥行 :10.0mm* V 字部 :2-C10* V 字部切欠き :奥行き 10.0mm 幅 2.5mm, 溝底面高さ 5.00* ブロック両側中心 2-M5 通し穴

流れ① 主要な基準面とスケッチャー平面決める

• スケッチャーって何？ ⇒カタチのベースとなる 2D の絵。 FreeCAD では、好きな平面に好きなだけスケッチャーを作れる。

奥側を基準面。

穴は上面基準。

流れ① その２ スケッチャー概要（後ほど、ご一緒に操作します）

絵を描くツール群。

寸法( 拘束 )を決めていくツール群。

ぶっちゃけ寸法 ( 拘束 ) 付の、2D CAD です。

流れ③ 主要なフィーチャー構成考える

• フィーチャーって何？⇒ソリッドを作るための「機能」。例：パッド、穴、等々。– 蛇足：広義では、なにもかもがフィーチャーだった

りする。

押し出し（ pad)フィーチャー

穴（ Hole)フィーチャー

複製（ Mirror)フィーチャー

※ 溝は後で考えよう… ( 汗

どんな風に ( フィーチャーを ) 作り込んでいくか、ざっくり考えておく。

流れの説明終わり。次、早速モデリング。

スケッチャー起動• FreeCAD起動後、新規ドキュメント作成

⇒スケッチャーワークベンチ切り替え⇒新規スケッチャー

起動新規作製

スケッチャーワークベンチ

新規スケッチャー

ちょっとまった、ワークベンチって ?

• CAD があまりにも多機能になっちゃったので、やりたいこと（ツール群）をグループ化して切り替える事にした。

• CATIA ではこれを気取って「ワークベンチ」と呼ぶ。

• みんな (!?) も真似することになった。

FreeCAD のワークベンチ：スケッチャー、パート（ソリッド調整）、パートデザイン（ソリッドデザイン） 、ドラフト（寸法）、ドローイング（製図）、その他諸々。

スケッチャー①

• 「方向を選択」ダイアログが出る。

• 何も考えず OK を押す。

スケッチャー②

• 「直線」か「ポリライン」あたりのコマンドで、ガンガン線を引く。⇒後でしっかり寸法入れます。

• 「 4角形」を描いて、「トリム」しても良し。

線追加＆

トリム

スケッチャー③ 拘束

• 「辺」（エッジ）を選択し、拘束を指定。

• 以下同様に、垂直距離　　、距離　　、直角　　拘束を指定する。

エッジ選択

水平距離

距離入力

拘束完成

スケッチャー③ 拘束その２

• 右図状態だと…

*C 面が平行移動できる* 全体もぐらぐら動く（ドラッグできちゃう）

⇒拘束が足らない。ソルバーさんもご指摘。

スケッチャー③ 拘束その３

• C 面部は 2直線を選択し、角度拘束　　　、135度指定。

• 左下と原点の点をピックし、一致拘束。

角度拘束 適用

スケッチャー④ ひとまず完成

ソルバーさん：「完全拘束です、線を緑色にします」

（特別な理由が無ければ）完全拘束するまで拘束を入れる。理由：間違いが分かり易い。

スケッチャー⑤ ん !?覚えのない拘束が…

水平、垂直線や、閉直線として作成された頂点は、自動で（適宜）拘束されます。やめることもできます。※ 「フィルター」解除で、全ての拘束が確認できます。

パッドフィーチャー追加

• スケッチャーを抜けて、　　• ワークベンチを PartDesign とし、• 押し出し（パッド）　　　選択し、• 10mm を指定、 OKボタンを押す。

グリグリしてソリッドを確認

• マウスで選択 (Select) 、移動 (Pan) 、拡大縮小(Zoom) 、回転してみる。

• フィットコマンド　　　も使ってみる。

ついでにモデルビューも見る。グループを表す。

アンダースコアは

Untitledと読む !?パッドフィーチャー さっき書いた

スケッチは、パッドに使われ非活性化している。

スケッチを「使った」パッドフィーチャーである（と考える）

スケッチャー再び①• パッドの上面選択し、スケッチャー発動

⇒もしくはスケッチを先に書いて上面に「割り付け」ることもできる。

フェースピック

スケッチャー起動

ぐごごーっとモデルが回転し、

スケッチャーへ

ソリッドのフェースにスケッチを「関連づける」イメージを持つ。

スケッチャー再び②

• 適当に、　　を使って円作成。

• 仕様は「ブロック両側中心に 2-M5 通し穴」。よって半径拘束　 　値 2.5mm 。

スケッチャー再び③• あとは円の中心位置を右下原点から距離拘束すれば OK 。

• しかし。奥行が変わることが予見できているとして、こんな風にやってみる：* パッド外形補助線抽出* 中間点生成* そこを円の中心に

= =

= =

スケッチャー再び④

エッジリンク

エッジピック もう一回

エッジピック

点２を２つ打ち（詳細略）

点とリンクされたエッジ選

択

中間（シンメトリー）拘束

　縦横

得た 2 中点と、円の中心点の水平・垂直距離拘

束いずれも0.0mm で…

スケッチャー再び⑤ 中心に配置でけた。

穴フィーチャー

• スケッチャー抜けて、穴（ポケット）フィーチャー指定。

• タイプに「貫通」を指定し、 OKボタン。

モデルビュー確認円を描いたス

ケッチ(Sketch001) を使い、 Pad に穴

をあけてPocket フィーチャができた。

いちいちモデルビューを見て、アクティブなもの、非活性なものを確認すること。

溝用スケッチャー①

• 方針：溝用スケッチを描いて、パッド作成し、ブーリアン演算で溝を作る。

仕様 : * V 字部切欠き : 奥行き 10.0mm 幅2.5mm, 溝底面高さ 5.00

溝用スケッチャー②• 4角形の高さは、指定なかった（図は自由度を残したまま）。

• 奥行 5.0mm でパッド。

パッド

ブーリアン演算①

• Part ワークベンチへ切り替え。• Pocket 、 Pad001

（削除元、削除するもの）の順で選択。

• ブーリアン減算（カット）を選択。

ブーリアン演算②

• モデルビューにご注目。• ブーリアン演算対象である、

２フィーチャが非活性化し、　カットフィーチャができた！

ミラー

• ミラーフィーチャでCut フィーチャ指定し、鏡像面を「 YZ 平面」とし、OKボタンを押す。

ミラーフィーチャー• ミラー

フィーチャーは、下位の構成（コピー元）を非活性化しない。

• 1 部品化するために、 2オブジェクト選択して…

ミラーフィーチャー

• ブーリアン結合　　しる。

フュージョン でけた

保存

• 他 CADへの引き渡しは STEP でエクスポート。• 3D プリンタには STL でエクスポート。

• FreeCAD形式（ .FCStd) での保存も忘れずに。

Fusionフィー

チャー選択

ファイル-> エクスポート

ファイル生成

Repetier で開いてみた

ちょっと待ったぁぁ !• 設変：厚み 10.0mm⇒15.0mm にしてくんね？高さ 20.0mm⇒17.5mm にしてくんね？

Pad の厚みを変え

る

Sketcherの

高さを変える

3秒で反映 ^^)v

なお。溝作成用のパッドのスケッチで、「高さ」を適当に決めた。これはブロック高さによって問題となる可能性がある。解決策：高さをちゃんと入れ完全拘束する！

回転モノも作ってみる フランジ

回転フィーチャ• 断面スケッチ作成。• 回転フィーチャ 　　　　で回転体作成。

回転フィーチャは、デフォルトで”スケッチ上の垂直軸”を回転軸として 360度のソリッドを作成。もちろんカスタマイズ可能。

透明度・色とか

• 芯厚など見ながらスケッチしたいので…

⇒モデルフィーチャー右クリック→表示で、　　透明度や色を変更。

リブ下側部のスケッチ• 円筒フィーチャーのアウトラインをエッ

ジリンクとして取り込めないので…

• このフェースにスケッチを描くことにした。

この方向のアウトラインを、どうやってもスケッチに取り込めねー

選択ス

ケッチ

エッジリンク作成時の注意• どうやら、スケッチ同一平面にあるエッ

ジだけ、エッジリンクとして作成できるっぽい。この

エッジリンクは作成できるが、

これはダメ(同一平面にない )

「点をオブジェクト上に固定」拘束

• 4角形スケッチを作成し、内側の 2頂点は内側立ち壁上に固定

内周、外周の円のエッジリンクを活用し、スケッチ作成

4角形の 2頂点を内周円上

に。後は辺の距離

拘束

点を作成。外周円上、 X軸上に固定

し、4角形の辺と距離

拘束

パッド作成

押し出しパラメーターの

「面まで」の機能を使ってみる。

リブ上部の、ロフト用スケッチ２つ

フェース選択して、

エッジリンク使いスケッチ

２つ作成

ロフト完成。ブーリンアン演算で、リブ部のみを抽出。

Partワークベンチのロフ

ト

パッド＋ロフト -回転体

= リブのみ

そいつを回転して 3個に。ブーリアン結果に回転フィーチャが付かない ( 今のところ ) 。よってインスタンスコピー＋回転。

元フィーチャを回転すると混乱するので、自分の位置に 3 ミラー。自分

(Pad) は隠す。

「ファイル」「編集」「配置」より、Mirror#1,2を Y軸回り

120 ° / 240°回転。

Revolution とフュージョンし、一体モンに。

フィレットします。

• お約束

・フィレット対象フェース群は 1 フィーチャ内に。　（要するに一体モンであれば OK ）・大きい R からかけていく。

1R.5R

完成

やっぱ高さ 22.5mm だった• ブロックより構成が深いので計算時間が

かかるようだ。 4秒で対応完了。

まとめ• ハイエンド CAD のフィーチャーベースモデリ

ングが出来ちゃう FreeCAD 。拘束、リンク、構成を丁寧にモデリングする必要があるが、設計変更にはめっちゃ強い。

• 商品版 CAD にくらべ、特定のリンクが取れないとかフィーチャーが付かない等の制約はあるが、基本機能が豊富で品質が高いので「どうにでもなる」。

• 3D プリンタ用モデルは、特に肉厚や R 等、モデルの微調整しつつプリントすることが多い(私は ) 。なんで 3D プリンタに「ぴったり」。

ご清聴ありがとうございました。

休憩後、 3D プリンタ体験に移ります。