3D プリント モデル パーツを使用したことがある場合は、モデルのスケーリングがスライサー ソフトウェアでスライダーをドラッグするだけではないことをご存知でしょう。人型ロボットや器用ロボット用のカスタム ロボット ハンド ハウジング、消費者製品の小型プロトタイプ、または産業機器の交換部品を印刷する場合でも、これはデジタル デザインを機能的で用途に適した部品に変えるかどうかを左右するステップです。 3D プリンティング モデル パーツのサプライヤーとして、私は何年もかけて、滑らかで意図したプリントが歪んで機能しない混乱を招くスケーリングの間違いのトラブルシューティングを行ってきました。初期設計の微調整から最終的なスライス調整まで、スケーリングには技術的な精度と実際の製造上の制限のバランスをとる必要があります。正しく行う方法を詳しく見てみましょう。
まず、核となる質問から始めます。「そもそもなぜスケールする必要があるのか?」画面上では完璧だが、小さすぎて組み立てられない、または大きすぎてターゲットのアセンブリに適合しないというデザインを持ったクライアントが私のところに来ました。たとえば、前四半期の顧客は、テスト装置に取り付けることを目的とした 1:10 スケールのロボット グリッパー設計を持ち込みましたが、印刷の段階になって、小さなヒンジ ピンが小さすぎてストレス下で保持できないことに気づきました。 20% スケールアップすると、ピンが機能するのに十分な堅牢性が得られました。ただし、それはよくある落とし穴を回避するためにいくつかの重要なボックスをチェックした後でのみでした。寸法を調整する前の交渉の余地のない最初のステップは、元の設計の単位系を確認することです。ミリメートルとインチを混合したり、スライサーのデフォルトが別の単位であるときにデザインが 1 つの単位で構築されたと仮定したりすることほど、迅速なスケーリングを妨げるものはありません。以前、新しいクライアントに、CAD ソフトウェアが実際にはミリメートルとして保存した「インチ」とマークされた 3D モデルを送ってもらったことがある。 25.4 (換算係数) でスケールすると、1 インチのベアリング マウントが、SLS 印刷サービスのビルド プレートに収まらない 25.4 インチの巨大なものになってしまいました。最初に必ず単位を再確認してください。SolidWorks、Fusion 360、Blender などのほとんどの CAD ツールでは、「ドキュメント プロパティ」または「シーン設定」メニューで単位を設定および確認できます。
次に、どの寸法を均一にスケールするのか、どの寸法を選択的に調整するのかを特定します。均一なスケーリング (モデル全体を 1 パーセントずつ拡大または縮小する) は、多くの部品、特にプロトタイプや重要ではない装飾部品に有効です。しかし、機能部品など、ヒューマノイドおよび器用ロボット用のカスタム ロボット ハンド ハウジング私たちは生産しているため、均一なスケーリングが必要になることはほとんどありません。ロボットハンドの握力は、ジョイントハウジングの正確な直径、指セグメントの長さ、ギア間のクリアランスによって決まります。すべての寸法を 15% 拡大すると手が大きくなる可能性がありますが、ギアの噛み合わせが外れたり、曲げるときに指がぶつかったりする可能性があります。これらのパーツでは、全体のサイズに対する均一なスケーリングと重要な機能に対する選択的なスケーリングを組み合わせて使用します。たとえば、ビルド プレートに合わせてモデル全体をスケールし、後処理中に発生する収縮を考慮して内部ベアリング ポケットのみを数ミリ単位で調整します。3D プリント プラスチック部品または樹脂3Dプリント部品。ここで重要なのは、「重要な」寸法 (フィット感、機能、または組み立てに影響する寸法) と「重要でない」寸法 (外観にのみ影響する装飾トリムなど) を区別することです。
スケーリングで最も見落とされている部分の 1 つは、3D プリント特有の収縮と公差を考慮することです。 SLS、FDM、樹脂など、どのテクノロジーを使用しても、3D プリントされたすべてのパーツは冷却して硬化する際にわずかに収縮します。たとえば、SLS 印刷では、粉末状のナイロンまたはポリプロピレンを層ごとに融着させて使用します。パーツは、材料によって異なりますが、冷えるにつれて各軸で約 0.2 ～ 0.5% 収縮します。 UV 光で硬化した樹脂パーツは、通常 0.3 ～ 0.8% とさらに収縮するため、多くの場合、それを補うために少量の追加のバッファーが必要になります。私はこのことを、ビジネスの初期に苦労して学びました。顧客が小型ロボット用のカスタム ギア ハウジングのセットを注文しました。このセットは、寸法が均一で収縮がないと想定されていましたが、到着するとギアがまったく噛み合いませんでした。内部ギアの歯に 1% の追加バッファを付けて再印刷する必要があり、これによりフィット感が完全に修正されました。そのため、私たちのチームと協力するときは、スケールされたすべてのパーツに常に「材料固有の公差」レイヤーを追加します。 SLS 印刷サービスでは、提供するすべてのプラスチック材料の収縮値が事前に調整されているため、スライサー設定に正しい材料コードを入力するだけで、モデルのスケーリングと収縮の調整が簡単になります。樹脂パーツの場合、より高い収縮率を考慮して、スライサーではなくモデルの準備ステップ中にスケール係数を調整します。
もう 1 つのよくある間違いは、薄肉パーツのスケーリングを誤ることです。壁の厚さが 2 mm 未満の小さなハウジングまたはブラケットをプリントする場合、そのパーツを均一にスケーリングすると、壁が薄すぎて構造的に使用できなかったり、厚すぎて緊密なアセンブリに適合しなかったりする可能性があります。たとえば、厚さ 1.5 mm のビンテージ家電の交換部品を 1.8 mm まで拡大すると、十分な強度が得られますが、誤って縮小すると壁が 1.2 mm になり、軽い圧力で亀裂が入ってしまう可能性があります。薄肉パーツをスケーリングする場合は、スライサーの壁厚ツールを使用して、スケーリング後の最小壁サイズを確認します。ほとんどのスライサーには、材料に対して壁が薄すぎる領域にフラグを立てる「最小壁厚」設定があります。薄肉用3D プリントモデルパーツでは、壁の厚さを元の設計と同じに保ち、必要なフィット感に合わせて全体の外形寸法のみを調整する、選択的なスケーリングをお勧めすることがよくあります。こうすることで、部品が拡大または縮小しても、薄肉の構造的完全性が損なわれることはありません。
フィットとアセンブリは、スケールされたモデルを印刷に送信する前に完了する必要がある最終チェックです。画面上では寸法が完璧に見えても、実際の世界でパーツがどのように適合するかをテストする必要があります。ネジで固定する部品の場合、部品を拡大する場合は、ネジ穴の直径に 0.2 ～ 0.3 mm を追加します。ネジを締めるとプラスチックがわずかに圧縮する可能性があるため、余分なクリアランスにより、ネジが引っかかったり、穴が潰れたりするのを防ぎます。ペグと穴など、一緒にスライドするパーツのクリアランスをテストします。穴のサイズと正確に一致するペグでは、層の接着によりきつすぎるため、樹脂パーツの場合は 0.1 mm、SLS パーツの場合は 0.15 mm のクリアランスを追加すると、スムーズなフィットが保証されます。私は常に、バッチ全体を印刷する前に、スケールされた 2 つのパーツで「ドライ フィット」テストを行うことをお勧めします。小さなプロトタイプを注文する場合は、最初に低コストの素材で印刷してフィット感を確認し、次に最終的な生産に向けて拡大縮小および調整を行います。これにより、再印刷にかかる時間と費用が大幅に節約されます。これは、クライアントを満足させるために重要であることをすべての 3D プリンティング モデル パーツ サプライヤーが知っています。
ここで、さまざまなユースケースのスケーリングについて話しましょう。プロトタイプのスケーリングは、製品パーツのスケーリングとは大きく異なるためです。たとえば、プロトタイプは、細部を見やすくしたりテストしたりしやすくするために、拡大または縮小されることがよくあります。ロボット アームの 1:2 スケールのプロトタイプは動きをテストするのに最適ですが、2 倍にスケールすると小さなセンサーが大きすぎて適合しない可能性があるため、センサー マウントのみを選択的にスケールして元のサイズを維持することもできます。一方、量産部品では、互換性を確保するために、すべてのユニットにわたって一貫したスケーリングが必要です。 100 個のカスタム ロボット ハンド ハウジングを作成する場合、すべてのハウジングがまったく同じ寸法である必要があるため、すべての部品に単一のスケール係数を使用し、材料ごとに固定の収縮調整を適用します。そうすることで、カスタム変更を加えることなく、すべての手が同じロボット モデルに適合します。大量生産の場合は、完全な生産を実行する前に、最初に小規模なバッチ (5 ～ 10 ユニット) のテスト印刷を実行して、スケーリングの一貫性をチェックします。以前、電動工具用に 500 個のギア ハウジングが必要なクライアントがいました。 10 個のテストユニットを印刷し、それぞれを測定したところ、ギアの歯のスケール係数が 0.1 mm ずれていることがわかりました。倍率をそのわずかな量だけ調整すると、500 ユニットすべてが完全に適合し、再印刷がゼロになることを意味します。
特定の 3D プリント技術のモデルのスケーリングについてはどうですか?そこで経験が本当に違いを生むのです。たとえば、FDM の最小フィーチャ サイズは約 0.8 mm であるため、0.5 mm のフィレットを使用してモデルをスケーリングすると、それらのフィレットが消えたりギザギザになったりします。 SLS プリントでは、最小 0.3 mm の小さなフィーチャを処理できるため、小さなディテールを含むモデルを安全にスケーリングできます。樹脂印刷は最も正確で、最小 0.1 mm のフィーチャを備えているため、テキストや小さな機械部品などの細かいディテールを含むモデルの拡大縮小に最適です。私たちがクライアントのプロジェクトのパーツのスケーリングに取り組むときは、どのテクノロジーを使用しているかを常に尋ねます。それによってスケーリング戦略が変わるからです。樹脂プリント用の小さくて詳細なモデルには、SLS 用の大きな構造パーツとは異なるスケール係数が必要になります。たとえば、当社がロボット企業向けに印刷するカスタム ロボット ハンド ハウジングには、強度と柔軟性に優れた SLS ナイロンが使用されています。これらのパーツをスケーリングするということは、SLS の低い収縮率に合わせて調整し、指のセグメントがスムーズに動くのに十分な長さを確保することを意味します。これらのハウジングに樹脂を使用すると、繰り返し使用するには部品が脆すぎるため、材料と技術に合わせてスケーリングが行われます。
機能だけでなく、美しさを拡張するという問題もあります。置物や展示品などの装飾モデルを印刷する場合、拡大縮小はより柔軟になりますが、それでも比率の歪みを避ける必要があります。私は、クライアントが中世の騎士のモデルを 20% 拡大し、誤って足を不釣り合いに伸ばしてしまい、フィギュアがぎこちなく見えてしまうのを見てきました。見た目のスケーリングを行うには、CAD ソフトウェアの「均一スケーリング」ツールを使用し、ビューポートで比率を再確認します。ほとんどのツールには、頭のサイズ、腕の長さ、胴体の高さなどの主要な特徴を測定して、比率が保たれていることを確認できるルーラー ツールが備わっています。スタイルの比率を調整する必要がある場合は、全体の倍率を変更するのではなく、選択的に行ってください。こうすることで、モデルは機能を損なうことなく、意図した外観を維持します。
結局のところ、印刷用に 3D モデルをスケーリングするのは 1 ステップのプロセスではなく、部品の機能、使用される材料、および 3D 印刷テクノロジに応じた一連のチェックと調整です。カスタム ロボット コンポーネント、交換部品、または装飾モデルをプリントする場合でも、時間をかけて単位を確認し、重要な寸法とそうでない寸法を区別し、収縮を考慮し、フィット感をテストすることで、コストのかかるミスや再印刷を避けることができます。 3D プリンティング モデル パーツのサプライヤーとして、私は小さなスケーリング エラーでもプロジェクトが台無しになるのを目の当たりにしてきたため、チームと私はすべての注文に対してこれらの手順を優先しています。ロボット用のカスタム ロボット ハンド ハウジング、機能プラスチック部品、または高精細な樹脂部品など、正確なスケールの 3D プリント部品が必要なプロジェクトがある場合は、私たちがお手伝いします。私たちのチームに連絡してプロジェクトについて話し合い、ニーズに合ったカスタム見積もりを取得してください。
参考文献:
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