鴨居に引っかけるフックを３Dプリンタで作ってみた

ボンサイラボのBS01+という3Dプリンタで遊んでいます。
高いおもちゃを買ってしまったので嫁に怒られます。ここはひとつ実用的なアイテムを作って3Dプリンタの便利さをアピールしておきます。

何を作ろうかな・・・

長年の懸案事項、かもいに洗濯ハンガーをかけるフックを作ってみる事にしました。

FreeCADでフックを作ってみる

3Dプリンタでフックを作るためにはまず3D CADでモデルを作る必要があります。私は昔Shadeを使っていた事があります。しかしすっかりバージョンが古くなってしまいました。
フリーの3Dモデラーも増えていそうですので何かフリーのを使ってみる事にしました。

フックは機械部品なのでCAD系の方が簡単に作れそうです。そこでFreeCADを試してみる事にしました。

FreeCADでやっておく設定

初めてFreeCADを使うので使い方などの解説はできません。ですので使い方は他のサイト様にお任せです。しかし、試しに作ったモデルをSTLでエクスポートしてRepetier-Hostで読み込んだ所、STLにエラーがあると表示されました。

立方体の真ん中を円柱で減算して穴あきキューブを作り、直径の異なる円柱をたくさん並べてはめ込み寸法を実験するモデルでした。Repetier-Hostに読ませると立方体に空けた穴の側面の裏表がひっくり返ってしまい閉じた立体とみなされないのが原因でした。

ブーリアン演算の設定を変えておく

いきなり使い物にならないのか・・・とFreeCADの設定を覗いていると関係しそうな設定項目がありました。"部品設計"の"モデルの設定"というブロックです。ブーリアン演算どうのこうのと項目があるのでチェックをして試したところエクスポートしたSTLファイルをRepetier-Hostで正しく開くことができました。

フックを作る

フックのモデル

初めて使うCADなので複雑な構造はまだ作れません。まだ3Dプリンタで造形した物の寸法がどうなるのかも判らない状態です。
簡単な2つのスケッチからなるソリッドを組み合わせただけです。
スケッチは鴨居に引っかける上部部品と物を吊るすフックの下部部品から成ります。
まず重要なのは鴨居に引っかける上部部品の寸法です。

こんな簡単なモデルの造形でも1時間近くかかるのでより簡素なモデルを何種類か作って実験を事前にしました。造形した寸法のチェック用、強度のチェック用などです。

材料による造形物の強度の違い、スライサーの違いや設定の違いも今回のフックの造形で把握していきます。

スライサーの設定で悩む

あまりサポート材が必要な造形を試していないのでサポートの扱いが判りません。今回のフックでは物をぶら下げる下部部品の半円部分の造形が問題となります。
まずは造形する向きを決めなくてはなりません。

一番素直そうな置き方は上の図のような方向です。
無駄に傾斜を付けた形をしているため造形テーブルに接する面が少ないです。傾斜を無くして造形しやすいモデルに直すのが良いのですが今回はサポート材の使い方の経験値を上げるのも目的です。フックの半円の造形も難しそうです。

試しに実験モデルをPolyMax PLAで出力をしてみると・・・

テーブルに接する部分にだけサポート材を作る設定にしました。サポート材とモデルってどうやって区別するんでしょうか？ほぼ一体となっているので取り除くのが面倒です。
サポート材が無いフック先端部分はかろうじて形になっています。フィラメント垂れまくりです。
スライサーはCuraを使いました。層が変わる時に移動距離が最短になるような動作をするようです。そのため、下の層のフィラメントが冷える前に上の層のフィラメントを載せてしまいます。冷えるのを待つ設定はどこかにあるのでしょうか？

この積層方向ではフックに物をぶら下げた場合、せん断力が積層面方向にかかってしまいます。強度が出そうにありません。

造形する向きを変えます。
力がかかる方向が積層方向と同じにならないようにした方が強度は強いでしょう。フックの半円の形状も造形しやすいです。フック部分が浮いているのでこの下にサポート材が作られる事になります。

スライサーはSlic3rを使う用にしてみました。これまた初めて使う事になるのですが、Repetier-Hostから使う分にはSlic3rの方が細かい設定ができそうなので試す事にしました。冷える前に上の層を作る事がない動作ができるようです。

それでは造形して実際に使い物になるか試してみる事にします。

PolyMax PLAで造形

まだサポート材の設定の仕方が判ってません。ちょっと荒くしすぎました。サポート材ははがし易くなったのですがモデル側の面がきれいに造形できませんでした。垂れ気味で隙間が空いてしまいます。

ABSで造形

ABSでも造形してみました。相変わらずBuildTakを使っているのに定着してくれません。Brimを付けてかろうじて造形完了しました。
サポート設定を変えつつ試してます。ちょっと良くなりました。下部フックのある場所と無い場所で層間の段差があるようです。冷える時間が異なるためでしょうか。XYの位置再現性でしょうか。バックラッシュかもしれません。

造形したフックはかもいにピッタリ

さて、実際に使い物になるでしょうか？
かもいに引っかけるタイプのフックはたくさん市販されています。我が家も3種類くらい買って試していましたが洗濯ハンガーが揺れると落っこちてしまうものばかりでした。上の写真を良く見るとかもい上部に傷跡が見えると思います・・・
今回作ったフックは寸法もばっちりで安定しています。洗濯ハンガーが揺れても落ちる気配はありません。誰も褒めてくれないので自己満足に浸っています。

最近気温が急上昇で柔らかくなった気もします。夏と冬で寸法が違いそうですね。
実際に洗濯物を干して3日ほど様子を見ていますが壊れる気配はまだないです。

今回はフィギュアみたいな観賞用ではなく実用品なので見た目はどうでも良いためサポート材の除去などは真面目にやりませんでした。

次は見た目重視の造形の仕方を勉強していきたいと思います。