3D CADと3Dプリンタ体験セミナー #1

3D CADと３D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

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。

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