2018年05月30日

スピーカーユニットの交換(3Dプリンターでバッフルを作成)

はじめに

前回は「音楽連動照明を制作中」という記事を書きましたが、今回はオーディオに関する記事です。音楽連動照明は現在作成中ですので、しばらくお待ちください。

今回作成したのはこれです。

P2300327.jpg

P2300328.jpg

何を作ったかというとFountek製5cmスピーカーユニットFR58CをFostex製8cmスピーカーボックスP800-Eに組み合わせるバッフルです。

FR58C.jpg
(FR58Cの外観。画像はコイズミ無線から)

FOSTEX(フォステクス) P800-E スピーカーbox (P800E)

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今回はこの作成したバッフルについて説明します。


目次



1. きっかけ

以前FR58Cと3Dプリンターで作ったスピーカーボックスを組み合わせて、スピーカーを作成したという記事を書きました。


P2300013-2.jpg

上記のスピーカーとは別に、秋月電子で扱っている8cmスピーカーユニットF77G98-6をP800-Eに組み込んだスピーカーも作りました。
(この記事を書いているときに確認したのですが、秋月電子からF77G98-6の商品ページが無くなってました)


P2290731.jpg

ただどちらのスピーカーもそこそこ鳴りはするのですが、どちらも音が良いとは言い切れず不満がありました。 そこでFR58CをP800-Eに組み合わせた音を試してみようと思いました。
しかし試そうと思ったはものの、FR58Cは5cm、P800-Eは8cmと大きさが全く異なります。よってそのままでは組み合わせることはできません。
ですので、5cmのスピーカーユニットを8cmのスピーカーボックスに組み合わせられるバッフルを作ります。 木材をカットして作る方法もありますが、私は木工の設備が無いため3Dプリンターで作ることにしました


2. バッフルの作成

これが作成したバッフルの3Dモデルです。Fusion360で作成しました。

2018-05-30.png

FR58Cはバッフルの内側(スクリーンショットの上側)にあるヘコみの部分に取り付けます。 多少は音質的に有利になるかな?と思い曲面を多めにしています。

造形した物がこちらです。

P2300325.jpg

P2300326.jpg

少しでも密度を高めるために、造形時の設定で充填率は90%と高めにしています。


おわりに

作成したバッフルをスピーカーユニットやスピーカーボックスに取り付けました。

P2300411.jpg

秋月300円スピーカーにP800-Eを組みあわせたスピーカーと音を比較すると、FR58Cを使ったスピーカーの方はだいぶ中高音がすっきりしています。スピーカーユニットの口径が8cmから5cmへ小さくなったので低音の量は減りましたが、ボックスの容量が1.8Lと5cmスピーカーユニットに対しては大きいからか多少は出ています。

個人的には低音の量はあまり重視しないので、中高音が綺麗になったこちらの方が好みです。交換して良かったなと思える音です。




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2017年05月08日

3Dプリンターで造形した色々な物

3Dプリンターを購入したので、小物置きなど色々作ってみました。
 
P2290442.jpg
 
P2290445.jpg
 
左の方から順にリモコン立て、ひげ剃り置き、小物置き、照明器具です。リモコン立ては造形しただけだと寸法が合わずリモコンが立たなかったため、段ボールで調整しました。照明器具は以前作成した物の外装を変更したものです。中には1WパワーLEDが3つ入っています。
 
3Dプリンターを使えば物を自分で好きなように作れるので便利です。ですが造形物の形状によっては造形に失敗したり、ある程度大きくなると造形時間や材料が増えて1日くらいがかかったりします。ですので、どんな物でも自由に作るのは難しいなといった感じです。
気軽に作れるサイズとなると3cm四方の立体くらいでしょうか。10cm四方とかになると造形に数時間かかります。例えば写真の左上の2台分のリモコン立ては5時間半、右の照明器具はカバーとLED台座を合わせて4時間半造形にかかっています。
 
こんな感じで3Dプリンターを使って色々作っていました。そろそろArduinoとか電子工作関係の記事を書きたいなぁ。
 

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2017年04月07日

3Dプリンター(FlashForge製Dreamer)の購入

タイトルの通り3Dプリンターを購入しました。これまで(ラズパイカメラ用ケース照明器具)にも3Dプリンターで色々作ったりしてきましたが、これらを作るときは3Dプリンターを貸してくれる作業スペースに行って使っていました。ですがそれだと移動する手間とか使用料金が発生します。だいぶ3Dプリンターの使用に慣れてきて使用頻度も上がってきたので、買った方が良いと思い購入しました。
 
購入したのはFlashForge製Dreamerという3Dプリンターです。
 
 
この機種を選んだのはこれらの理由からです。
  • レビューサイト(Amazon、3D Engineer)で評価が高い
  • 造形サイズがそれなりにある(225mm × 150mm × 140mm)
  • 本体寸法が小さめ(485mm × 400mm × 335mm)
  • ヒーテッドベッドがある
  • 最小積層ピッチが0.05mmと細かい
  • 日本代理店が存在する
 
個人で買う3Dプリンターの中でも高価な機種ではありますが、性能や保守対応が良さそうなので、これにしました。
 

実物が下記の写真です。大きさのイメージ的にはオーブンレンジといったところでしょうか。机の上にもなんとか置けます。
 
P2290236_web-2.jpg
 
Dreamerにはそれなりの量の付属品があります。フィラメント(ABS白・PLA白がそれぞれ1リールずつ)、交換用ビルドシート、金属製ヘラ、などです。最低限必要な物は一式揃っているので、3Dプリンターを購入すればすぐに造形できます。
 
P2290222_web.jpg
 
購入後の作業は若干の組み立てやフィラメントの挿入があります。組み立ての際には付属のSDカードに入っているマニュアル(英語・日本語)や紙のマニュアルを参考にするのですが、作成日が異なっているのかそれぞれのマニュアルに書いてあることが若干違います。紙のマニュアルに書いてあることが最新みたいですので、それを参考にするのが良さそうです。
 

Dreamerを動かすためにFlashprintというソフトウェアが付属しています。このソフトウェアのサンプルにSnakeというモデルがあったので、造形してみました。
 
2017-04-07.png
 
造形したのが下記の写真です。使用した材料はABS、精度は標準(積層ピッチ0.18mm)です。造形時間は1時間3分、消費フィラメントは2.49mでした。
 
P2290233_web-2.jpg
 
さすがサンプルモデルだけあるなといった感じで、結構綺麗に造形できています。ヒーテッドベッドのおかげでABSなのに反りが発生していませんし、骨のような部分の輪郭もくっきりしています。
 

とりあえず使ってみた感じ、なかなか良さそうな3Dプリンターです。もっと色々造形していこうと思います。
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2016年12月20日

Raspberry Piカメラ用ケースの作成 -第3回:設計と製作

はじめに

今回はカメラケースの3Dモデルを設計し製作した過程を説明します。説明内容は作成するために試行錯誤したことが主ですので、特にこれといったまとめとか結論とかはないです。私が試行錯誤した点などを参考にしていただけたら幸いです。
 

目次

 

1. 概要

図1と図2がカメラケースの3Dモデルです。図2にはそれぞれの箇所に名前を付けています。(各名称は私がそう呼んでいるだけなので、一般的な名称と違うかも知れません)
 
2016-12-20.png
図1 カメラケースの3Dモデルその1
 
dec20_カメラケース.png
図2 カメラケースの3Dモデルその2
 
それぞれの箇所には目的があり、目的と箇所をまとめたのが以下の表です。
 
表1 設計の目的と箇所
目的 箇所 試行錯誤したこと
カメラの固定 レンズ穴、ねじ穴 設計と実物のずれの調整、上下での寸法のずれ
ケースの固定 バンパー 固定方法の検討、上下での寸法のずれ
材料の削減 開口部 開口部の大きさ
反り対策 ブリム ブリムの厚み
 
次からそれぞれの目的について説明します。
 

2. カメラの固定

カメラの固定にはネジとナットを使っています。
P2280859-2.jpg
図3 カメラケース表
 
P2280860-2.jpg
図4 カメラケース裏
 
ケースのねじ穴やレンズ穴の位置がカメラと一致するように設計しないといけません。それぞれの穴の位置はカメラの図面を参考にしました。(Raspberry Pi Camera Module)
ただし、カメラのレンズ部分が傾いているせいか、図面の寸法通りの位置にするとカメラの中央が若干ずれました。そのため、図面の寸法から上図の下方向へ0.5mmほどレンズ穴をずらしています。
 
レンズ穴とねじ穴は2つの図形を組み合わせています。レンズ穴は大小の円、ねじ穴は六角形と円です。
下側の小さい円の穴はケースを貫通(h=3.8mm)させ、上側の大きい円や六角形の穴はレンズフィルタやナットの高さとほぼ同じ(h=2.0mm)にしています。
 
2016-12-20 (2).png
図5 レンズ穴とねじ穴の拡大
 
それぞれの穴を作る上で苦労したのが、実際に造形すると設計と実物で寸法がずれることです。さらに寸法のずれは造形物の上下で異なります
 
下図は3Dプリンターで造形したスペーサーです。設計上はまっすぐな円筒なのですが、下部の方が広がっています。おそらくですが、3Dプリンターは1層1層重ねて造形するため、下部は重みによって潰れて広がるのだと思います。
 
DSC04578.jpg
図6 スペーサー(下部の方が広がっている)
 
そのため、下側の穴は実際の寸法より1mm程度大きくして設計しています。これで実際に造形したらちょうどよい大きさとなりました。
一方上の穴は設計と実物のずれがほぼありませんでした。ですので、実際の寸法通りの値で設計しました。
 

3. ケースの固定

第1回でも説明したとおり、元々はただはめるだけで固定できるようなケースを作るつもりでした。そのための工夫がバンパーです。
理想としてはカメラケース全体の大きさが公式ケースの開口部より若干大きくなる程度に作り、このバンパーに弾力を持たせてカメラケースと公式ケースを押さえつけることで固定するつもりでした。
ですが、先ほど述べたような下の方が潰れて広がるなどカメラケースの寸法がうまく調整できず、さらにバンパーの大きさが小さくあまり弾力もなかったため、この方法は上手くいきませんでした
 
ただ、実際に作って思ったのですが、仮にケースの寸法やバンパーの弾力がちょうど良くなるように作れたとしても、この方法ではしっかりと固定できない気がしています。
カメラみたいにねじやナットを使ってケースと固定するように作れば良かったなと思っています。
 

4. 材料の削減

開口部は体積を減らすために作成しました。またRaspberry Piはそこそこ発熱するので、放熱効果も期待しています。
3Dプリンターは材料を重ねて造形しますので、体積を減らせば必要な材料や造形時間を減らすことが出来ます。材料や時間を減らすことでコストカットにもなりますし、試行錯誤の回数を増やすこともできます。
とはいえ、あまりにも開口部を大きくすると造形物の強度やケースの保護の観点から問題があるので、以下の基準を満たすように作成しました。
  • 造形物の各縁は5mm以上間隔をあける
  • 開口部の幅は10mm以内に抑える
  • 開口部の骨組みは1mm
 
dec20_カメラケースの固定.png
図7 開口部の設計基準
 
スライサーでSTLファイルをGコードへ変換する際に造形に必要な材料や造形時間を見積もることが出来ます。開口部の有無で見積もり結果を比較したのが以下の表です。
 
表2 開口部の有無による材料や時間の比較
  必要材料[g] 造形時間[h:m]
開口部有り 7.52 0:55
開口部無し 8.20 0:58
 
上記のように必要な材料は1割弱減りましたが、造形時間はほぼ変わりません。これの理由はよく分かりませんが、体積を減らすことで短縮できた時間と開口部を作ったことで形状が複雑になって増加した時間が互いに相殺し、それで造形時間があまり変わらなかったのだと思っています。
 
それでも若干ですが造形時間は短くなりますし、材料の削減や放熱効果も期待できますので、開口部は設けることにしました。
 

5. 反り対策

3Dプリンターは材料を熱で溶かして層を重ねることで造形していくのですが、時間が経過している下の方ほど冷えるため、材料の上と下で温度差が発生します。さらに造形材料によっては熱によって伸縮するため、温度差が発生すると造形物が下図のように反ります
 
P2280580.jpg
図8 反りが発生した造形物
 
反りを防止するために、造形物の周辺にブリムを付けます。ブリムを付けることで造形物が3Dプリンターの台座に密着するため、反りを抑えられます。
 
P2280766.jpg
図9 ブリムにより反りを抑えた造形物
 
P2280770.jpg
図10 ブリムの有無による反りの比較
 
何度か試した結果、ブリムは0.4mmがちょうど良かったです。
 
このように反りはブリムによって対策も出来ますが、反り対策を行っている3Dプリンターもあります。反りには造形物の温度差が関係しているので、台座や造形物周辺の空気を暖めることで造形物全体を暖めて温度差をなくし、反りの発生を防ぎます。
 

まとめ

このように設計と造形を繰り返して問題点を探しながら、カメラケースを作成しました。5回目の造形でようやく今のカメラケースを作ることが出来ました。また造形しただけで完成ではなく、ブリムを切り取ったり、広がっている下の方を削ったりと手作業も行っています。
簡単に作れるとまではいかないものの、それでも自分が欲しいものを自作できる3Dプリンターは便利ですので、今後も活用していくつもりです。
 
これでカメラケースの作成は終わりです。また何か出来たら、ブログを更新します。
 

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2016年12月13日

Raspberry Piカメラ用ケースの作成 -第2回:3Dプリントの流れ

はじめに

前回は作成したカメラケースを紹介したので、今回は作成過程を説明します。
作成過程の説明は2回に分け、今回は3Dプリントの流れ、次回はカメラ用ケース作成過程を説明します。
 

目次

 

1. 3Dプリンターの仕組み

3Dプリントでは3Dプリンターが作成物を造形します。造形方法は複数あり、安価な家庭用3Dプリンターだと熱溶解積層法が一般的です。
Youtubeに熱溶解積層法で造形している動画があったので、紹介します
 
 
上の動画のように熱溶解積層法では溶かした材料をノズルから出力していき、その層を積み重ねることで造形します。
作成したい3Dモデルの断面図通りに3Dプリンターのノズルを動かすことで、3Dプリントを行うことが出来ます。
 

2. データ作成の流れ

3Dプリントを行うには3Dプリンターのノズルを断面図通りに動かす必要があるわけですが、そのためにはいくつかのデータを作る必要があります。その流れは以下の通りです。
  1. 3D CADで3Dモデルを作る
  2. 作成した3DモデルをSTLファイル(汎用的な3Dデータ)に変換する
  3. STLファイルをGコード(3Dプリンタを動かすためのデータ)に変換する
  4. Gコードを元に3Dプリンターが造形する
 
最初に必要となるのは造形物の3Dモデルです。これを3D CADで作ります。作り方はまた後ほど説明します。
 
2016-12-13 (7).png
図1 3Dモデル
 
3Dモデルの作成を終えたら、その3DモデルをSTLファイルという形式に変換します。
基本的に作成した3Dモデルは作成に使用した3D CADでしか開けません。そこで他のソフトなどとやり取りが出来るように、STLファイルと呼ばれる汎用的な3Dデータに変換します。こうすることで他のソフトと3Dモデルをやり取りすることが出来ます。
 
2016-12-13 (8).png
図2 STLファイル
 
上図のようにSTLファイルは物体を三角形の集合体として表現しています。この三角形の数が多ければ多いほどデータ容量は大きくなりますが、高精細なモデルとなります。
また、STLファイルの時点でSTLビューワーと呼ばれるソフトを使い、そのモデルが現実的かどうかのチェックをします。例えば、厚みが0となっている箇所はないかとか、2つの物体が重なっていないかなどのチェックです。
 
モデルに問題がないのであれば、STLファイルをGコードに変換します。Gコードは3Dプリンターのノズルの動きを表したデータで、変換ソフトをスライサーといいます。
Gコードは動きを表しているので、この軌跡通りに3Dプリンタのヘッドが動きます。特に図4のように真上から見ると、ノズルの動きが分かりやすいと思います。
 
2016-12-13 (11).png
図3 Gコードの3Dモデル
 
2016-12-13 (9).png
図4 Gコードの3Dモデル(真上)
 
あとはこのGコードを3Dプリンターに読み込まれば、造形することができます。
 
3Dプリントを行うためには3Dモデル・STLファイル・Gコードといった3つのデータを作成する必要がありますが、(精度を求めなければ)STLファイルやGコードは変換することで作成できます。ですので、3Dプリントを行うために作成するメインのデータは3Dモデルです。
 

3. 3Dモデルの作り方

3Dモデルを作成するための3D CADは多数ありますが、私はAUTODESK社の123D Designを使いました。
Autodesk社 123D Design
 
この3D CADは無償で使うことが出来ます。また、私はDMM.makeのサイトに使い方の動画が掲載されています。
この記事でも3Dモデルの作成方法を簡単に説明しますが、詳細な使い方はDMM.makeの方を参考にしてください。
DMM.make 動画でマスターする、3Dデータのつくり方 3D CADコース
 
123D Designでは平面図を書き、その平面図を立体にし、それらの立体を組み合わせる、という行程を繰り返して3Dモデルを作成します。
 
まずスケッチと呼ばれる平面図を書きます。
 
2016-12-13 (16).png
図5 スケッチの作成
 
2016-12-13 (2).png
図6 完成したスケッチ
 
次にそのスケッチに対して押し出しという操作を行って立体にします。
 
2016-12-13 (13).png
図7 押し出しの様子
 
押し出しでは立体を作るだけでなく、削除することも出来ます。
 
2016-12-13 (14).png
図8 押し出しによる削除
 
このように123D Designではスケッチで図形を書き、そのスケッチを押しだしで立体にして3Dモデルを作っていきます。
ここでは説明しませんが、押し出しを高さ方向だけでなく回転方向に押し出したり、立体の角を丸くする面取りしたり、他にも様々な操作があります。
 

まとめ

今回は簡単にですが、3Dプリントを行うために必要なデータについてと、3Dモデルを作成する方法について説明しました。
次回は実際にカメラケースを作成した過程などについて説明します。
 

参考資料

  1. "3Dプリンターの原理(個人向け)". MONOWEB:. http://d-engineer.com/3dprint/3dprintergenri1.html, (参照日:2016-12-13)
  2. "ここから始める、3Dプリンタ&モデリング基礎知識". Impress Watch:. http://akiba-pc.watch.impress.co.jp/docs/column/3dpcontest/620205.html, (参照日:2016-12-13)
  3. "3Dプリンターの基礎". MONOWEB:. http://d-engineer.com/3dprint/3dprintergenri1.html, (参照日:2016-12-13)
 

ラベル:3Dプリント 3D CAD
posted by ました at 11:55| Comment(0) | TrackBack(0) | 3Dプリント | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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