[18日目] ぷらっちっくのかんたんなお話。身近なものでバキューム成形

去年につづいて今年も性懲りもなくアドベントカレンダーに参加します、デザインエンジニアのしんじろです。最近だとMKZ4のステアリング機構の設計を担当しました。

今回は多くの製品に使用されているプラッチック(プラスチック)についてちょっとだけお話したいと思います。

プラスチックとはなんなのか

工業製品で使用されているプラスチックですが、プラスチックという単一種類の材料を指しているわけではなく、ものすごく多種多様なのはご存知でしょうか。
プラスチックというのは自動でポコポコできるイメージ(確かに量産が始まるとポコポコできますが……)ですが、割りと職人さんの感と経験とか生産地の季節気候なんかが影響する生物(なまもの)みたいなものだったりします。

しかも、普段プラスチックに触れているエンジニアの方々もすべての素材を使用したことがあるような方はほとんどいないでしょうし、完全に特性を理解している人も稀でしょう。
んで、駆け出しの工業デザイナーさんやスタートアップのハードウェア起業家さんがかっこいいアップル等の商品力を目指し、かっこいいデザインを求めて無茶な形状にしてしまい、生産前になってトラブってしまうケースが多々あります。

そう、かっこいい商品作りたい、私もそうです。気持ちはわかります、えぇ、わかりますとも。
が、しかし、プラスチックは万能な素材ではなく、特性もあれば欠点もあります。不向きな形状やデザインもわりと多く存在します。

一見なんでも自由な形状が作れます。ですが、複雑化すればするほど、その分大幅にコストがあがります。
大手企業の場合は大量にを作ることで、その分コストをかけてそれらを解決してる場合も少なくないようです。

とはいえハードウェア・スタートアップな仲間を始め個人での製作にはそんなコストはかけられません。
そんなわけで、プラスチックを製品に使用する上で、頭の片隅に入れておいたほうがいいポイントが6つあります。

設計をプラスチックで考えるときのポイント

1・色選びは慎重に

製品の色に真っ白とか真っ黒を選択するのは避けましょう。きれいなその通りの色を出すのは結構なコストが発生します。
そのほかにも車などで汚れが目立ちやすい色はハードルが高いと考えてください。また発色のいい色は退色の問題も含んでいます。極力、色に多少のバラツキがでてもわかりづらい色を選択するのは重要です。

2・シンプルな形状にご注意

垂直とか水平、直交とか狭い面積だったら成功率は上がりますが、面積が広ければ広いほど長ければ長いほど難易度が上がります。
プラスチックは成形時又は整形後に意外と変形します。

3・表面仕上げでの冒険は……

テッカテカの高光沢仕上げや、規則性のあるテクスチャ(これが色々あって目移りするほど)はこだわりたくなるのもうなづけます。
ただ、板キレの状態や単純な円筒形状でもない限りトラブルが起きる可能性は結構高いと考えてください。

4・細い、鋭い形状は結局危ない

鋭利な角(シャープエッジ)はかっこいいけど、ちょっとぶつけたら割れるとか、触れたら怪我をする懸念があります。また成形時にトラブルが起きる可能性も高いので、避けた方が無難でしょう。

5・複雑な嵌合は避けよう

「バンダイのプラモデルとかレゴブロックはきれいに各パーツ同士がはまるじゃん」とおもいますよね。えぇえぇそうですとも、それが製品の生命線ですし、製作者の技術(共に各国内生産)は世界でも屈指です。
そしてそれらの生産数量はとてつもない量なので、ある程度コストをかけることができます。少数ロットでコストをおさえて……という場合にはもちろん不向きです。

6・基本の製造行程は製氷トレイをイメージする

製氷トレイで氷を作ったことはあるでしょうか? 氷ができたらトレイひっくりかえして氷がバラバラ出します。プラスチック成形も基本的にはあのような抜き形状だと考えてください。取り出しはピンで押出したり、型を割ったりと様々です。このような型から抜く際のハードルが上がる=複雑な形であると、さらにコストがかかったり、問題が起きやすくなります。

これらを加味していくとな~んも好きなことできないじゃん……と思われがちですが、実際世に出ている製品見ても上記が当てはまらない場合もあります。それはエンジニアがうまく考えてやってたり、工場によって得意不得意あったりしますので、頑張って付き合ってくれる工場やエンジニア探してしっかり話をすることも大事です。
場合によっては「こうしたいんだけど、どうしたらいいかな?」って聞いてみると解決策を提示してくれたります。

 

身近なものでプラスチック成形にチャレンジしてみよう

ここまではプラスチックの大枠のお話でしたが、実際にプラスチック成形を自分でやってみたらより理解が深まるとおもいます。ということで身近なものでプラスチック成形にチャレンジしてみましょう。

DIYでできるプラスチック成形といえば、カヌーやヘルメット等に使用されるFRPと商品パッケージ等に使用されるバキューム成形がよくあります。今回ホームセンターや100円ショップのものを集めてできるバキューム成形にチャレンジしてみたいと思います。

必要なもの

まずは資材一覧です。

①箱:
A4くらいの大きさと、掃除機のノズル(直径4cm位)が刺さっても余裕がある深さのトレイ状の箱。
今回はホワイトウッド1×6材3フィート材をカットして外枠を作り、5mmのベニヤを底面に貼り掃除機ノズルサイズの穴を開けました。

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バタバタしながら作ったので作り荒いけど大丈夫w


 

②枠:
成形の材料を貼り付けて固定する枠が必要です、100円ショップにある額縁がそのまま使えて簡単です。

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③タッカー:
枠に材料を打ち付けて固定するのに使用します。取り外しに手間がかかるので、もっと楽にって人は両面テープでもいいかもしれません。

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タッカー


 

④掃除機:
バキュームするのに掃除機が必要です、家庭用で十分です。

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小型掃除機


 

⑤カセットコンロ:
直火が怖い方は電気コンロでもいいですが、IHでは熱が空気中に出ないので材料が加熱できませんのでコイルの物をチョイスしましょう。

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自宅にあったカセットガスコンロ


 

⑥原型:
これは成形する形状の元になる物です。プラスチック成形というと金型等金属型を思い出しますが、今回はある程度の硬さがあればなんとかなります。今回はコペンのミニ四駆を使うことにしました。フロントガラスがボディと同色で埋まってるのが気に入らないので、これを機にフロントガラスのパーツを作ってみます。

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ミニ四駆コペンのボディです。


 

⑦成形台(パンチングメタル等):
箱上面に蓋をするように設置します。ピッチで穴を開けておりここから吸気されていきます。
今回はピッタリはまるようにレーザーカッターで専用品作っちゃいました。

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成形台


 

⑧:両面テープ、ガムテープ等:
各所接着、固定に使用します。

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⑨成形材料:
今回はPET材の0.5mmを使用しました。ただ、0.5mmってDIYバキュームにはちょっと厚めなようで、もう少し薄いものを選んでいただくとよさそうです。
※ちなみにポリスチレン板は熱を当てると縮んでしまうので使えません。(ごめんなさい、材料の写真撮るの忘れました)

自宅バキューム成形のやり方

これで道具と材料の用意はできたので、いよいよ成形してみましょう。

作業の順番としては、加熱装置ON→材料加熱→材料が柔らかくなったら掃除機スイッチON→材料枠押し付け→各所スイッチOFF、となります。
動画では端折ってますが、1分位は加熱してます、火に近づけすぎると白化したり穴が空いてしまうので注意してください。

バキューム成形の手順

ステップ1
箱の開口部にノズルを固定する、隙間があるとそこから空気が抜けちゃいますので、しっかり穴を塞ぎましょう。

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ステップ2
箱上部口にパンチングボードを両面テープで取り付けます、こちらも隙間のないように。

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ステップ3
ノズルに掃除機を取り付けて試運転、パンチングボードの穴からしっかり空気が吸引されているかチェックしましょう。

ステップ4
原型そのままでもできなくはないですが、あとの取り外しが大変になりそうな形状の場合は粘土等で穴を塞いだりしましょう。

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今回は粘土でフェンダーを塞ぎました。

ステップ5
材料を縁にタッカーで打ち付け、しっかり固定します。

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ステップ6
最後の仕上げです。今回は必要な部分がフロントガラス部だけなので、ここを後ほど切り取って完成です。

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なんだかお遊び程度の成形のように思えますが、商品パッケージに使用されるブリスターパックなんてのはこれとほぼ同じ原理で成形されています。つまりパッケージ試作なんかはこんな方法でもできるってことですね。
自宅でかんたんにできますので、みなさんもチャレンジしてみてください。

ではまた~

スマホで操作する改造ミニ四駆製作キット「MKZ4」を使ってさらに魔改造する。

画像

MKZ4」のステアリングパーツの設計を担当した、しんじろです。

かつてミニ四駆(否レーサーミニ四駆)から始まり、タミヤ社さんのグラスホッパーやホットショット等でラジコンに親しんだ世代です。コロコロコミック主催のレースで好成績を収め、その勢いを持ってタミヤグランプリに出場、大人の容赦ない資金力に負けて涙を飲んだこともあったりしました……

さて、スマホでワイルドミニ四駆をスマホでコントロールできるように魔改造するキットMKZ4ですが、スマホでコントロールして遊んでいると元祖ラジコン世代としてはふとラジコンと比べてしまい思うことがあります。

……動き鈍くね??……もっと上を目指せるだろ??……

これはレスポンスを改善するしかないでしょ~、ってかIoTなんて知ったことか!やっぱプロポでコントロールしたい!ステアリングはホイールでアクセルはトリガーで(スティックでも可)コントロールしたいのじゃ~ってことで、ワイルドミニ四駆をMKZ4を使って通常ラジコン化の再魔改造をしたいと思います。
 
 

改造準備

まずは、以下のものを用意します。

2chプロポ(Receiver:受信機付属)

プロポと受信機

プロポと受信機


 

スピードコントローラー:Brushed ESC (超小型130モーター対応品

ESC

ESC


 

それから乾電池3本では心もとない(っというかそもそも電圧足りない)のでちょうど社内にあった、ドミネーター用7.2Vリポバッテリーを使わせてもらいました。

ドミネーターのLi-Poバッテリー

ドミネーターのLi-Poバッテリー

ご覧の方は手に入りにくいと思われます、ここで用意したESCの対応電圧は4.8V~8.4Vですから、その範囲でできるだけ小さい(ボディ内に収めたいので)ものを選んで調達してください、↓のようなホビーラジコン用なんかもなんとか乗っかるかもですね。

バッテリーはラジコン店などでも手に入りますが、Hobbykingというその世界では有名な海外通販等なんか安く手に入ります。

ラジコン用Li-poバッテリー

ラジコン用Li-poバッテリー


 

必要なのはこれだけですが、ESCはブラシモーター用を選んでください、ブラシレスモーター用は普通の130モーターでは使用できません、出力は10Aもあれば大丈夫でしょう。
Amazonでもこんなのが出てました。海外通販のリスクとってでも(又は到着までの時間がかなりかかっても)もっと安いのがいいようという人はaliexpress辺りを探してみると500円以下であったりします。ちなみに私はaliexpressで探しました、価格は400円程度でしたが、発注から到着まで3週間程度かかりました。
 
 

改造着手

では具体的に改造してみましょう。

ESCには小さいコネクターがついてたりしますので、そのまま使用するのも簡単でよいかと思います。

  1. メイン基板とはんだ付けされたモーターを外し、モーターの配線をESCのモーターラインとつなぐ。
    ※コネクターがついてる物に直接接続する時はコネクターをぶった斬り、コネクターを活かす場合はモーター側に同型のコネクター線をつなぎます
  2. 電池ボックスの配線をESCのバッテリーラインまたはバッテリー用コネクターとつなぎます。
  3. サーボのコネクターをレシーバーにCH1ソケット差し込む。
    MKZ4付属のSG90サーボはオレンジ色の線がシグナルになりますので、レシーバーの表記にしたがって差し込みます。
  4. ESCのコネクターをレシーバーのCH2に差し込む。
    ESCによって異なる場合もありますが、大体白い線がシグナルになるかと思います。
    受信機にコネクターをぶっこむ

    受信機にコネクターをぶっこむ

  5. 配線が完了したら動作テストをし、問題なければMKZ4で作成したスマホコントロール基板と電池ボックスを撤去し、両面テープやタイラップ等を使って配置する。
  6. ボディも各所バッテリーに干渉する場所や、ステアリングを切った状態でタイヤが干渉する場所はチェックして随時カット。
  7. さらにに付属の電池ボックスを改造して着脱を簡単に、そして金具を加工して電池の+、-接点にうまく接触するようにしました。

 

配置完了

配置完了

完成。

なんとか収まった

なんとか収まった


 

ハンドル動かしてみます、アナログなのでキレ角も自由自在ですし、レスポンスも抜群です。

 

ってなわけで走らせてみました。
ヒャッハー!!キレッキレだぜい。

 
 

今度はモーターを強力なのにしよっかな♪

あ~それとね・・・極秘裏にこんなの進行してます。。

Print

では~

[13日目] 3D CADと工業デザインのプロセスの変遷みたいな話

こんにちはCerevoデザインエンジニアのしんじろです、LiveShell 2の外装デザイン&設計を担当しました。

大手や有名企業出身者が多い弊社に於いてはちょっと異質な経験を積んでたりする叩き上げの工業デザイナーです、前職ではTE○GA Vacuumなんとかのデザインをやってたりしていました。

今日は近年の工業デザイン&エンジニアリングに欠かせないソフトウェア、3D CADのお話をしたいと思います。
 


 
自分が社会人になった1998年位というのはちょうどエンジニアリング技術が過渡期にありまして、ドラフターでの手描き図面やら2D CADが混在し、そして3Dが世に出始めた時でした。

自分は今までMicroCADAM→AutoCAD→SolidWorks→CoCreateModeling→Fusion360と経験し、その他にもスポットでProEngineerやらCATIAやら、NXやらも触る機会がありました。

まず、それから約20年経ってその勢力図はどうなったかという話をしたいと思います。
 
 

drawing

(参考)ヤンマミュージアムに展示しているケン・オクヤマのデザインスケッチ

グラフィックデザイナーやWebデザイナーさんたちは概ねAdobe社のソフトに一本化されてるような状態かと思いますが、3D CAD界に関してはそうも行きません、なぜならそれぞれの親会社が大手が多く、ユーザーも満遍なく散りばめられており、一度馴染んでしまったソフトはなかなか切り替えにくいからです。

その中でも多くのユーザーを抱えているのが、自動車業界を中心にユーザーが多いダッソー・システムズ社のCATIA、シーメンスPLMソフトウェアのNXや、家電業界にユーザーが多いPTC社のCreo、中小企業が中心のSolidWorks、2D CADで絶大な勢力を誇っていた、Autodesk社のInventorなどがあげられます(それぞれも別々のソフトだったものが買収等で統合されたりしてます)。

それぞれのソフトは何が違うかというと基本的なところはあまり違いはありません、細かいことでいうと用語が違ったりだとか、できることとできないことが微妙にあったり、大規模な部品構成に強かったり弱かったり・・・
一番大きいのはイニシャルコストと、保守費用でしょうか?ハイエンドと言われるCATIAやNX、Creo等は価格が高めに設定されています。

プレゼンのためのデザインスケッチを一生懸命描いて、粘土(学校で使ってた油粘土と組成が一緒だったりします)やらウレタンフォームやらを削ったり盛ったりして立体を作って検討し、それをざっと図面にし、しっかりとした図面は設計の方と相談をしながら描いてもらうというのとが以前の工業デザインの現場だったように思います。
 
 

LiveShall.218

レンダリングソフトで作成された完成予想画(レンダリング画像)

それが、3D CADの登場と共に大きく変わりました。

なぜなら、それまでスケッチやドローイングで描いていた「後で設計の人と打ち合わせをして形を決める部分」が3D CADではほとんど存在しないということと、プレゼン用のスケッチを描く時間=3D CADでモデリングをしてレンダリング(完成予想画)を作る時間になってしまった、ということです(もちろんメリットは他にもたくさんあります)。

かつて工業デザイナーは魅力あるスケッチを描くこともスキル(自動車業界等は今でもそうなのですが)だったのですが、そんな時間があったらさっさとモデリングしてレンダリングソフトで完成予想画を作ってしまったほうがいいということになってしまったのです。
 

  • かつてのデザインプロセス
    手描きスケッチで形状検討→プレゼン用レンダリング(スケッチ)作成→2D図面(超簡単な図面)→設計者が図面起こす
  • 3DCAD以後
    手描き等で検討→3D CADでモデリング→レンダラーでレンダリング→設計者にデータ渡し

 
一見プロセス自体にあまり変化がないように見えますが、その中身が大きく違います。
製品のレンダリングを作る作業の時間がかつてはマーカーやらパステルやら、はたまたAdobeのIllustratorやPhotoshopを使って丸々1日かかっていたような作業でしたが、レンダラーソフトでレンダリングは1時間もかからず終わってたりします。

デザイナーのいい加減な図面から設計図面に起こす作業もかなりの時間を要しましたが、3D CAD以後はそのままデータを渡すことができます。そのデータから3Dプリンターなどで試作をつくることもできます(そのままじゃダメな場合ももちろんあります)。

なので、デザイナーと設計者、今までは別々の部署や人員がやっていたケースが多いですがそれほど人員を割けない小さなメーカー等はある程度デザインセンスのいい設計者が1人居ればなんとなかってしまうとも言えます(ちょっと極論ですが・・・)

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部品構成の画像も簡単に作れる。

私が担当したLiveShell 2もかつてのデザインプロセスからはかなりショートカットしたプロセスを踏んでいます。

手描きで頭に浮かんだ形状を軽くスケッチして、良さそうなら3D CADでモデリングし、レンダリングソフトで様子を見て検討する、そんなアイデアを何通りか検討し、決定したら3Dプリンタで試作、部品との嵌合を見る。
大手メーカーではほとんどないことですが、デザインと設計者が同一なのです。設計、製造の都合上デザイン変更を余儀なくされる場合にすぐさまデザインエンジニアの裁量で変更できるのがこの体制のメリットです。

 

スタートアップが選ぶCAD

これからハードウェアで起業を目指す人はCADの選定は避けて通れない部分もあるかと思います。
いきなりハイエンドのソフトを導入しようとすると100万円以上のコストがかかります、お金のないスタートアップでそれは厳しい。

低コストで導入できる3D CADとしてRhinoceros(これをCADと呼ぶのはちょっと語弊もありますが)やAutodesk Fusion360があります。Rhinocerosなら15万円以下から、フュージョン系なら年間4万円以下から使うことができます。
どちらもミドルレンジクラスのソフトと比べると使いにくい点、不便な点もありますが、とりあえず立体を起すという意味ではコストパフォーマンスの高いソフトと言えます。Fusion360はスタートアップならば無料で使える点も魅力に思います。

今までいろんなソフトを使ってきた筆者としては言いたいことは山程あるのですが、まずはこれらの気軽に導入できるCADを触っておくと後々ほかのソフトに移行しても糧になると思います。