NeoPixel製の時計「オーロラレボリューションクロック」の部品を3Dプリンターで出力してみた

最初に

初めまして超暇ノ住民と申します
西の地方で専門学校に通っております
今回は製作課題でフルカラーの7セグメント時計を作ることになりました
プロジェクトメンバーと役割分担をした結果で私は主に外装パーツのデザインと出力が担当です
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今回デザインにはソフトはFusion360を使用しパーツの出力にはAfinia h400+を使いました
まずこちらがこれからを制作する材料となります

こちらは100円ショップで300円+税程で売っている木版を下地にNeoPixelを乗せて張りつけたものです
縦6横2の比率で7セグメント風に配置し1桁当たり18個合計で74個のNeoPixelを配置してます

このまま使用しても時計として問題はないのですがLEDがむき出しだと発光素子間の距離が開いているため
直線的な文字ではなく18点として文字が表示されて視認することになり芸がないです
また配線もむき出しになり何かの拍子にものが当たって断線してしますことを予防する必要もあったりします

よって今回設計では配線部のカバーとしての役割と内部の発光素子をひと繋ぎの数字に視認できるよう
光を拡散させて透過させることを目的とした外装パーツを製作する流れとなりました
まず手始めに本体配線部の距離を測りあわせてできるだけ本体上部から斜めにならないよう
真正面の写真を撮影し画像ファイルを3DCADにインポートするところから始めていきました

3DCADに画像をインポートする

インポートした画像ファイルは縮尺が実寸大に近くなるようにスケッチ面に配置しこれを基準にパーツの図面を書いていきます
些細なことではありますがこのように画像を予め配置しておくことで完成後のデザインのイメージがしやすくなり作業が捗ります

デザインが苦手な人にはイメージがうまくできずに手書きや下書きをできず設計に取り掛かりうまくデザインが書き始められない全然進まないという方は少なくないのではないでしょうか
現物のデータ以外にもデザインのモデルやイメージに繋がりそうな画像も入れてみてCADのなかで見比べると案外参考になるためお勧めです

私は幾何学的なデザインが好みなので今回は長方形のブロックに角度をつけたシンプルな台形型にしたいと思い画像のようなデザインとなりました

光が透過できるように加工

ここで工夫した点としては部品強度を考えて全体的には2mm程の厚みを持たせつつ正面から見ることになる文字盤部分の天板だけさらに厚みを1mm程薄くしてみた具合ですこうすることでカバーとしての剛性と文字盤としての両立が何とか叶いました

デザインした全ての部品を配置する

こうして作った部品をコピペして並べた結果部品点数としては30個となりました

いざ出力

全体部品の印刷前に先にテストとして最小単位で部品出力を行います


当然といえばそうなのですがデータ上で作成したものを出力してみたらサイズや細部が全然違って使えないという時間とフィラメントの損失を予防することができます
今回も実際には3DCAD上で設計した文字盤部分の輪郭を丸くフィレットをかけていたのですが実際には直線的な出力となってつぶれてしまっていしました
この程度はまあ機能に差支えないから問題なしとメンバーにはスルーされてしましましたがこういうシビアな不具合は何かしらありえますので確認は変更があるたびに繰り返し行うことが重要ですね

印刷の際には時間短縮のため3Dプリンターの出力可能な空間に余裕がある場合には一度に複数個の部品を配置しまとめて出力していきます

今回は4点ずつの配置が最適だったため30(のパーツを)÷4(個ずつ出力)=7(回)余り2(個) ということで合計8回のプリントを要することになりました
プリントの際には印刷時間とフィラメントの消費量などあらかじめ確認する機能があるため確認しながら印刷しました今回の部品は1回出力で4個あたり約2時間半と60グラム程のつまり1個当り15グラムのフィラメントを消費します

部位ごとに大きさも実際には異なりますが単純計算で30×15=450グラムほどのフィラメントが必要です
また合計印刷時間は18～20時間がかかることとなりました実際にはデザインやテスト出力その修正など28～30時間ぐらいはかかっていると思います

完成形

出力した部品を実際に貼りつけたものでようやく形になりました
配線が一部むき出しになってますがこれは私がデザインを行った後から配線された現物が用意されたために起きた問題です
一応メンバーとの相談の結果デザインを変更することも考えたのですがどちらかというと配線そのものを見直し裏配線にしたほうがさらに綺麗な外観となるとのことで外装パーツのデザインは変更しないとうことになりました
しかしこれだと取り付けができないため致し方なく外装パーツを穴をあけて配線を逃がした結果であり残念な部分ですがプロトタイプということで完成度をあげることよりも実際に現物を用意することを優先した結果このままでよしとします

改善の余地が多く残っていますがメンバー達の間に改良版を作成する動きがありますのでまた進展がありましたら随時アップしていきたいと思います
それではまた!!