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デジファブ

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建築士会工作体験イベントの報告 SHOPBOTでデジファブ体験

2020.4.24

2020年2月、建築士会(正確には広島県建築士会の広島支部の中のさらに青年部の集まりだけど面倒くさいので以後“士会”とする)で工作体験イベントを行いました。最新のデジタルファブリケーションに触れようということで、SHOPBOTと合板で建築士っぽいお花見宴会セットを制作しました。場所はこのHPでやたら出てくる、カインズ広島LECT店です。この度は僕の担当会ということで、どうやって準備したのか、データをどうやって作るかなど、イベント内では解説しきれなかったノウハウを解説します。

イベントの概要と報告

上はイベント案内で配ったチラシです。なんか皆で工作したいよねって話と、もともと僕がデジタルファブリケーションやりたいって言ってたので、言い出しっぺが責任もって担当させて頂きました。デジタルファブリケーション(以後デジファブ)ってのはコンピューターで設計したデータをそのまま加工機に送れる今時っぽい工作手法で、レーザー加工機や3Dプリンターもこれにあたります。今回は人手が集まりそうなので、少し大きいものが作れることを見込んで、3’x6’(910x1820mm)の合板を自動で切り出すことが出来る「SHOPBOT」という機械を使った工作をしました。

デジファブでどんなものが作れるかというと、以下のページもご参考に。

以前にSHOPBOTで個人的に制作した子供用のプレイハウス
こっちはレーザー加工機でアクリル板を切り出した自作PC

通常の工作やDIYだと、手書きかCADで引いた紙の図面を見て、材料に鉛筆やらでけがいて、手で切り出してヤスリかけてっていう流れが、CAD→自動で材料切り出しとなるので、それはそれは速く正確に物を作ることが出来るようになりました。もちろん、組立や調整、切る以外の加工は必要ですが、一番面倒な加工を自動化できるというのがデジファブのメリットです。

作るのはもうすぐ春ですねってことでお花見用の宴会セットをデザインしました。具体的には以下の4点。

※お花見はもちろん中止となりました。

場所はご存じカインズ広島LECT店。こちら、ザ・地方都市「広島」では珍しいSHOPBOTやレーザー加工機などの面白い工作機械をレンタルしていて、また木工用の材料や工作機械、組立スペースもそろっているので、非常に便利がいいです。加工しながら、やっぱりあれがいるこれがいる、ついでにバーベキュー時の七輪も買っといて合わせてみようなんてことも出来ます。

また、こちらのカインズ工房では一般の方向けに色んなワークショップが開催されています。

ワークショップのスケジュールはこちらからご確認ください。

https://www.cainz.co.jp/diy_style/workshop/hiroshima.html?fbclid=IwAR2ODBsJYDDf6JGcC1rqVAKDFuGyP20t5Uf7TNCy-IzT5Cw5z2Sj1d2PT1M

※2020年4月現在、5月末までイベントは中止となっています。

その中でSHOPBOTを使ったワークショップをされている大田さんにご協力いただき、建築士会専用に(通常とは別日に)ワークショップを開いていただくことになりました。大田さんありがとうございました!

大田設計事務所 大田さん

なので対外的にはカインズのワークショップに建築士会のメンバーで参加しているというだけですね。

最初にデジファブってこんな機械があって、こんなことできるんですよ~っていう紹介。

SHOPBOTの仕組み、操作方法、データの作り方等をレクチャー。

SHOPBOTの設定を見学

早速切り出し

どんどん切り出し

切ったそばからどんどん組み立て

完成!日曜の午後だけで無事4品作り上げることが出来ました。お疲れさまでした!

こんな事してました準備編

とここまでは参加された方なら知ってることで、ここからは僕がそれまでにやってきた準備の話。実は結構手間かかってるんです。

なに作ろっかなーってラフ画からとりあえずSketchupで立体化してみた図。こんな作るけどいい?って見せる用。

次にすぐ設計に入るんじゃなくて、一応模型で検討してみました。上は模型用のSketchUPモデル。2.5mmのMDFから1/10縮尺のモデルを制作します。パーツはレーザー加工機で切り出しました。レーザー加工用にDXF形式の平面データも作っています。

レーザー加工機で切り出し中の様子。

切りだしたパーツを組み立て。休日に無理やり付き合ってもらったのは、同じくイベント担当の橘さん。

デザイン、パーツの勝ち負け、組立方法などを確認。

小口が黒いのはレーザーで焼き切っているからです。(独特な匂い)

最終的に施工モデルを作成します。模型と施工用って何が違うかというと、使ってる板の厚みが違うんで、単純に縮小、拡大しているわけではないんですね。パーツを組み合わせるはめ込み部分とか、材料の厚みを考慮して全て調整しなおします。最終的にカット用のDXFデータと併せて、以下のような図面も作成。この部品図、完成図面をもとに切り出したパーツを組み立ててもらいます。

(しれっとHPの宣伝)結局、プランから基本設計、実施設計と3回モデリング検討してるんですね。トータルで1週間ぐらいはかかったと思います。続いて細かい設計のルールを解説します。

SHOPBOT用加工データの作り方

レーザー加工機もSHOPOBOTもデータはDXFが読み込めます。AutoCADだけでなくJww_cadからも変換できるので、実は建築屋にとってはとっつきやすいとです。実際に上の図面や加工用のデータはJww_cadで作成しています。ただデータを作る難易度としてはレーザー加工機よりもSHOPBOTの方が難しいです。その理由は3点。

まず、設計する上でビットの動きを把握しておく必要があります。CADで図面を読み込んだ後、CAM上でその線の上をなぞるか、内側をなぞるか、外側をなぞるかを指定することが出来ます。すると以下の図のような削り方をします。

この時、出隅はピン角にできるのですが、入隅はRが残ってしまうんですね。これが一番外側で他のものと干渉しないパーツだったらいいのですが、はめ込み部分にあたることできっち角まで落としておきたい場合、以下のような方法が考えられます。

右下の式はS(ビットの断面積)に対してどれくらい余計に削る面積があるかということを示しています。基本はパターンCで問題ないです。赤線のように作図して外側を通るように指定するとよいでしょう。

また、カインズのSHOPBOTで使用するビットは直径が1/4インチ(6.35mm)です。(持ち込めば色んなビットが使えますが、設定をしないといけないです)なので、6.35mm巾の削り代が出来るということになります。また、ビットで結構な力をかけて削っている以上、パーツを完全に切り離すような設定はできません。細かいパーツが飛んできたりすると危ないですからね。プラモデルのランナーのようにしておく必要があります。タブ自体はCAM上で配置するので図面上に何か書く必要はありませんが、その配置まで考えていれば万全です。特に問題になるのが、パーツとパーツのはめ込み部分にタブが来てしまうと、それを切り離して、綺麗にやすりをかけるのはかなり大変です。可能な限りなくした方がいいというのが下の図です。

あまり考えないとAのようにホゾの中にタブが残ってしまうのですが、材料の厚みを薄くしたり、線をもう1本入れることで残りを完全に消すことが出来ます。

また作図する際はカット順を考え、線の内側、外側の設定が違うものなど、レイヤーを分けておくようにしましょう。CAM上で選択しやすいです。

最後にホゾのクリアランスについてです。これはなかなかノウハウが必要でなかなか難しく、うまくいくかどうかやってみないとわかりません。また、使用方法によってどれぐらいのクリアランスが欲しいのかも変わってきます。

さらに以下のルールによって広くとる必要があります。

当たり前と言っちゃ当たり前なんですが、面倒くさくてそのまま行くと、全く入らないという悲惨なことになります。

参考までに今回のイベントのものは以下のようなルールで作図しました。

一番よく使用したのは11㎜厚のOSBボードでしたが、この厚みだと手で簡単にはめ込めるという結果になりました。今回は少しビビッて余裕を持ってしまいましたが、もう少し詰めてもよかったように思います。少し緩かったです。また、厚みに関しては木材なのでばらつきがあります。ノギスで測ると今回も厚いところでは11.5mmあったので、そこから+1mm にしています。+0.5mmでもよかったような感じですが。

ランタンを下げるトライポッドだけ24mm厚の合板としましたが、あちらはこのルールだと硬かったです。ハンマーでたたけば入っていく状態でしたが、これこそ大きくてばらして保管したかったので、途中まででストップしました。

う~ん難しい。データを作成したら専用のCAM(Vcarve Pro)に読み込んで設定していくんですが、そこはマニュアル見ながらなんとかなる程度です。一つポイントとしては、タブは最小限に配置し、出来るだけ任意の位置で調整しましょう。

まとめ

ということでかなり細かい解説までしましたが、需要あるのかな?一応自分用の備忘録ってことで。もう一回ぐらいなんか作ってノウハウを熟成させたいですね。

あとはせっかく作ったんだから、早く宴会したいよね。
夏に出来るかな?夏なのに桜かいな。早く収まれ~。

↓昼休みに何となくとった会社近くの公園の桜

夏なら向日葵、秋なら紅葉、冬なら雪(結晶)のテーブルが必要だ!

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SHOPBOTで子供のプレイハウスを作ってみた③組立編

2019.9.5

前回からの続き。今回で組み立て、完成です。

何回も出てくるカインズLECT広島店 4回通ってた

仮組み

各パーツの仕上げをして、持って帰る前にカインズで仮組みをしました。

台車に載っけてます トレーラーハウス
結構大きくて目立ちます

実は思った以上にホゾがきつくて、全てのほぞ穴をヤスリでちょっとずつ広げて無理やり嵌め込むという作業に半日かかってました。

屋根は斜めなので壁のパーツはこんな感じにハマる
屋根の頂点はこんな感じで噛み合う
力任せに嵌め込んだら割れたパーツ
あとから釘で打ちます
片方の壁にはベンチ兼デスクを設置

あとは一度ばらしてから持って帰って自宅で組み直すだけなんですが、仮組みと言っても想定よりもガチガチにハマっているので、何とかバラさずに持って帰りたい。

そうだカインズで軽トラを借りよう → 持って帰る → マンションのEVに入らない → 夜中なのでハンマーは使えない → 腕力だけでなんとかバラす → カインズに軽トラを返す → カインズから自家用車で帰る → ホゾが硬すぎて組めない

というわけのわからない行動をしておりまして、結局次の日の夕方、仕事から帰ってからハンマーを使用することに。都合よく一番ハマりの悪い下のパーツが一部割れてしまいまして(使用上問題ない)何とか嵌め込むことができました。

据え付け(完成)

ということで据え付けしたらこんな感じになりました。何とか完成です。

ちょうどベビーサークルが一つの宅地みたいになってる
何度も出入りする娘
立ち上がっても平気な高さ

感想

不満なところはあるけれど、思った以上の完成度に家族の受けもいいです。娘本人も結構気に入ってくれたみたいで何よりです。コレが2~3日、一人だけで出来てしまうというのは、あらためて考えるとすごいことですね。また一つできることが増えました。

改善点としてはホゾの設計です。彫り込みより切り抜きの方が機械の加工時間が短いかと思って切り抜きにしたんですが、切り抜きも何回かに分けて削り込んでいくことを思うと、彫込でも時間は同じなような気がします。彫り込みでホゾを作ると、タブがホゾの中にできないのでそれだけ手加工も少なくなるし、タブの後処理が悪くてホゾが狭くなってるということもなかったように思います。同じ材料なら今回18mm厚(実測18.5mm)で19mmのほぞ穴としていましたが、20mmでも良かったように思います。また、今回のように80cmぐらいの長辺にホゾが連続して並ぶ場合は、その長辺方向のクリアランスをさらにプラスするというのが木工の常識らしいです。やはり初めてだとノウハウが足らないですね。デザイン的にも色々やってみたいことはあるので、気が向いたらまた作り直そうかと思います。

最後に、今回かかったコストをまとめてみようと思います。

コスト

合計:¥35490也 うひゃ~

もうちょっと節約するなら、SHOPBOTの使用はワークショップ中に行う。工作室の使用はその日購入した材料の加工は2時間まで無料となるので、ちょっとでも分けて購入するとかでしょうか。まあ初めてなので勉強代ということで、次からはもっと生産効率上げていきたいと思います。

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SHOPBOTで子供のプレイハウスを作ってみた②加工編

2019.9.5

前回からの続き。作成したCADデータ・CAMデータから実際の加工に入っていきます。

カインズLECT広島店

ワークショップ2日目

先に1階の資材売り場で3×6版の材料を購入してから2階の工作室に向かいます。今回購入したのは18mm厚のパイン集成材。12mmのシナ合板がいいかなと思ってたけど、意外と置いてなかったので奮発しました。合板と違ってスイバリ(方言)も立ちにくいしね。厚みはノギスで測ると18.5mmあったのでホゾは19mmで作図しました。

結構する! コレを4枚購入
Shop Bot Room

SHOPBOTには専用のソフトがインストールされている制御用のノートパソコンが用意されています。

こんな配置
操作画面
黄色いのが座標入力キーパッド
赤いのが現在の座標と状態表示
青いのがコマンド入力・コマンド確認ウインドウ

SHOPBOTまず最初にやること

最初に諸々のセッティングと設定をします。ビットは交換式になっており、最初はついていないので自分で装着します。下は稼働するヘッドの部分になります。先っぽにドリルが付いているのがわかりますでしょうか。あれで削っていきます。黒いブラシ上のスカートは削ったカスが撒き散らないようにするためで、水色のジャバラのホースが集塵機に繋がっており、加工中は常に吸い上げています。

ヘッド部分

ビットを固定したら、XYZ軸の基準を決めます。Z方向は捨て板の上に導電板を置いてから自動のコマンドで行いますが、XY方向は目視調整です。

インパクトは持ち込んだほうが良い

設定ができたら材料を固定します。加工中はかなりの力がかかるので、捨板にビスでしっかり固定します。

ここまでやってやっと加工が始まります。あとはCAMデータを読み込んで、集塵機をONにし、ビットの回転をONにしてスタートです。

18mm厚では3回に分けてちょっとずつ削っていきます
自動でCADの絵のままに描かれていきます
加工中は結構うるさいです
切削完了

動画だとこんな感じです

切削が完了したら固定したビスを外して次の材料を固定。次のパーツを切り出してる間に手加工で仕上げを行います。

切ったままでは削りカスが溜まっています
カスを除去したところ
タブがあんな感じにパーツを保持している

タブをカットして切り離さないといけません。幸いここの工作室では電動のジグソーが借りられるのでコレを使うと楽です。

ジグソー
ジグソーを入れにくいところは、こういう細身の手ノコでカット
パーツのみの形になりました

切り出してパーツのみの形になりました。最後に電動のサンダーやヤスリを用いいて小口のバリをとったり、角の面をとったりして仕上げます。

小口は自分で触って痛くなくなるまで整えます
ほぞ穴もバリをとって本来のサイズになるように調整

全てのパーツにこの加工を行います。自動加工と言っても手加工の部分も多いです。特に今回はほぞ穴が多かったので大変でした。ホゾを切り抜きではなく、彫込のポケットにしたほうが楽だったかもしれません。

次回いよいよ組み立てて完成です。

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SHOPBOTで子供のプレイハウスを作ってみた①準備編

2019.9.5

きっかけ

広島市は西区の商工センターにある大型商業施設「LECT」。こちらに入っているホームセンターのカインズは2Fに大きめの工作ルームがあります。購入した材料を無料で工具を借りて加工することが出来るのですが、その中に特殊な技能がないと使えない大型機械があります。レーザーカッターの方は何度かチャレンジしてみてある程度使えるようになりましたが、その横にもっと使われていなさそうな一番の大型機械があってずっと気になっていました。

カインズLECT広島店

それが「SHOPBOT」

これがSHOPBOTだ!

3x6版程度の合板をCADデータの入力で自動で切り出すことが出来るマシンというのは調べて知っており、いつか何か作ってみたいなぁと思っていました。

そしたら最近顔を出し始めた「ヒロシマBIMゼミ」というコミュニティでたまたま話してた設計事務所の人がこのSHOPBOTのワークショップをしてるというじゃありませんか。早速お願いしてワークショップに参加してみました。

[blogcard url=”http://www.cainz.co.jp/diy_style/workshop/hiroshima.html” ] カインズ広島LECT店のワークショップ情報は上のリンクから確認できます。

何を作るか?

ワークショップに参加する前に何を作りたいのかを考えます。木材を使用する、レーザーカッターで出来るものは意味がないのでもう少し大きいもの、家具程度のボリュームがある、けどあまり無駄にならないもの、と言うことで1週間ぐらい悩んでこんなものを作ることにしました。

子供用のプレイハウス

下記はSketchUpで描いたコンセプトモデルです。

これで家族にもプレゼン
よ~しパパSHOPBOT使っちゃうぞ~って

大きさは80cm角程度。各面のパネルは嵌め込み式にして、パネルの状態で持って帰り、家の中で組み立てるように考えました。下板と屋根のパネルを嵌め込めばバラけないようになっています。もっと大きいものを作ろうと思えば出来ますが、うちの小型車に載せられるパネルのサイズを考えるとこれが限界サイズ。ちなみに子供はまだ1歳なので広さは問題ないです。

一応建築的な意味もありまして、コンセプトは最小限のプライベート空間。家の中の家。「House in House」。同じような感じでデザインすれば、こども部屋、犬小屋、書斎、茶室等他の用途にも応用が効きそうです。必要に応じてバラして持ち運べる、組み替えられるといったところが面白いところ。デザインは小さい子が使うので、単純な形で角をとってアールをつけていった結果、なんともアイコニックな感じに。もっと建築っぽいデザインにも出来たんだけど、それはもう少し大きくなってからかなぁ。

ちなみに通常のワークショップでは子供用の丸イスを作れるようにデータを用意してもらえます。

ワークショップ1日目

ワークショップはCAD編とCAM編の2回に分けて申し込みました。

CADの使い方自体は仕事柄問題ありませんが、加工方法がわからなければ正確な線が引けません。なので基本的にはそのレクチャーになります。以下は大雑把な作図ルールです。

以上のことを考慮しながらDXFデータで保存します。DXFが使えるCADならJw-cadでもAutoCADでもいいのですが、今回は練習のためわざわざRhinocerosを使用しました。(Sketchupは曲線が多角形になるのでおすすめできません。)

Rhinoceros 二次元データ

ついでに三次元に起こしてから上手くハマるか干渉チェックします。さらにせっかく最新版のRhinoceros6を用意したので、いろんなパースペクティブ表示を試してみました。

通常のシェーディング表示
リアルなレンダリング表示
ver.6から追加されたアークティック表示
同じくver.6から追加されたレイトレース表示
時間をかけて計算するレンダリング出力

新しいアークティック表示がいい感じです。強力なグラフィックボードがあるならレイトレースも実用範囲かも。

DXFデータができたら(上のデータ作成は宿題)今度はそれを「VCarve」というCAMソフトに呼び込んで加工データを作成します。材料の種類と厚みを指定して、線の内側を削るのか外側を削るのか、その順番を指定していきます。また、加工中に部品がぶっ飛んで、怪我したり機械を壊したりしてはいけないので、各部品がバラバラにならないよう、プラモデルで言うところのランナーのような材料をちょっとだけ残してつなげる「タブ」という部分を設定します。

ここまでできて初めてSHOPBOTに触れます。実際の加工の様子は次の記事に続きます。

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