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社内技術研修の紹介

社内技術研修

 ベルエアーシステムズ株式会社では、2012年より「社内技術研修」と題しさまざまな研修を行っています。この研修の目的は若手社員の育成です。自動車や機械などに直接触れる機会を増やし興味を持つことで、普段行っているルーティンワークだけでは身に付かない経験・知識を身に付け、普段の仕事でそれらを活かし、さらには、この仕事の面白さやヤリガイに繋げれたらと考えています。
 今までの実績としては、以下のような研修があります。 →

  • →工場見学
  • →試乗会への参加
  • →さなげアドベンチャーフィールド走行体験
  • →分解講座
 その中でも2014年に本社で行った「3Dプリンターの製作」について紹介させていただきます。

3Dプリンターの製作

テーマ選定から最初の挫折まで

 2013年、冬・・・その魔法のような機械はどんな形状も作ることができ、低価格で複数のメーカーから多種多様なモデルが発表され、ホビーから仕事までさまざまな用途に使用され始めていた。
 そんな中、我々はある部品を販売している企業が、「うちの会社の部品を使って作ることができますよ」と、3Dモデルと部品表を無料で公開しているページを見つけたのである。
 「何でも作れる魔法の機械が無料で公開されているだと?!これは利用するに越したことはない!」
 早速モデルと部品表をダウンロードし、次の会議で「来年は3Dプリンターの製作をします!」と高々と宣言したのである。

 ところが数週間後、とんでもない事実に気が付いた。部品が足りないのだ。ダウンロードした部品表の通り部品を揃えたとしても、3Dプリンターが作れるわけではなく、駆動部分も電子回路に関しても全く情報が無い。これは恐らく東洋工業(現在のマツダ)がバンケル型エンジン(ロータリーエンジン)の試作品を日本に持ち帰った時よりも酷い状態だろう。
だって、全く動かないんだもん・・・。

振り出しに戻る

 さて、強制的にスタート地点に戻された我々は次の一手を考えるべく、ネットの海にダイブした。 まずは3Dプリンターについて片っ端から調査、とにかく情報収集に徹した。すると個人で3Dプリンターを作っている人たちが世の中には何人もいる事がわかり、その人たちのブログや動画を見て我々はさらに情報をかき集めたのである。
 そんな調査を半年近く続け、以下の知識を得る事ができた。

  • →3Dプリンターの種類・構造・部品名称・部品の役割。
  • →他にも無料で入手可能な3Dプリンターの設計図等が存在した。
  • →PCから3Dプリンターを制御するためのフリーソフトがある。
  • →スライサーと呼ばれるフリーソフトで3D形状から線の情報に変換する。
  • →ファームウェアと呼ばれる制御ソフトが必要。
  • →Arduinoというワンボードマイコンで制御している。
  • →Arduino用の3Dプリンター制御用アドオンボードが必要。
  • →制御用の部品は殆どAmazonで揃う。
  • →デルタ型の3Dプリンターがカッコいい!
 つまり、一番ネックだと思っていた電子制御系が意外と情報が揃っており、比較的簡単に入手できる事がわかったのだ。これは我々にとって非常にうれしい事であった。 そして早速Amazonで制御基板などのセットを購入。また、製作する3Dプリンターは、デルタ型とした。(理由:カッコイイから)

→

設計と組み立て

→  デルタ型3Dプリンターの設計図はネットで簡単に入手できる。しかし、ネットで公開されている形をそのまま作ろうとすれば、結構な価格になってしまう。目標価格10万円以下と設定していた事もあるが、この時既にAmazonで制御基板類に4万円近く使っていたため、費用はなるべく抑えたいし、第一にネットで公開されている物をそのまま作るだけでは何の芸も無い。技術者としてのプライドが許さないのだ。もし複数の方式が選べたり、部品や材料に選択の余地があるのなら、どちらがベストなのかをその都度検討しながら進めるべきである。
従って、本製作の進め方としては、可能であれば単純な形状の安価な部品に置き換えたり、自分達の手で加工したりすることでコストを抑え、ついでに加工の経験もできる一石二鳥?案を採用した。しかし、この「自分達の手で加工する」という選択は、良い経験になった反面、部品の出来は酷く、穴の位置はズレまくり、切り口は凸凹だらけの芸術的な部品達ができあがったのは言うまでもない・・・。

 こうして数か月が過ぎ、我々の「恥」と「汗」と「何か」の結晶がだいたい形になった。フレームの接続やモーターの固定には100円ショップの金具を使用し、テフロンシートを両面テープで貼っただけの単純かつ低価格なキャリッジスライド機構が売りである。
 この時点でモーターも単体では動く事が確認できていたのだが、なぜかリミットスイッチが上手く動作せず試行錯誤を繰り返していたその時である。

 「パチン!」

 音と共に煙と鼻を刺す臭いが・・・う~んBad smell。┐(´д`)┌

戦いは延々と続く・・・

 やってしまった・・・。スイッチの信号線と電源線を間違えたため、スイッチに触れた瞬間にショートしてしまったらしい。
 もしかしたら電源を入れ直したら直るかも知れないとか、ファームウェアを入れ直したら直るかもしれないとか、知っている限りのあらゆる復活の呪文を唱えてみたが返事が無い。ただの屍のようだ・・・。
 仕方がないのでダメになってしまった部品を買い替え、今度は配線を間違えずに接続。今度は動いた!間違いなく動いた!!でもなんか動きが変だ。
 指定した移動量とは全く違う量動くし、フィラメントはちゃんと吸い込まれていかないし・・・。それが解決したかと思いきや、プリントができない。ヒーテッドベッドは温まらない。変な動きをする。異常発熱。ポリスイッチが壊れる。などなど・・・
 なんとかテストプリントができる状態になっても、なぜか想定より多く樹脂が出てきたり、突然出なくなったり・・・。
 そんな不毛な戦いが延々と繰り返される中、とうとうホットエンドが息絶えてしまった。また買い替えでござる・・・。

→

完成

 長期連休で誰も居ない事務所で、中国の通販サイトで購入したホットエンドを取り付け、
 「今度は大丈夫・・・」心の中でそう唱えながら、電源を入れた。
 先にヒーテッドベッドを温めておき、その間にCADで描いた電気ネズミを3Dプリンターの制御ソフトに読み込ませて、待ち時間にはヒーテッドベッドで冷え切った手を温めるのだった。
 プリント開始・・・「ポチッ」。
 しばらくの静寂の後、プリンターのヘッドが下に降りてくる。慌てて手を退け、温められて蛇花火の様ににゅるにゅると出てくる樹脂が、ヘッドの通り道を邪魔せぬよう取り除いていると、突然ヘッドが動き出す。
 今から描こうとする電気ネズミの輪郭にあわせ大きく3週し、ガラスでできたスポンジケーキの上には樹脂の生クリームが塗られてゆき、周囲にはPLA樹脂特融の甘い香りが漂う。
 絞り出された樹脂がきれいな輪郭を描き出す。「大丈夫だ、問題ない。」
 どうやら輪郭はうまくガラスに吸着したようだ。
 輪郭が終わると今度は中を塗りつぶす。「大丈夫だ、問題ない!」
 2層目、3層目・・・ミルフィーユ状に重なって行く樹脂を見守りながら、「あと少し」「もう少し」と呪文を何度も繰り返すと、ついにヘッドは最後の層を制覇し、完了を示す1本の白い糸が縦に長く伸びた!

 「ホ○ケモンゲットだぜ!!」(とは言っていない)

 幾度もの壁を越え、部品の不具合をも乗り越えて、テストプリントを何回も繰り返し、やっとの事でうまく動く様になったのは、調査開始から丁度1年後の冬であった。

仕様

→デルタ型3Dプリンター
ノズル径φ0.4mm
使用フィラメントPLA,ABS φ1.75mm
本体サイズ340mm x 315mm x 515mm
プリント可能サイズφ150mm×120mm
駆動方式ベルトドライブ
直動機構アルミフレーム+アルミ板+テフロンシート

部品表

商品名型番単価小計発注先
サインスマート RAMPS 1.4 3Dプリンターをはじめよう 互換キット 詳細なチュートリアルPDF提供!Arduino MEGA 2560 R3
RAMPS 1.4
A4988
LCD2004
NEMA17
ヒーテッドベッド
リミットスイッチ
1¥36,790¥36,790Amazon
ATX電源1¥0¥0既存品
フレームHFS3-1515-3009¥240¥2,160MISUMI
フレームHFS3-1515-5004¥210¥840MISUMI
ホットエンド(壊れたもの)RepRap 3D Printer MK4 MKIV J-Head Hot End1¥2,930¥2,930AliExpress
ホットエンドShort-distance, 3D Printer J-head Hotend for E3D Bowden Extruder1¥1,108¥1,108AliExpress
エクストルーダ用歯車GEABS0.5-20-8-K-51¥1,170¥1,170MISUMI
エクストルーダ用ベアリング625ZZ1¥108¥108MISUMI
エクストルーダ用ボルトMSB5-151¥157¥157MISUMI
モーター側プーリーHTPA20S2M060-K-P53¥1,300¥3,900MISUMI
アイドラ用ベアリングF685-H-ZZ6¥233¥1,398モノタロウ
S2MタイミングベルトHTBN984S2M-60 3¥700¥2,100MISUMI
アルミ板HA20131¥511¥511ケーヨーD2
板金ブラケットフレーム用9¥100¥900ケーヨーD2
板金ブラケットフレーム用6¥100¥600ダイソー
板金ブラケットモーター用3¥100¥300ダイソー
カーボンロッドカーボンパイプ 4x2mm /2K4C2¥278¥556KK HOBY
ロッドエンドトラクサス 4mmロング ロッドエンド1¥1,296¥1,296YSS CRAWLERS
バネUM5-154¥101¥404MISUMI
プリントパーツ1¥3,612¥3,612DMM
ナフロン(R) テープ(非粘着)0.1×300×11¥702¥702モノタロウ
タイバンド2¥100¥200ダイソー
プラフレンド1¥2,419¥2,419Amazon
ネジ類140¥30¥4,200←概算
電線類¥0
鍋敷き1¥108¥108ダイソー
フィラメント1¥2,690¥2,690Amazon
合計¥71,159