FreeCADで台座を作ったメモ

Wed, 30 Oct 2024 02:11:25 +0900

背景

PCモニターの台座がほしかったので作ったメモ
FreeCADでデザインして3Dプリンターで生成した
大昔にSolidWorksを学んだがLinuxユーザーなのでFreeCADにした

前提

FreeCAD1.1.1
Bambu Studioは最新を使用した

CAD

寸法仕様

本当はモニターの台座の下に、HHKBを収納するように作りたかった
しかし、3Dプリンターのサイズからはみ出るので、キーボード収納はやめた
その変わりに、半分のパーツ2つに分ける事にした
キーボードはしまえないが、筆箱などをしまえる収納になっている

寸法:

1個あたり外寸：165 × 230 × 80mm
2個完成外寸：330 × 230 × 80mm
内側空間：141 × 220 × 68mm が左右に2区画
中央支え：24mm
横ケーブル穴：60 × 28mm / R8 / 入口R2
後ろケーブル穴：70 × 28mm / R8 / 入口R2
結束バンド穴：φ5.5mm
結束バンド穴位置：前後2か所 × 縦2穴
小穴入口：R0.8

FreeCADマクロ

AIに作ってもらったマクロ。

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import FreeCAD as App
import Part

doc = App.newDocument("DeskRiser_Half_165x230x80_RoundedCableHoles_TieHoles_2x2")

# =====================
# 1個分の外寸
# =====================
outer_w = 165.0
outer_d = 230.0
outer_h = 80.0

# =====================
# 板厚
# =====================
top_t = 12.0
side_t = 12.0
back_t = 10.0

inner_h = outer_h - top_t # 68mm

# =====================
# 角丸ケーブル穴寸法
# =====================
side_hole_w = 60.0 # 横支え穴の幅（Y方向）
side_hole_h = 28.0 # 横支え穴の高さ（Z方向）

back_hole_w = 70.0 # 後ろ穴の幅（X方向）
back_hole_h = 28.0 # 後ろ穴の高さ（Z方向）

hole_r = 8.0 # 穴そのものの角丸半径
entry_fillet_r = 2.0 # 大きいケーブル穴入口のフチの丸み

# =====================
# 結束バンド用の小穴
# =====================
tie_hole_d = 5.5
tie_hole_r = tie_hole_d / 2.0
tie_hole_entry_fillet_r = 0.8

# 前後位置
tie_hole_front_y = 28.0
tie_hole_back_y = outer_d - 28.0 # 202mm

# 縦に2穴
tie_hole_zs = [18.0, 32.0]

# =====================
# 穴位置
# =====================
side_hole_center_y = outer_d / 2.0
side_hole_center_z = inner_h / 2.0

back_hole_center_x = outer_w / 2.0
back_hole_center_z = inner_h / 2.0

tol = 0.3

# =====================
# 本体
# =====================
top = Part.makeBox(
 outer_w,
 outer_d,
 top_t,
 App.Vector(0, 0, inner_h)
)

left_side = Part.makeBox(
 side_t,
 outer_d,
 inner_h,
 App.Vector(0, 0, 0)
)

right_side = Part.makeBox(
 side_t,
 outer_d,
 inner_h,
 App.Vector(outer_w - side_t, 0, 0)
)

back_wall = Part.makeBox(
 outer_w,
 back_t,
 inner_h,
 App.Vector(0, outer_d - back_t, 0)
)

shape = top.fuse(left_side).fuse(right_side).fuse(back_wall)

# =====================
# 角丸長方形カット：横支え用
# Y-Z平面の穴をX方向に貫通
# =====================
def make_side_rounded_cut(x_start, cut_depth, center_y, center_z, width, height, r):
 box1 = Part.makeBox(
 cut_depth,
 width - 2 * r,
 height,
 App.Vector(
 x_start,
 center_y - (width - 2 * r) / 2,
 center_z - height / 2
 )
 )

 box2 = Part.makeBox(
 cut_depth,
 width,
 height - 2 * r,
 App.Vector(
 x_start,
 center_y - width / 2,
 center_z - (height - 2 * r) / 2
 )
 )

 cut = box1.fuse(box2)

 corner_centers = [
 (center_y - width / 2 + r, center_z - height / 2 + r),
 (center_y + width / 2 - r, center_z - height / 2 + r),
 (center_y - width / 2 + r, center_z + height / 2 - r),
 (center_y + width / 2 - r, center_z + height / 2 - r),
 ]

 for y, z in corner_centers:
 cyl = Part.makeCylinder(
 r,
 cut_depth,
 App.Vector(x_start, y, z),
 App.Vector(1, 0, 0)
 )
 cut = cut.fuse(cyl)

 return cut

# =====================
# 角丸長方形カット：後ろ補強用
# X-Z平面の穴をY方向に貫通
# =====================
def make_back_rounded_cut(y_start, cut_depth, center_x, center_z, width, height, r):
 box1 = Part.makeBox(
 width - 2 * r,
 cut_depth,
 height,
 App.Vector(
 center_x - (width - 2 * r) / 2,
 y_start,
 center_z - height / 2
 )
 )

 box2 = Part.makeBox(
 width,
 cut_depth,
 height - 2 * r,
 App.Vector(
 center_x - width / 2,
 y_start,
 center_z - (height - 2 * r) / 2
 )
 )

 cut = box1.fuse(box2)

 corner_centers = [
 (center_x - width / 2 + r, center_z - height / 2 + r),
 (center_x + width / 2 - r, center_z - height / 2 + r),
 (center_x - width / 2 + r, center_z + height / 2 - r),
 (center_x + width / 2 - r, center_z + height / 2 - r),
 ]

 for x, z in corner_centers:
 cyl = Part.makeCylinder(
 r,
 cut_depth,
 App.Vector(x, y_start, z),
 App.Vector(0, 1, 0)
 )
 cut = cut.fuse(cyl)

 return cut

# =====================
# 結束バンド用の丸穴
# 側板をX方向に貫通
# =====================
def make_tie_hole_x(x_start, cut_depth, center_y, center_z, radius):
 return Part.makeCylinder(
 radius,
 cut_depth,
 App.Vector(x_start, center_y, center_z),
 App.Vector(1, 0, 0)
 )

# =====================
# 大きいケーブル穴を開ける
# =====================
left_cut = make_side_rounded_cut(
 -1.0,
 side_t + 2.0,
 side_hole_center_y,
 side_hole_center_z,
 side_hole_w,
 side_hole_h,
 hole_r
)

right_cut = make_side_rounded_cut(
 outer_w - side_t - 1.0,
 side_t + 2.0,
 side_hole_center_y,
 side_hole_center_z,
 side_hole_w,
 side_hole_h,
 hole_r
)

back_cut = make_back_rounded_cut(
 outer_d - back_t - 1.0,
 back_t + 2.0,
 back_hole_center_x,
 back_hole_center_z,
 back_hole_w,
 back_hole_h,
 hole_r
)

shape = shape.cut(left_cut)
shape = shape.cut(right_cut)
shape = shape.cut(back_cut)

# =====================
# 結束バンド用の小穴を開ける
# 前後2か所 × 縦2穴
# 左右側板にも同じ穴を開ける
# =====================
tie_positions_y = [tie_hole_front_y, tie_hole_back_y]

for y in tie_positions_y:
 for z in tie_hole_zs:
 left_tie = make_tie_hole_x(
 -1.0,
 side_t + 2.0,
 y,
 z,
 tie_hole_r
 )

 right_tie = make_tie_hole_x(
 outer_w - side_t - 1.0,
 side_t + 2.0,
 y,
 z,
 tie_hole_r
 )

 shape = shape.cut(left_tie)
 shape = shape.cut(right_tie)

# =====================
# フィレット用ヘルパー
# =====================
def is_close(a, b, tol=0.3):
 return abs(a - b) <= tol

def in_range(v, vmin, vmax, tol=0.3):
 return (v >= vmin - tol) and (v <= vmax + tol)

# =====================
# 大きいケーブル穴の入口フィレット
# =====================
def collect_large_cable_hole_edges(shape):
 edges = []

 side_ymin = side_hole_center_y - side_hole_w / 2.0
 side_ymax = side_hole_center_y + side_hole_w / 2.0
 side_zmin = side_hole_center_z - side_hole_h / 2.0
 side_zmax = side_hole_center_z + side_hole_h / 2.0

 back_xmin = back_hole_center_x - back_hole_w / 2.0
 back_xmax = back_hole_center_x + back_hole_w / 2.0
 back_zmin = back_hole_center_z - back_hole_h / 2.0
 back_zmax = back_hole_center_z + back_hole_h / 2.0

 x_planes = [0.0, side_t, outer_w - side_t, outer_w]
 y_planes = [outer_d - back_t, outer_d]

 for edge in shape.Edges:
 bb = edge.BoundBox

 # 横穴の開口部まわり
 if bb.XLength <= tol:
 x_plane = bb.XMin
 if any(is_close(x_plane, p, tol) for p in x_planes):
 cy = (bb.YMin + bb.YMax) / 2.0
 cz = (bb.ZMin + bb.ZMax) / 2.0
 if in_range(cy, side_ymin, side_ymax, tol) and in_range(cz, side_zmin, side_zmax, tol):
 edges.append(edge)
 continue

 # 後ろ穴の開口部まわり
 if bb.YLength <= tol:
 y_plane = bb.YMin
 if any(is_close(y_plane, p, tol) for p in y_planes):
 cx = (bb.XMin + bb.XMax) / 2.0
 cz = (bb.ZMin + bb.ZMax) / 2.0
 if in_range(cx, back_xmin, back_xmax, tol) and in_range(cz, back_zmin, back_zmax, tol):
 edges.append(edge)
 continue

 return edges

large_edges = collect_large_cable_hole_edges(shape)

if large_edges:
 try:
 shape = shape.makeFillet(entry_fillet_r, large_edges)
 except Exception as e:
 print("Large cable-hole fillet failed. Try entry_fillet_r = 1.0")
 print(e)

# =====================
# 結束バンド用の小穴にも入口フィレット
# =====================
def collect_tie_hole_edges(shape):
 edges = []

 x_planes = [0.0, side_t, outer_w - side_t, outer_w]
 tie_ys = [tie_hole_front_y, tie_hole_back_y]

 for edge in shape.Edges:
 bb = edge.BoundBox

 # 小穴の開口エッジはX面上に出る円形エッジ
 if bb.XLength <= tol:
 x_plane = bb.XMin

 if any(is_close(x_plane, p, tol) for p in x_planes):
 cy = (bb.YMin + bb.YMax) / 2.0
 cz = (bb.ZMin + bb.ZMax) / 2.0

 if any(is_close(cy, y, 1.0) for y in tie_ys) and any(is_close(cz, z, 1.0) for z in tie_hole_zs):
 # 直径5.5mm穴周辺だけ拾う
 if bb.YLength <= tie_hole_d + 1.5 and bb.ZLength <= tie_hole_d + 1.5:
 edges.append(edge)

 return edges

tie_edges = collect_tie_hole_edges(shape)

if tie_edges:
 try:
 shape = shape.makeFillet(tie_hole_entry_fillet_r, tie_edges)
 except Exception as e:
 print("Tie-hole fillet failed. Try tie_hole_entry_fillet_r = 0.5")
 print(e)

# =====================
# FreeCADに表示
# =====================
obj = doc.addObject(
 "Part::Feature",
 "DeskRiser_Half_165x230x80_RoundedCableHoles_TieHoles_2x2"
)
obj.Shape = shape

doc.recompute()

try:
 App.Gui.activeDocument().activeView().viewAxometric()
 App.Gui.SendMsgToActiveView("ViewFit")
except Exception:
 pass

モデリング手順

Menu > ファイル > 新規ドキュメント
Menu > マクロ > マクロ > 新規 > 新規マクロでPythonを貼り付け
Menu > マクロ > マクロを実行

その後、保存は以下の手順でやる。

Menu > ファイル > エクスポート > STL Mesh

3Dプリンター

モデルのインポート

Bambu Studioを起動して以下でSTLをImportする。

Menu > File > Import > Import 3MF/…

印刷の設定

Process > Objectから次の設定をした。

材料：PLA
向き: 天板が下（Lay on Face > 天板を選択）
Nozzle Diameter: 0.4 （デフォルト）
Layer Height：0.2mm（デフォルト）
Wall loops：5
Top shell layers：5
Bottom shell layers：5
Infill：20%
Infill pattern：grid
Support：on （台形穴用）

Gridパターンによる違い

ちなみに、infill patternの違いは以下らしい。

Grid = 速いけど、交差点でノズルが擦ることがある
Gyroid = 少し時間はかかるけど、大物・実用品では安定しやすい

断面図

断面イメージは以下のような感じ。

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│■■■■■■■■■■■■■■■■│ ← Top shell、上の実体層
│█░░░░░░░░░░░░░░█│
│█░ infill ░█│ ← 中身の格子/ジャイロイド
│█░░░░░░░░░░░░░░█│
│■■■■■■■■■■■■■■■■│ ← Bottom shell、下の実体層
└────────────────┘
 ↑ ↑
 Wall loops = 外壁の周回数

Wall = 横方向の“側面の厚み”
- ノズル径は0.4で、Wall loops：5
- 上から見たすべての外壁の厚さは2mmとなる
Shell = 上下方向の“フタと底の厚み”
- 0.2mmレイヤー、shellは5層
- なので、zの厚みは約1.0mm

サイズcheck

これでサポート付きで、片方で500g以下に収まったので、1kgのフィラメント一つでプリント可能。

印刷時の問題

サポートがスパゲッティ化した問題が発生した。

最初のpurge lineつBrimが重なってたことが一つの原因だった

モデルを少し奥に移動して、サポートと鑑賞しないようにしたらなおった。

また、Infillを30%から20%にした。

後処理

2つ印刷したあとの後処理は以下になる。

結束バンドで穴を結ぶ
接着剤で2つのパーツを接着する
底にゴム足などをつける

まとめ

AIのおかげでCADでマニュアルでポチポチする必要がなくなった
しかし、3Dプリンターの最大印刷サイズがちょっと足りなかったので分割した
次は天板としてアクリル板を用意して、足だけ3Dプリントにするだろう
いや、普通にモノタロウでスチールのディスプレイスタンド買ったほうがQCDが良いかも
2つ合わせて14時間もかかるし、普通に2k円のフィラメントを全部つかったし、コスパは良くない
失敗も含めると、5回は印刷をやり直している

CAD on M1KE BL0G