3Dプリンターで新しい筐体づくり

はじめに

 今回は3Dプリンターで新しい「筐体」を作ってみました。今まではとりあえず「機体」と言っていましたが、以前製作した7-cubeと同じような箱で、やっとふさわしい言葉が見つかったように思います。

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7-cube関連

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 なぜ作ったのかというと、7-cubeを新しく作り直したかったからです。ものづくり系のコワーキングスペースで造形していただきました。7-cubeは内側の一辺が7cmだったのですが、今回は少し大きくなっています。

 最近は企業の方々とお話をする機会があったりして更新できていなかったのですが、1か月前ぐらいに作ったものです。その後、デザイン設計や製品開発についていろいろ聞いたので、改善したい点が盛りだくさんです。ひとまず作ってみた試作品という感じです。

▼実際の筐体。今見るとねじが気になってしょうがないですね…

Fusion 360での設計

 今回筐体の設計に使ったソフトウェアはFusion 360です。これまでCreoやInventorを使ったことがありましたが、Fusion 360には回路設計ソフトのEagleとの互換性があるという大きな利点があります。Eagleで設計した基板をFusion 360に取り込んで設計することもできます。

 Eagleで設計した基板の発注もできるようになったので、Fusion 360を今後使っていこうと思います。

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はじめての基板発注

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▼実際の設計画面。ジョイントを使って、蓋の開け閉めもシミュレーションできます。

 実際に3Dプリンターで造形してみると、USBケーブルの差込口の四角い穴がずれていたり、ディスプレイのオレンジ色のケーブルがあることを想定していなかったりしました。設計ミスです。材質がプラスチックなので、あとで加工しました。設計についてもっと経験を積む必要がありそうです。

 デザイン設計について企業の方にアドバイスをいただいたのですが、ねじ頭が隠れるように穴を深くしたり、プラスチックで基板をカチッと留めるようにすると良いとのことです。

 名前が分からなかったので調べようが無かったのですが、以下のキーワードで調べると出てきます。

  • ねじ頭を隠すのは、座繰り(ザグリ)、皿ザグリ、深ザグリ
  • プラスチックのカチッと留めるやつは、嵌合(はめあい、かんごう)、スナップフィット

 嵌合やスナップフィットについては、5万円ぐらいの安物の3Dプリンターだと難しいともお聞きしました。20万円ぐらいの3Dプリンターを使った方が良いようです。

電子部品について

 マイコンは7-cubeと同じくSpresenseを使っています。Arduino Uno系のボードだとやはり配線がごちゃごちゃになるのが問題ですね。開閉式にすると、開いているときと閉じているときで必要な長さが変わってしまうので、構造を変えたほうがいいように思います。

▼蓋を開けたところ。ごちゃごちゃです。

 Spresense以外にスピーカー、ボタン、ディスプレイ、カメラを筐体に取り付けています。基板には赤外線センサー、傾きセンサー、DC-DCコンバータ、LED、ATP3012を使っています。

 ユニバーサル基板を使っていて、換装すれば別の機能を持たせることができます。今の基板はまだスペースが余っているのですが、これ以上増やすと配線で蓋が閉まらなくなるのではないかという懸念がありますね。

 DC-DCコンバータは秋月電子で買ったもので、5V出力最大6Aです。SpresenseにはVOUT端子に5Vで給電できます。電源については詳しい方にちゃんと聞きに行こうと思っています。

▼秋月電子の販売ページ

MYMGK00506ERSR使用 5V出力 最大6A 大電流DCDCコンバータモジュールキット: 組立キット(モジュール) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販 (akizukidenshi.com)

▼電池を繋いだところ。これもできれば筐体に収めたいです。

動作

 基板に赤外線センサーがあって、赤外線リモコンを使って外部から操作できるようになっています。赤外線リモコンはいつも使っているスターターキットに入っていたものです。プログラムを書き換えれば、テレビのリモコンでも操作できると思います。チャンネルを切り替えるようにして、機能を切り替えることができます。

▼スターターキットに入っていた赤外線リモコン

 

動作確認用に書き込んだ主な機能は以下の通りです。プログラムは完全なものではありません。

  • カメラを起動して、ボタンを押すと撮影する(メモリーカードへの保存はまだ出来ないです)
  • マイクを繋いで録音を行う
  • 内部のクロックを表示する(衛星との同期を試す予定)
  • 赤外線リモコンの信号を表示する(デバック用)
  • 電源ボタンを押すと、ディスプレイの画面と機能のリセットを行う
  • 基板のLEDの明るさを変える
  • 傾きセンサーでディスプレイの向きを変える

 筐体や基板に阻まれて、赤外線センサーに信号が伝わらないのではないかということを全く考慮していなかったです。一応動作しましたが、蓋を開けた状態のほうが反応が良いです。ちょっとした失敗ですね…

▼イベントのときに、モーターコントロール用のチャンネルを追加して、ロボットのモータードライバーを制御するのに使いました。

最後に

 7-cubeのときはアクリル板を切断して、穴を空けて金具で固定していました。3Dプリンターだとその手間が無くてすごく楽だったうえ、金具が減ったのでちょっとすっきりしたように思います。あとはスナップフィットやザグリを設計に追加して、また新しく作ろうと考えています。

 電源が電池だとやはり邪魔になっているので、バッテリーを使えるようになりたいところです。プロの方にお聞きしようと思っています。電圧が高くて小型のものがあると採用したいです。

 プログラムはまだ不完全なのですが、時間があるときに試そうと思っています。Spresenseのオーディオ端子から音楽の再生を試したときは、イヤホンがスピーカーになるぐらいの音量でびっくりしました。マイクロSDカードへの保存をもっと使いこなしたいところです。

 

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