動力を伝達するのに欠かせない機械要素の歯車。これを3Dプリンタで製作できたら、ものづくりの幅が更に広がりますよね。

今回、FreeCADでの歯車モデリング方法を解説していきます。

3Dプリンタでの印刷方法は次回解説する予定です。

歯車モデリング時の前提条件

3Dプリンタで製作する前提でモデリングしますので、以下の前提を設けています。

• 小さな面取りやフィレットは作成しない
• 底面はフラットにする

歯車仕様

今回、製作する歯車は以下図表の仕様にしました。2つの歯車を一体成型した形状とし、歯数は36、12とします。歯数36の歯幅は3mm、歯数12の歯幅は4.5mmとします。モジュールは0.5mmとし、ホビー向けに使われる小さな歯車が製作出来るかトライです。

FreeCADで歯車のモデリング

歯形断面の作成

FreeCADでは、インボリュート曲線で作られた歯形を簡単に作成することが出来ます。

まず、「ボディーを作成」をクリックし、ボディーを作成します。その次に「Part Design」タブの「Involute gear」を選択して下さい。

インボリュート曲線のパラメーター設定するダイアログが表示されますので、仕様通り歯数:36、Module: 0.5mmを入力します。圧力角はデフォルトで20°が入力されていますので、変更しなくて結構です。続いて高精度で作成したいので、高精度はTrueのままです。最後に歯は外歯なのでTrueです。

OKボタンを押すと、ボディーオブジェクト下階層にインボリュート曲線で作成された歯形断面オブジェクトが作成されます。

歯形断面を押し出して歯車形状の作成

歯形に厚みをもたせ歯車とするために、作成した歯形曲線を押し出します。「パッド」をクリックして下さい。

歯幅は3mmですので、長さを3mmとし、OKボタンを押します。

歯車形状が出来上がりました。

次に歯車平面に段差を付けるため、「減算円柱」をクリックします。

プリミティブパラメーターダイアログが表示されますので、半径:8mm、高さ:0.5mmを入力します。

ダイアログボックスを下にスクロールし、「面を反転」をチェックします。

Attachmentの平面は、図に示す歯車上面を選択します。

OKボタンをクリックすると歯車形状から円柱形状が引かれ、平面に段差が出来ます。

歯数12の歯車も同様に作成して下さい。下図は、歯数12の歯車を作成した結果です。

軸穴の作成

歯車の軸穴を作成するために、再び 「減算円柱」をクリックします。

歯車平面に段差を付けるときと同様に軸穴を作成していきます。

プリミティブパラメーターダイアログボックスが表示されますので、半径1.5mmに設定してください。

次に下へスクロールし、「面を反転」をチェックします。

Attachmentは下図の面をクリックします。

OKをクリックすると軸穴が出来上がります。

肉抜き穴を作成

歯車の肉抜き部を作っていきます。

下図のようにスケッチを作成します。

作成したスケッチで肉抜きをするために、「ポケット」をクリックします。

ポケットパラメーターダイアログボックスが現れます。タイプは「貫通」を選択します。

OKをクリックすると肉抜き穴が作成されます。

肉抜き穴を円状に4つ空けるため、「円状パターン」をクリックします。

Polar Pattern parametersダイアログが現れます。回数に4を設定します。

OKをクリックすると肉抜き穴が4つ円状に作成されます。

これで決めた仕様の歯車が出来上がりです！

3Dプリンタで製作する前提と決めたので、面取り、フィレットはしません。

まとめ

動力を伝達するのに欠かせない機械要素の歯車をFreeCADでモデリングする方法を解説しました。

今回解説した歯車の作成手順は、

• 歯形断面の作成
• 歯形断面を押し出して歯車形状の作成
• 軸穴の作成
• 肉抜き穴を作成

です。

歯車を3Dプリンタで製作できたら、ものづくりの幅が更に広がります。

次回は、3Dプリンタでの印刷方法を解説していく予定です。

3Dプリンタでねじを製作出来れば、ものづくりの幅が広がりますよね？

FreeCADのfastnersワークベンチを使えば簡単にねじの3Dモデルが作成出来ました。そして、3Dプリンタ Ender-3で印刷したところ、ちゃんとねじとして機能しました。

今回、3D CADでの3Dモデル作成から3Dプリントまでの一連の流れを記事にします！

FreeCAD Fastenersワークベンチでねじモデルの作成

FreeCADは無償で使えるオープンソースの3D CADソフトです。FreeCADにはボルトやナットなどの3Dモデルを簡単に作成出来る「Fasteners」というワークベンチが用意されています。Fastenersを使ってボルト、ナットの3Dモデルを作成していきます。

Fastenersワークベンチの追加

まず初めにFastenersワークベンチをインストールします。メニュータブから[ツール] >> [アドオンマネージャー]を選択します。

アドオンマネージャーを開いたら、[ワークベンチ]タブを選択します。数あるワークベンチの中から[fasteners]を探し、インストールします。

Fastenersワークベンチの追加が確認されたら、3Dモデル作成の準備は完了です！

ボルト、ナットの3Dモデル作成

Fastenersワークベンチを選択するとツールバーに色々なボルト、ナットのアイコンが表示されます。

今回は、六角ボルト(ISO4017 Hex head screw)と六角ナット(ISO4032 Hexagon nuts, Style1)を作ります。下記のアイコンをクリックして下さい。

▼六角ボルト(ISO4017 Hex head screw)のアイコン

▼六角ナット(ISO4032 Hexagon nuts, Style1)

ここでは六角ボルトの3Dモデル作成について解説していきます。六角ナットの3Dモデルも同様に作成できます。

六角ボルトのアイコンをクリックするとボルトの3Dモデルが作成されます。

プロパティからボルトの径(diameter)、ボルトの長さ(length)を変更出来ます。ボルトの径はM6、長さは12mmとしました。

ねじ部を作成するにはthreadをfalseからtrueに変更します。

3Dモデルにねじが作成されました。

3Dモデルをstl形式でエクスポート

3Dプリンタで3Dモデルを印刷するために、stl形式でエクスポートします。メニューから[ファイル] >> [エクスポート]を選択するとstl形式でエクスポートできます。

Curaの3Dプリント設定はインフィル密度100%

FreeCADで作成したstlファイルをCuraで開き、3Dプリントの設定をします。

主な設定を以下表に纏めました。ボルト、ナットは強度が求められますので、インフィル密度を100%にするのがポイントです。

Creality 3D Ender-3で3Dプリント

3DプリンタはCreality 3D Ender-3を使用しました。

ボルト、ナットのねじはしっかり造形出来ています。

ボルト、ナットのねじが無事嵌まるか緊張の瞬間です。

見事嵌りました！引っ掛かりもなく、ねじとして機能しています。

まとめ

今回、3Dプリンタでねじ作りに挑戦しました。

要点は

• FreeCAD Fastenersワークベンチでねじモデルの作成
• Curaの3Dプリント設定はインフィル密度100%
• Creality 3D Ender-3で3Dプリント

です。

M6までのねじは製作可能なことが分かりました。ものづくりの幅が一層広がりそうです。次は、どこまで小さなねじが製作可能か挑戦したいと思います。乞うご期待！

3Dプリンタで印刷するモデルを自分で作成してみたいですよね？でも、3D CADソフトは高価すぎて手が出せない。そんな悩みを解決するのがオープンソースの3D CADソフト「Free CAD」。有償の3D CADソフトより機能は劣りますが、個人利用では十分すぎます。そんなFreeCADのインストール方法について解説します。

インストール方法

FreeCADのホームページからインストールファイルをダウンロードします。ファイルを実行すると次のような画面が表示されますので「次へ」をクリックします。

ライセンス契約書をよく読み、同意出来るようであれば「次へ」をクリックします。

使用ユーザーは、ご自身の環境によって選択して下さい。「次へ」をクリックします。

インストール先を選びます。デフォルトの場所でよければ「次へ」をクリックします。

そのまま「次へ」をクリックします。

「インストール」ボタンを押すとFreeCADがインストールされます。

しばらくするとインストール完了です。

さあ、FreeCADアイコンをクリックして起動しましょう！