Sei cavalli rampanti

スピットファイア用に作ったシフトノブと同様に、中空球体で作るのでも全然良いと思います。むしろ、その方がいいものができるかも知れません。

それでも、同じやり方で作るのでは面白みに欠ける気がしたので、ジオデシック・スフィアを基にした穴開き球体を使って、シフトノブを作ってみることにしました。

昨日のブログで書いた分割数nについては、しっかり大きな穴がある方がデザインがはっきりするかなと思い、n=2にしてみることにしました。n=1だと、さすがに穴が大き過ぎて、握ったときに球体に感じない恐れがあるのでやめておきました。

モデルの作り込みは、まずは、当たり障りのないナットの埋め込みからです。

M10の雌ネジを切ったナットを下の方に配置しました。できたモデルを見ているうちに、ナットと中空穴開き球体の接合面積が小さくて、ちょっと弱いんじゃないかという気がしてきたので、120°毎にナットの上の方を球面に繋ぐ支えを入れることにしました。

そして、シフトパターンです。今度は、Rが2速の横、左手前になっている6速パターンです。ナットの反対側に配置します。

これで、シフトノブの基本形は完成ですね。このまま作っても、それはそれで世の中にはない珍しいものになるんじゃないかと思います。と言うのも、従来の金属加工方法では、これを一体で作ることすら簡単ではないと思うからです。

これを切削加工で作るのは手間がかかり過ぎるでしょうし、鋳造しようにもこの細い網状のもので閉じた構造の鋳型を作るのは難しそうに思います。3Dプリンターならではなんじゃないかと思います。そして、3Dプリントで作る場合、製造コストが形の複雑さではなく使った材料の量で決まるので、穴を開けた方が安く作れるオマケ付きです。

とは言え、これだけではちょっと寂しいので、ここから装飾を付けることにします。跳ね馬、イタリア語でいうところのCavallino Rampanteに登場してもらいましょう。

これは、ネットで見つけたフェラーリエンブレムの中の跳ね馬の輪郭をトレースして、ベクトル図形にしたものです。これを球の表面に沿ったプレート状にして埋め込んで、装飾にしたいのです。

そして、スピットファイアの場合には、シフトレバーが斜めに突き出ているので、エンブレムもそれに合わせて斜めに配置しましたが、今回のシフトレバーはほぼ垂直です。なので、この垂直姿勢のままで装飾を施すことにします。

ということで、まずは、上のと同じシフトパターンまで付けたベースとなる構造を基に、

跳ね馬のベクター図形を球面に投影します（水色）。

具体的には、馬の2D図形から錐台を作って、それと球面との論理積をとったりすることによって、球面に沿ったプレート状のモデルを作ります（赤色）。

たてがみや尻尾の構造が細かすぎるので、少し段差を設けて細かいところを繋ぐ台座的な構造も合わせて作りこんでいます。

ここで、シフトノブを手に持って操作することを考えると、馬の上っ面と、穴開き球体の上っ面との間には高さ差がない方がいいんじゃないかと思います。少しでも差があると、手に引っかかる感じが残る気がするためです。

一方で、高さ差なしにしてしまうと、穴が開いているところの境界はいいですが、球面と馬の境界がなくなってしまいます。そのため、馬の周辺輪郭を少しだけ彫り込んで溝を作ることにしました。

それには、馬のベクター図形の周囲に少し距離をおいて囲む図形を描いて、

周囲を彫り込むための外枠的なベクター図形を作り、

これを跳ね馬と同じように球面に投影して、

球面の沿った薄いプレート状のモデルを作りました（青色）。

この青いモデルを穴開き球体から削除するということです。モデルの厚みは馬の周囲に彫り込みたい溝の厚みにします。

青モデルと赤モデルとを重ねて表示するとこうなります。

青モデルで穴開き球体を削り取って、赤モデルを追加するイメージになります。（馬の表面が赤と青のまだらになっているのは、高さが同じために起こっている計算誤差のため）

これで、穴開き球体に跳ね馬の装飾を付けられそうですが、問題はどれくらいこれを配置するかですね。トライアンフマークのように左右に2個だけでもいいんですが、もっとたくさんの馬に並んでもらうことにしました。

それで、この馬のサイズ感のときにちょうど良さそうな個数として、60°毎に6頭で360°ぐるりと跳ねてもらうことにしました。

そう、Sei cavalli rampanti、タイトル回収www。（イタリア語って形容詞にも複数形があるんだ）

これくらいたくさんの馬がいれば、かなり主張のはっきりした装飾になるんじゃないかと思います。これでひとまず完成です。

なお、彫り込みの細部はこんな感じになっています。彫り込み量は、0.4mmにしました。

このモデルでJCL3DPで見積もりを取りました。

前回、SLM法で作ったときには、球体の内部にサポート材が残ってしまったので、今回はBJ法にしてみることにしました。BJ法では、バインダーがないところにも粉が充填されたままで印刷されていくため、サポート材が不要なのです。今回の構造では、内部が丸見えになるため、サポート材を残したくはありません。

それで見積もり後には、モデルのレビューをさせるのですが、構造が特殊だから、焼結工程でクラックが生じたり変形するかもしれないと脅されました。以下の3です。

1, 2の指摘もありますが、それらは想定していたことで、3に関しては想定外の指摘だったんです。直感的には大丈夫な気もするのですが、直感以上の知見は私にはありません。SLMにはしたくないので、球体内部に応力を受けることができる構造物を追加で作り込んで、対策してみることにしました。

まず、内部に構造物を追加するならば、球面の構造物をもっと薄くしてもいいだろうと思い薄肉化しました。

左が薄肉化前で、右が薄肉化後です。あまりわからないかも知れませんが、薄肉化前の穴開き球面は全体に厚み3mmにしていましたが、それを上半球を2mm厚にしました。底部は3mm厚のままとして、その間は2～3mmで滑らかに繋いでいます。

その上で、内部に縦横を繋ぐ部材を追加しました。

左が追加後の外から見た様子ですが、内部が良くわからないと思うので、右に表面をカットしたカットモデルを示します。

対向する馬と馬とを繋ぐ横架材3本を中央でクロスさせて渡して、ナットからシフトパターンを支える6本の柱を立ててそれらにクロスさせました。かなりごちゃごちゃして見えますが、薄肉化で体積を減らした分よりも追加構造の方が体積は小さいです。

これで焼結時の変形には十分耐えられるのではないかと思って、レビューし直してもらいました。それでも、先の3とまったく同じ指摘をされてしまいました。

さすがにここまでやれば大丈夫だろうという気がするので、これを最終形にすることにしました。おそらく、JLC3DPもやったことがない形のためにビビっているだけなんじゃないかと判断しました。

ということで、最終モデルをいろいろな方向から見るとこんな感じです。

というところまでが、少し前の話です。

実は、すでに3Dプリントはでき上がっていて、手元に届いているんです。

球体はしっかりと歪みのない球の形となっていて、変形もないしクラックもありません。馬の細部も十分作り込めているんじゃないかと思います。

SLMだとイマイチなデキだった雌ネジも、かなりきれいに形成されています。

内部に作り込んだ横架材も柱も、きれいにできています。

直径も、設計値と同じ47.0mmちょうどでできてきました。

焼結工程で起こる収縮分は、完全に事前に予測されて、補正した状態でプリントされたのでしょう。

さらに言えば、SLMよりも表面の凹凸がやや少ないし、BJ法で作った方が仕上がりがいいんじゃないですかね。SLMの方が高精度が狙えるらしいんですけど。

ここまではいい感じにできてきていると思うので、追って暇をみて、研削研磨して仕上げてみます。

さて、どんな感じに仕上がるでしょうね。

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