多くの航空機は、アルミのフレームに外殻を貼り付ける構造で出来ているが、この構造を3Dプリンターを使って一発出力する方法を試行錯誤した。
航空機の構造
とにもかくにも、軽いが高い剛性を保てる構造が理想だ。ソリッドモデルではないので、外観を模しても意味がないので、とにかく構造を模倣したい。そしてFDMはそれぞれの部位が完成された形で出力できるので、時間はかかっても、組み立て工数が減るのであれば大きなメリットがある。
軽量化
FDMプリンターで軽い構造物を作るには、とにかく無駄を排除したデザインを作ることだ。それとせっかく外殻とリブを一発出力して工数を減らしているのに、複雑なサポートを取り外す手間は頂けない。
3Dプリンターで面白い所は、デザインでなければ実現できない要素と、スライス方法でデーターをどう出力するかで、プリント工程でしか実現できない要素があり、それをどううまく組み合わせて最良な結果が得られるかの試行錯誤が必要だ。
デザイン面での試行錯誤
先ず、基本的なことだが、perimeter1で最高の剛性を実現するために、デザインは曲線をベースとする。また外壁とリブが同時に形成されるようにデーターを作るのだがサポートなしの水平リブを使わないように設計することが重要となる。水平リブがどうしても使いたい場合は、その水平リブが、次のパーツとの接着面になるようにし、接着面そのものを水平リブとして使用するようにデザインする。
ビルドプレートに対し水平なリブは使えないが、デザインを工夫し、格子状のリブや水平にならない程度の曲線であれば、有効な構造リブとして機能する。
飛行機のfuselageの様な構造を実現するには、デザイン的に独特なトリックを使います。胴体は、実はすべて中身が詰まった、ソリットなものとして設計します。そして、リブはそのソリッドに開けられたトンネルを作る要領で作成していくのです。これはスパイラルベースを作る要領で胴体とリブを一体造形するための工夫です
出力時の工夫
データーをどの方向で積層していくか、Perimeter1で外壁とリブをく見合わせてどのようにスライスしていくかもとても重要です。また、出力は、スパイラルモードを応用して出力設定をしていくのですが、slicerによってかなり差が出る部分であり、私が普段使用しているPrusaSlicerでは出力が不可能でした。そのためこれ以降は、Curaを用いてスライスを行います。
その他の微細なパーツ
微細パーツで内部骨格を同時成型する場合は糸引きなどが構造物の内側に醜い状態で封印されてしまうので、リトラクトの設定はかなり綿密に本番出力前に調整する必要があります。
リブストリンガー構造
この構造は実は、リブストリンガー構造と言います。非常に応用範囲が広い構造なのでFDMプリンターの実用構造物をデザイン、造形する自由度が上がるので、お勧めです。
