デジタル陶芸専用アプリ。仮称「デジタルろくろ」と名付けてみました。
断面形状とひねり具合をコントロールする機能を実装してみました。
写真の茶碗は、断面とひねり具合をマウスで数クリックでモデルデータを作成。
わずか１５秒ほどでデータができあがります。
作成した作品の形状は、データで保存しておけますので、後日、再編集したり、大きさなどを変えて再利用可能です。
デジタル陶芸用３Dプリンターで粘土で造形。乾燥させて焼成します。
楽しくなって、１０個くらい造形しました。
デジタル陶芸プロジェクト 専用アプリ開発中
もっと手軽にデジタル陶芸らしい形状の器が作れるようにと、専用のアプリケーション「デジタルろくろ」の開発を進めています。
ろくろのように、断面形状をマウスでクリック、適当な厚みを付けて回転体を簡単にモデリングします。
表面に凹凸をつけられるように、テクスチャを選んであげれば自動的にマッピングして、楽々陶芸ができます。
うまく完成すれば、わずか数分、マウスで数クリックで形状データを作成できるようになるはずです。
上のアプリケーション画面は開発中のものです。
凹凸のテクスチャライブラリも簡単に登録できるようにしたいです。
表面テクスチャライブラリ
粘土をうまく押し出せれば、よく見かける３Dプリンタと同じように作れそうなのですが、、、
悪戦苦闘中。
なかなかきれいには押し出せない。。。
粘土吐出型の３Dプリンター 前回のテストでいい感じに押し出せそうな予感があったが、いかんせん量が少なすぎるので、何か代用できそうなものを。と探したのがこちら。 中に高粘度のものを詰めて押し出すためのものなので、これをベースに試してみることにする。
直動の電動シリンダーはどこかにあったはず。
材料についても、天然の土をベースにしたいので、配合も試さないと。。。
粘り気の強い土の場合、どうやって途切れさせるか、については別途試作中。
うまくいくと楽しそう。。。
これは、安価なFDMプリンターが出回る以前にNC加工機に取り付けて使用するための、FDMのヘッドセットと、制御回路類。
写真中央の「ファン、フィラメント送り機構、ヒーター」からなる部分を、NC加工機のツールとして保持させて使用。
今の市販品は、コンパクトだなぁと歴史を感じます。
基本的にはこのときの仕組みの応用でいけるのでは？
粉末状の粘土、陶土を固めて形を作り上げるデジタル陶芸。
このタイプの３Dプリンターは、そこそこいいお値段で、気楽に遊ぶことができない。
造形後、不要な部分の粉を除去し、乾燥させる段階での破損も多く、大きな作品が作りにくい。
そこで、ここ数年すっかりおなじみになったFDMタイプの３Dプリンターのような方法で粘土をニュルニュルっと吐出して固めて形が作れないだろうか？ 以前にこのような方法の作品を見たことがあるが、積層痕が特徴的で微細な表現には不向きだと判断し、そのまま放置していた。
しかし、先日うまくいった粘土作品をさらにレリーフ状や穴あけ加工など、データ通りに削ることができそうだということで、概略の形状を粘土FDMのような感じで概略成型し、表面テクスチャを仕上げ切削加工するという方法を試してみることにする。
まずは、そもそも粘土って押し出せる？？？
粘土の固さや、押出しの穴の大きさなど、適当にちょっと試してみた
これならうまくいくかもしれない
ただ、PLA樹脂やABS樹脂より粘っこいので、途切れてくれない。
ここが、工夫のポイントかも。
これは、クッキーの材料を手で成形してみた食べられるサンプル。
オーブンで焼成して、おいしくいただきました。
構想から１ヶ月。
まあまあのテンポで準備が整い、ようやく植木鉢レリーフ加工。
ネットで拾ったフリーのレリーフっぽい３Dデータを使ってみます。
彫り込みの深さはデータで調整。
水をかけながらいい感じに加工中。
鳩、加工できました。
汚れを洗い落として完成。
ちょうど、鳩の目は、植木鉢の厚みを突き抜けて穴。
こちらは、雪の結晶のような感じ。
元ネタはこんな感じ。
植木鉢側面の曲面にならって彫刻できています。
大成功です。
ようやくNC加工機でXYZθの４軸の制御が実現
これで加工自体はできるようになったが、植木鉢に加工するにはまだ準備が必要だ
旋盤加工のように整った円柱状など表面形状が歪んでいなければこのまま加工できるのだが、植木鉢やツボなどは数ミリ、あるいは１センチ近い歪みがあったり、側面もきれいな円錐状とは限らず、ツボなんかだと自由曲面に近い形状である。
この歪んだ表面にレリーフ加工をするのだから、そのまま加工するわけにはいかない。
まずはどのような形状であるのかを測定するためのスキャニング作業が必要となる。
幸い、これは、XYZ軸用としてレーザースキャニング機能を実装してあるので、ちょいちょいと調整して、XθZ軸用に改良して実行。
うまい具合にいい感じに植木鉢などの回転体の表面形状をデータとして取り込めるようになった。
つぎは、この植木鉢形状データに彫り込みたいレリーフデータをマージさせればよい。
ネットから適当な形状を拾って、加工用データに変換してみる。
よし準備は整った。
さて次回はいよいよ実際の植木鉢への加工。
θ軸の追加
■電気制御的な考察
使用しているNC加工機はXYZの直交軸の３軸加工機。
回転させる軸として４軸目のθ軸（シータ軸）として設計してみる。
同時４軸の駆動の必要はなさそうなので、奥行方向のY軸制御の信号を抜き出して、Y軸信号とθ軸信号をうまくやりくりすることにしよう。
回転軸用に用意した機器のモータは、精密に回転制御したいので、クローズドループのモータにする。
サーボにしようか迷ったが、クローズドループのステッピングモータを採用。
ただ、このモータ用のモータ制御信号は、DIR/STEPの２信号で制御する形式。
つまり、右回りか左回りかを指定する信号と、１ステップ分だけ回転しなさいという２つの信号で制御するのだ。
しかし、現状のNC加工機はCW/CCW信号で制御する形式。
これは、時計回りに１ステップ回転しなさいという信号と、逆に反時計回りに１ステップ回転しなさいという２つの信号で制御している。
大掛かりな改造をしたくなかったので、Y軸用のCW/CCW信号を、そのままY軸制御用に使用する分と、θ軸制御用にDIR/STEP信号として使用する分に分岐させるパルス分配変換回路を作ることにする。
これらのパルス信号は数十ｋHz程度なので、色々方法はありそうだが、一番手間がかからないArduinoでチャチャッと書いてみる。
従来のコントローラから、Y軸のモータドライバへの配線の途中に、このパルス分配変換回路をはさみ、θ軸用の制御信号をθ軸用のモータドライバへ接続。 手動モードで、Y軸とθ軸を選べるようにして、うまーく切り替わってくれることを確認した。
ファンクションジェネレータで 回転状態を確認しお手伝いしている グルグル回して遊んでいる娘
これでどうにかややこしそうな部分は解決。
次は加工の準備編。
いよいよ植木鉢の側面への加工。
皿のような形状であれば、このままで、うまく工夫すれば加工できそうだが、植木鉢やツボ、コップのような形状の外周面への加工はそのままではできないので、NC加工機を改造することにする。
■機械的な考察
まずは、これらの形状のものをどうやって固定するか。
当面は素焼きされた堅いものを掴めれば、あとはどうにか回転させられるのではないかと思い、旋盤と同様に加工対象物の中心軸を中心に回転させる。
固定は強すぎても弱すぎてもダメなので、ちょっと工夫。
植木鉢は回転体のように見えて、当然大きな歪みがある。
旋盤加工であれば、こういった歪みの無いものを加工するので、ここも一工夫必要。
回転軸も物体の中心線とは限らないし。
アルミ板を六角形に切り出し、止め金具をつけるためのタップ穴加工したり、モーターユニットなどをアルミフレームに固定し、植木鉢を保持する準備ができた。
植木鉢の中心軸は数ミリズレて、傾いているし、底から上辺までの高さも一定では無い。
軸のズレや傾きを吸収しつつしっかりと固定。
恐る恐るモーターを回転させて、植木鉢が回ってくれるのか。。。。
回転軸用に用意した機器のモータは、精密に回転制御できるように、パルス信号によって0.01度単位で回転量を制御できる。
パルスジェネレータを持ち出し、モータ制御信号として遅いパルス信号を入れてみる
数十Hz程度から試す
最初こそ、ピキッと音がして小さなキズが入ったが、いい感じに固定されているようだ
時計の秒針よりはるかにゆっくりと回し始め、徐々に速度を上げてみる
問題はなさそう。
どんどん周波数を上げて、毎秒数回転くらい、まだまだろくろよりは遅そうだが、そこまでの速さは必要ないので、機械仕掛けはこれで良しとしよう
ろくろと違い、焼成したものなので、不均等な歪みがあり、回転速度を上げると歪んでいることがよく分かる
次は電気系かな
デジタル陶芸用に中古の３Dプリンタ機を１台追加。
軽トラックで運ばれてきました。
壊れていれば直すしかない。
どんな状態かな？？？
動いてくれればいいけど。。。
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