デバイス用のカスタム ケースをデザインして 3D プリントする方法

Oct 25, 2023

無料のソフトウェアと 3D プリンターを使用して独自の製品をデザインする

3D プリンターはエキサイティングなテクノロジーです。 プラスチックフィラメントのリールからオブジェクトを作成できます。 これらのオブジェクトは通常、Thingiverse や Printables などのサイトで見つかるおもちゃや装身具です。 しかし、Raspberry Pi、カスタムエレクトロニクスプロジェクト、さらにはモバイルデバイスなどのオブジェクトがあり、そのケースを作成したい場合はどうなるでしょうか? 無料の STL ファイルを誰も公開していない場合は、独自の 3D プリント ケースをデザインして作成できる必要があります。

以下のチュートリアルでは、2.4 インチ LED スクリーンを備えた RP2040 搭載バッジである Pimoroni Tufty2040 用のケースを作成して、ケースをカスタム デザインして 3D プリントする方法を学習します。 Tufty2040 を着けて会議に行きたいと思ったのですが、探してみると使えるケースがありませんでした。 そこで私は、ストラップ用の穴と USB-C ポート、および 1,000 mAh LiPo バッテリーを保持し、すべての内部コンポーネントを保護するのに十分なスペースを備えたエンクロージャを作成することにしました。

3D プリント用に独自の製品を設計するのは比較的簡単です。 設計と製造プロセスに反復的な方法論を適用する必要があるだけです。 その過程では、たくさんの失敗もするでしょう。 Tufty2040 用のボックスを設計する際に、正しく完成するまでに 5 つのバージョンのケースを作成しました。 それぞれの失敗は、何か新しいことを学ぶ機会です。 実際、最初の失敗はプロトタイプになりました。 このため、大型 LCD ディスプレイを保護しながらボタンへのアクセスを可能にする最上層の設計方法を再考する必要がありました。

プロセスは、ケースを作成する対象によって若干異なります。 ただし、Tufty2040 の手順に従う中で、カスタム ケースの作成と 3D プリントの基本的な手順を学びます。

最初に行う必要があるのは、オブジェクトの寸法を計算することです。 物体を手に持っている場合は、定規を使用して測定することができ、これにより、その寸法のかなりの近似値が得られます。 より正確な測定手段はデジタルノギスで、対象物の内部寸法と外部寸法を正確に測定するために使用できます。

場合によっては、オブジェクトの作成者が機械的な図面を提供することがありますが、これが理想的なシナリオです。 機械図面から寸法を追跡できます。

1.機械図面をマシンにダウンロードします。

2.ベクター画像エディターを開きます。 Adobe Illustrator や Inkscape など。 Inkscape は無料であり、十分な機能を備えているため、使用しました。

3.機械図面を Inkscape にインポートします。

4.長方形ツールを選択します。

5.長方形を使用してボードの外縁をトレースし、トレースには明るい色を使用します 。 今すぐに超精密にする必要はありません。基本的なサイズを正しく把握するだけで十分です。

6.機械図面が見えるように長方形の不透明度を変更します。 。 不透明度ツールは、Inkscape ユーザー インターフェイスの左下にあります。 不透明度は約 75% が最適ですが、好みに応じて変更します。

7。長方形の周囲の矢印を使用して、輪郭に正確に一致するようにトレースのサイズを微調整します。 。 CTRL + スクロール ホイールを使用してズームインおよびズームアウトし、より高いレベルの精度を実現します。

8.長方形ツールを選択しますそして右上を見てください跡の。円を左クリックして押したまま、半径がボードの半径と一致するまでドラッグします。 。 これを一隅に行うと、他の隅も設定されます。

9.右上隅を拡大しますCtrl キーを押しながらマウスのスクロール ホイールを使用します。

10.円ツールを選択しますそして塗りつぶしの色を赤に設定します。

11. トレースしたボードの右上の円の中心に、SHIFT キーと CTRL キーを押しながら円を描きますをクリックして、円が内側の円を満たすまでドラッグします。 これにより、ボードに穴を開けるために使用する赤い円が作成されます。

12.他の 3 つの角についても手順 11 を繰り返します。 。 これらの円は、基板を 3D プリント層に挟むために使用される M2 (直径 2 mm ネジ) ネジ穴になります。 元の円を複製し (CTRL + D)、各隅にドラッグできます。場合によっては、サイズを微調整する必要があります。

13.ツールメニューから選択ツールを選択します。

14.いずれかのサークルを選択してください、 そして次にSHIFTを押しますそしてトレースを選択します 。 これにより、両方のオブジェクトが選択されます。

15.「パス」メニューから「差分」を選択します(または、CTRL + - を押します)トレースした長方形から円を切り取ります。

16.前の手順を繰り返します残りのサークルについては。

17.トレースしたボードを選択しますそしてCTRL + Dを押します形状を複製します。シェイプを安全な場所に置きます 。 この形状が後にケースの背面パネルになります。

18.背面パネルをクリックしますそして次に、[オブジェクト] >> [変形] メニューをクリックします (SHIFT + CTRL + M)。

19.後層のサイズを値と一致するように設定します。機械図面で与えられます。「適用」をクリックします寸法を設定します。 この場合、パネルは 65.20 x 52.70 mm である必要があります。

20.フロントパネルに対してこのプロセスを繰り返しますリアパネルの寸法に合わせます。

21.機械図面を手動で再スケールする周囲の矢印を使用します。これには時間がかかりますが、努力する価値があります。

設計プロセスの次の部分は、5 つのボタンのアクセス ポイントと画面の大きな切り抜きを切り出すことです。 これにはさまざまな方法でアプローチできます。 アクセス ポイントの周囲のセクションを注意深く切り取ることも、すべての部分をさらに大きく切り取ることもできます。 基板の寸法に従う場合は、後者の方法が推奨されます。

ボタンの周囲を切り取って同じ寸法を維持した場合、ボタンの周囲にはプラスチックがほとんどなくなります。 これにより、破損しやすくなります。 より大きなケースを作成する場合、たとえば周囲に 5 mm を追加すると、個々のボタンのカットアウトははるかに見栄えが良くなります。

1.長方形ツールを使用して、画面の切り抜きを作成します 。 画面を安全に固定する必要があるため、少し寛大にカットしてください。ただし、損傷の原因となる可能性があるため、圧力はほとんどまたはまったくかかりません。

2.長方形を選択してくださいそしてトレースされたボードそして次に、パス >> 差分 (または CTRL + -) を使用して画面を切り取ります。トレースされたボードから。 カットに満足できない場合は、カットを元に戻し (CTRL + Z)、長方形のサイズを変更してから、もう一度試してください。

3.ボタン用にさらに 2 つの長方形を追加します 。 右側の矢印ボタンの切り欠きは、画面の切り欠きと重なっています。 これは意図的なものです。 画面とボタンの間に少しプラスチックを残そうとしましたが、あまりにも壊れやすかったです。

4.ボタンの四角形を 1 つ選択しますそしてトレースされたボードそして次に、パス >> 差分 (または CTRL + -) を使用して画面を切り取ります。トレースされたボードから。 カットに満足できない場合は、カットを元に戻し (CTRL + Z)、長方形のサイズを変更してから、もう一度試してください。

5.カットを繰り返す残りのボタンの切り抜き用。

タフティ2040にはランヤード用の専用フックが付いています。 問題は、既存のフレームから切り出すと非常に壊れやすいことです。 フレームの上部にもう少し肉を追加し、そこに切り込みを入れてランヤードフックを作成します。

1.長方形を描く既存のランヤードフックよりも幅が広く、高さが高くなります。

2.トレースしたボードと新しい長方形を選択します。 次に、「オブジェクト」>>「整列して配置」(SHIFT + CTRL + A) に移動します。 。 右上隅に注目すると、新しいメニューが表示されます

3.「選択領域」が強調表示されていることを確認します。、 そして次に、「垂直軸の中心」をクリックします。 。 これにより、ストラップ上のフレームのバランスをとるために必要な 2 つの形状が強制的に中央に揃えられます。

4.トレースしたボードに少し重なるように長方形を移動します。 。 ボードから遠ざける必要がありますが、強い結合を確保するために十分な重なりを維持する必要があります。

5.長方形を選択してください、 そして次に、長方形ツールを使用して、トレースされたボードと同様になるように角の半径を変更します。 。 気をつけて！ 場合によっては、角の半径により、トレースされたボードの鋭い線とランヤード フックの間に望ましくない「切れ目」が生じることがあります。

6.[パス] >> [結合] (CTRL キーと + キー) を使用して四角形を結合します。これで一つの形が出来上がります。

7. 長方形と円ツールを使用して、ランヤードフックの形状をトレースします。トレースの半径と一致するように半径を変更します。

8.パス >> ユニオン (CTRL キーと + キー) を使用してシェイプを結合します。

9.ストラップのフックをフレームに移動します。エッジとフックの間に十分なスペースを残すようにしてください。 スペースが増えれば、私たちにさらなる力が与えられます。

10.両方の形状を選択し、パス >> 差分 (CTRL + -) を使用して、トレースからランヤード フックを切り取ります。

このすべての作業が完了すると、上部パネルが完成するはずです。

底面パネルの作り方は非常にシンプルです。 フロントパネルの輪郭と一致する基本的な輪郭がすでにあります。 必要なのは、Tufty 2040 の背面にある 2 つのボタンにアクセスできるように切り欠きを作成することだけです。

下のパネルを見ると、そのフットプリントを「トップダウン」で見ていることになります。 私たちに見えるレイヤーはレイヤーの内側になります。 これは、切り抜きがパネルの左上にある必要があることを意味します。

1. 定規/デジタルノギスを用意し、左端から最初のボタンまでの距離を測定します 。 距離をメモしてください。

2.そのボタンの遠い端から次のボタンの遠い端までの距離を測定します 。 距離をメモしてください。

3.フロントパネル部分を邪魔にならない場所に移動し、リアパネルを機械図面の上に置きます。 。 すべてが揃っていることを確認してください。

4. 一番左に進み、垂直定規を探してください。そこから、左クリックしてドラッグ 。 ガイドラインが表示されます。ガイドラインをインラインに配置するリアパネルの左端に合わせます。

5.最初のガイドの右側に別のガイドを描きます 。 ほんの少しの距離だけ離れていれば十分です。

6.測定ツール (下部のツールアイコン) を使用して、2 本のガイドライン間の距離を測定します。 。 弊社で計測したところ、左端から第一ボタンまで8mmでした。

7。ガイドをドラッグして再測定してください正しい測定値が得られるまで。

8.別のガイドをドラッグし、2 番目のガイドの右側に配置します。

9.ガイドをドラッグし、2 番目と 3 番目のガイドの間の距離が必要な距離と一致するまで測定を続けます。 。 測定では、一方のボタンの奥側からもう一方のボタンの奥側までの距離が約 12mm でしたので、誤差を含めて 13mm としました。

10.2 番目と 3 番目のガイドの間に長方形を描きます 。 幅は 2 つのガイドを接続する必要があり、高さは現時点では重要ではありません。

11.四角形をクリックしますそして次に、[オブジェクト] >> [変形] メニュー (SHIFT + CTRL + M) をクリックします。

12.幅はそのままにし、高さを5mmに変更して「適用」をクリックします。

13.長方形がレイヤーに重なるまで移動します。

14.四角形をクリックしますそしてレイヤーを選択し (Shift + 左クリック)、CTRL + - を押してレイヤーから長方形を切り取ります。

これで、上下 2 つのレイヤーができました。 あとは中間層を作成するだけです。

中間層は 3 つの層の中で最も複雑です。 前面レイヤーと背面レイヤーと同じアウトラインを共有しますが、フレームの内周に一連のカットを行う必要があります。 コンポーネント、接続、LiPo バッテリー用のスペースを確保できるようにするためのカットです。

1.一番下のレイヤーを複製するそしてオリジナルを安全な場所に保管してください 。 これで、上、中、下の 3 つのレイヤーができたはずです。 今のところ必要なのは中間層だけです。

2. 最初のカットは USB C コネクタ用です。フレームの左下からUSB Cポートまでの距離を測定します。 。 計測したところ約8mmでした。

3.上の定規からガイドを2つ持ってくるそして1 つをベースに配置し、もう 1 つを中間層の上部に配置します 。 それらが正確に所定の位置にあることを確認してください。

4.別のガイドを描くそして下部ガイドから 7mm の位置に置きます。 測定ツールを使用する(ツールボックスの左下)距離を確認するために 。 正確な測定を行うためにガイドを移動できることに注意してください。 測定値を確認し、満足するまで距離を微調整します。 USB C コネクタの周囲とエラーに備えて 1 mm を確保するために、距離を 7 mm に短縮しました。

5.別のガイドを追加する、前のものよりも上そこから10mmを測定ツールを使用して測定します。

6.長方形ツールを使って10mmの正方形を描きますそして中間層の端に置きます2 本のガイドラインの間。

7。正方形を選択してくださいそして中間レイヤー (Shift クリック)そしてパス >> 差分を選択 (CTRL + -_ で中央のレイヤーから正方形を切り取ります) 。 これにより、USB C ポート用の切り欠きが得られます。

8.2 つの垂直ガイドをプロジェクトに導入し、最初のガイドを中間レイヤーの左側に並べ、もう 1 つはレイヤーの 8 mm に設定します。 。 これにより、カットの内周の境界が設定されます。

9.レイヤーの左下に別の水平ガイドを追加します。 4.5～4.6mm程度そしてガイドをその位置に移動します 。 これにより、内部カットの底部の周囲が設定されます。

10.さらに 2 つの垂直ガイドを挿入しますそして最初のレイヤーを中間レイヤーの右側に配置します。 もう1つは中間層の6mm内側にある必要があります 。 これもまた内部境界を作成しています。

11.一番上の水平ガイドの下に別の水平ガイドを追加し、上部ガイドから約 6.8 ～ 7 mm の位置を測定します。 。 これは、カットの最終的な内周です。

12.内周を使用して、外周のすべての部分に接する長方形を描きます。 。 こちらは内部のカットになります。

13.長方形を選択してくださいそして中間レイヤーを作成し、パス >> 差分 (CTRL + -) を使用してレイヤーの内周を切り取ります。。

14.さらに 2 つの長方形を追加します。そのサイズは現時点では少し推測の余地があります。 長方形を近似し、3D モデルで微調整します。 。 これらは、Tufty 2040 ボード上のコンポーネントの切り抜きです。 これらの形状を切り取らないと、レイヤーは同一平面上に配置されません。

15.長方形を選択してからレイヤーを選択しますそして「パス」>>「差分」を使用して長方形を切り取ります。 。 2 番目の長方形についても繰り返します。

16.各レイヤーを独自の SVG ファイル (Tufty2040Front.svg、Tufty2040Middle.svg、Tufty2040Bottom.svg) として保存します。

Tinkercad は、誰でも印刷用の 3D オブジェクトを作成できる、無料で使いやすいオンライン ツールです。 AutoCAD や FreeCAD と同じレベルの機能は備えていないかもしれませんが、ほとんどのメーカー プロジェクトでは仕事を完了させるのに十分な機能を備えています。Tinkercad を使用して SVG ファイルをインポートし、2D イラストレーションから 3D モデルに変換します。当社の 3D プリンターは印刷できます。

1.Tinkercad にログインするか、新しいアカウントを作成します 。 Tinkercad は、SVG ファイルを 3D オブジェクトに変換するために使用できる無料のオンライン 3D デザイン ツールです。

2.「新規デザインの作成」をクリックします。

3.「インポート」をクリックして、Tufty2040Front.svg をインポートします。

4.「インポート」をクリックしてデフォルトのオプションを受け入れます。

5. ワークスペースの右上で、高さスライダーを使用して前面レイヤーの高さを変更します ; 厚さは2mm必要です。 これは、剛性を保つのに十分な厚さですが、すばやく印刷できるほど十分に薄いです。

6.最下位レイヤー (Tufty2040bottom.svg) をインポートしますワークスペースに。

7。高さスライダーを使用して高さを 2mm に設定します 。 デフォルトでは、Tinkercad は高さを 10mm に設定しますが、このプロジェクトには厚すぎます。

中間層は最も多くの作業を行う必要がある場所です。 Inkscape で作成されたカットアウトは、Tufty2040 のコンポーネントの周囲のレイヤーを修正するために必要な修正の一部にすぎません。

1.中間層をインポートする(Tufty2040Middle.svg) をワークスペースにコピーします。

2.中間層の高さを11mmに変更します。 。 LiPo バッテリーを安全に収納するには、コンポーネントに無理に押し付けるのではなく、優しく所定の位置に保持する必要があります。

3.スクロールホイールを使用してズームインします、 そしてマウスの左ボタンを押して中間レイヤーを画面の中央に配置します。 。 マウスの右ボタンを押すと、ワークスペースが回転して見やすくなります。 Tufty2040 にある表面実装コンポーネントとの互換性を高めるために、フレームに 2 つの「カット」を行う必要があります。

4. 右側のメニューから、中空立方体を選択しますそしてワークスペースにドラッグします。

5.「上」（左上のアイコン）をクリックしますビューを上から見た視点に設定します。

6.中空の立方体をクリックしますそして長さを25、幅を5、高さを5mmに調整します。

7. マウスの右ボタンを使用して、ビューを回転して、中間レイヤーの左側を明確に表示します。

8.長方形を左側の一部になるように移動しますそしてシェイプの上部にある「コーン」を使用して、シェイプをより高く持ち上げます 。 私たちの目標は、レイヤー内に「ステップ」を作成することです。

9.トップビューに戻るそして長方形がきれいに収まるように移動します。 幅を手動で変更する右側に色のブロックがないようにします。中空の長方形は決して見えないようにオーバーハングすることができます。これはモデルに切り込むためのツールです。

10.Shiftキーを押しながら、中空の長方形を左クリックしますそして中間層。 次に「グループ」をクリックします2 つのオブジェクトを結合します。

11.別の中空の長方形を使用して、さらに塊を切り取ります層の外に、ステップ上部とネジ穴の間 。 長さは10、幅と高さは5mmあれば十分です。

12.5 x 5 x 5の中空立方体を使って切り落とします残りのセクション。中空立方体と中間層をグループ化し、「グループ化」を選択します。

13.同じプロセスを使用して、下部セクションから塊を切り取ります。 長さを 10、幅を 40 に設定しますそして高さは5mmまで。

14.長方形を所定の位置に移動しますそして次にShiftキーを押し、長方形とレイヤーを左クリックして、「グループ化」をクリックしてマージします。。

中間層は次のようになります。そうでない場合は、元に戻すを使用して、もう一度やり直してください。

これで 3 つの 3D オブジェクトができました。 Tufty2040を収納するケースの上・中・下。

1.プロジェクトの名前を変更する(ワークスペースの左上)Tufty2040-Case へ。

2.一番上のレイヤーを選択しますその後 「エクスポート」をクリックします。 STLを選択そしてその最上位レイヤーがコンピューターにダウンロードされます。 残りのレイヤーに対してこのプロセスを繰り返します。

STL ファイルをダウンロードすると、Cura、PrusaSlicer、OctoPrint などのスライス アプリケーションを使用してスライスできるようになります。 Creality Ender 2 Pro 3D プリンター用のベータ版プロファイルがあるため、PrusaSlicer を推奨します。

1.PrisaSlicer アプリケーションを開きますそして[ファイル] >> [インポート] >> [STL をインポート]をクリックします。

2.プロジェクトの STL ファイルを選択します (Shift キーを押しながら左クリック)そして「開く」をクリックします。

3.オブジェクトをビルド プレート上に広げます。それらの間に少し距離を置きます。

4.右上のダイアログから、印刷設定を最適な 0.16mm に設定します。 。 後で設定を微調整してシルク PLA 用のカスタム印刷設定を作成しましたが、このデフォルト設定は 90% と同じです。

5.「今すぐスライス」をクリックして、印刷物を G コードにスライスします。 。 G コードは 3D プリンターに対する一連の指示であり、プリント ヘッドにどこに移動するか、いつプラスチックを吐出するか、いつプラスチックを後退させるかを指示します。

6.「Gコードのエクスポート」をクリックしますそしてプリンターの SD カードに保存します。

7。プリンターのところに行ってくださいそして印刷プロセスを開始します。

Inkscape でデザインしたものを 3D プリントできることにとても満足しています。 @geekinchief の作り方は準備中だと思います pic.twitter.com/KpLIiRaN2e2022 年 7 月 1 日

各層は同じ基本設置面積を共有します。つまり、4 本の M2 18 mm 小ネジが前から後ろにスライドできることになります。 これは非常に簡単なビルドプロセスです。

1.Tufty2040の上に最上層を置きますそして慎重に所定の位置にはめ込みます 。 ボタンの周囲は壊れやすいため、特に注意してください。

2.4 本の M2 小ねじをスライドさせて、頭が最上層に突き出るようにします。

3.小ネジのネジ山を中間層に滑り込ませます。USB C の切り欠きの位置をメモします。

4.小ネジのネジ山を最下層にスライドさせます 。 ボタンの切り抜きが正しい方向に向いていることを確認してください。

5.ネジをM2ナットで固定します。

6.Tufty2040 をコンピュータに接続するそして電源を押して電源を入れます。

7. テストが成功したら、USB C リードを取り外し、底面パネルを取り外し、充電済みの LiPo バッテリーを挿入します。そして慎重に筐体の中に入れます。 無理強いしないでください！

8.電源ボタンを押しますTufty2040 がバッテリーで動作することを確認します。

9.筐体を密閉するそしてカスタム 3D プリントされた Tufty2040 カンファレンス バッジを誇りを持って着用してください。

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Les Pounder は、Tom's Hardware の副編集者です。 彼はクリエイティブ テクノロジストであり、7 年間にわたり、老若男女の心を教育し、インスピレーションを与えるプロジェクトを立ち上げてきました。 彼は Raspberry Pi Foundation と協力して、教師向けトレーニング プログラム「Picademy」を作成し、提供してきました。

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