Wave Wall / Clay 3D print workshop

Created Date: 2016-09-13/ updated date: 2016-09-19
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    Summary
    2016年度夏休みに田中浩也研究室で行われたDigital Material Experiment Labの記録です。(講師:益山詠夢)

    Materials

      Tools

        Blueprints

          Making

          • 【目的】

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            Thumb asanoqm
            デジタルファブリケーションツール(ArchiFAB + クレイ射出機 3D Potter)を用いてモジュールで構成される壁を製作する。デザインから出力に至るまで、機械だけでなく素材に直接手で触れながら、クラフトとデジタルファブリケーションの融合を目指していく。

            ※写真はEl studioのもの.
            Small elstudio ekwc 06
            • 【事前課題】

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              Thumb asanoqm
              参加者には以下の事前課題が課された。
              ・クレイを用いた3Dプリントの事例
              ・モジュールデザインのためのインスピレーションになる、資料・素材
              ・モジュールのスケッチ

              • Oliver van herpt

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                Thumb asanoqm
                「clay 3D print」で調べると最初に出てくるであろうOliver van herpt. 壺サイズのものであれば相当多彩な表情でプリントがなされていることがわかる。

                また、スピーカーの振動に応じて積層痕が変わるSolid Vibrationなど、クレイの質感をどう活かすかの探求が行われている。
                • Small 3d printed vase
                • Small 3d printing ceramics close up
                • Small 3d printing vibrations
              • RADIOLARIA pavilion

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                Thumb asanoqm
                大型の3Dプリンタを用いて巨大な構造物を作成しているD-shape.
                 
                Shiro-Studioとの共同で設計されたRADIOLARIA pavilion は、ホウ酸虫を模した3m立方の構造体である。素材には砂と無機バインダから作られた人口砂岩が使われており、触ると冷たくて硬いようだ。
                • Small 173d615d4c27d44cf55e476e6644422e
                • Small d shaoe
              • Made in Space

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                Thumb asanoqm
                砂岩からの出力という観点から、宇宙空間での3Dプリント事例を調べてみた。

                Made in Spaceは宇宙空間でのマニュファクチャリングに特化したプロダクトを製造する企業。単独の機械が船外で出力を行うArchinautや、鉄骨を延長することで出力の限度を越えようとするExtended Structures AM Machinesなどのプロジェクトが進行中である。

                なお、既存3Dプリンタの底を抜いてZ軸の限度を突破した事例として、Joris can TubergenによるUltimaker Z-unlimitedが存在する。
                • Small archinaut progression
                • Small esamm 6 trans
                • Small z unlimited
              • Hy-Fi

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                Thumb asanoqm
                The Livingが設計したHy-Fiは、建材が100パーセント再分解可能な素材で構成され、展示後はそのまま畑の肥料になった。

                それぞれのブロックはトウモロコシの茎とキノコ菌を組み合わせたものであり、5日間ほどかけて固形化する。配合によって性質をコントロールすることもでき、有機素材だからこその形状が検討できる。
                • Small           2016 08 29 3.41.15
                • Small t38dcqra 3 hy fi moma
              • FABrick Beehive

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                Thumb asanoqm
                ArchiFABによる既存作品として、FABrick Beehiveが挙げられる。

                Gyroidという軽量かつ堅牢な幾何学構造をベースに、30cm立方程度のモジュールを大量に作成。それを人々が協力して組み合わせるという、ソーシャル・ビルドを前提に設計されたパビリオンである。

                ブロックの建材としての優位は示されたものの、出力後の合体方法については最適化されておらず、仮に結束バンドや熱を与えて溶かすことなどによって固定されている状態であった。
                • Small           2016 09 13 20.31.11
                • Small           2016 09 13 20.37.45
                • Small           2016 09 13 20.38.00
              • 「Aggregate Architecture」

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                Thumb asanoqm
                そこで、モジュール同士の連結を行う新しい手段として、Aggregate Architectureと呼ばれる分野に着目した。

                集約・集積などを意味するAggregateという単語から連想される通り、いくつものモジュールが無数に集まり、互いが干渉し合うことによって初めて安定する構造体のことである。
                Small           2016 09 13 20.44.20
              • AGGREGATE Pavilion

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                Thumb asanoqm
                シュトゥットガルト大学の ICD(institute for computational design) でKarolaとAchimが2015年に製作したAGGREGATE Pavilion

                まきびし状のモジュールをUFOキャッチャーのようなアームから落としていくことで柱を形成する。使用されたモジュールはおよそ3万個にのぼる。




                • Small icd aggregate pavilion university of stuttgart institute for computational design dezeen dezeen 784 11
                • Small ap2015 pd 08
              • Rock Print

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                Thumb asanoqm
                スイス連邦工科大学チューリヒ校(ETHZ)の Gramazio Kohler Research が2015年に発表したRock Print.

                ロボットアームでロープを垂らしたフラットな空間に、石を敷き詰めていく。それを何十層と重ねたのち、外装を剥いで余分な石に力を加えると、ロープの中で石が固定されている。

                本当にすごいけど言葉で説明しづらいので、ぜひ動画を見て欲しい。
                • Small rockprint
                • Small rockprint ethz mit 0221
                • Small           2016 08 29 3.15.40
            • 【コンセプトメイキング】試行錯誤編

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              Thumb asanoqm
              それぞれのリサーチをもとにグループ分けされ、アイディアやコンセプトを決めていく。

              我々のチームでは、メンバーのひとりが、透かしブロックや目地を盛ったナマコ壁などに興味を持っていた。また、Aggregate Architectureのようなモチーフとしてのテトラポットにも共通の関心があった。

              そこで、ものが積み重なることによる安定、そしてその隙間にできる形状の多様さに着目し、モジュール同士の隙間をテーマにアイディアを進めることになった。
              • Small imgres
              • Small
              • Small tetrapod
              • Small log
              • 消波ブロック_モデリング

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                Thumb asanoqm
                テトラポットのように複数の集合体が噛み合う構造を検討するため、ArchiFABの制約(サポート材がつけられない)をクリアする3Dモデルを作成し、出力した。
                Small           2016 08 30 15.36.30
              • 消波ブロック_出力

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                Thumb asanoqm
                サポート材なしでも出力できたが、
                ・重量が軽いため安定しない
                ・奥行き方向に崩れてしまう
                などの問題点が明らかになった。

                Aggregate Architectureはその交差が3次元的に行われることで初めて安定することを認識できた。参考とした作品も立体的な柱のような形状をしている。この手法はさほど厚みのない「壁」を作ることにはマッチしないのだろう。
                • Small 14137684 1137080889715955 1857179840 n
                • Small 14159200 1137080896382621 2118341993 n
                • Small 14159892 1137081009715943 901481859 n
              • 凹凸を持つモジュール_ver1

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                Thumb asanoqm
                単なるブロック+目地で積み上げるのではなく、ブロック自体が凹凸を持ち、お互いが隙間となるスペースを保持しながら重なる形を検討した。

                このバージョンは凹凸が円錐型だったため、水平方向に自由に回転してしまうという欠点を抱えていた。
                • Small brick on
                • Small brick turn
                • Small brick trim
              • 凹凸を持つモジュール_ver2

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                Thumb asanoqm
                水平・垂直方向の回転をロックするため、交差する平面を重ねた形状の突起を作成した。

                構想通り隙間が保持されたまま安定したが、消波ブロックのような隙間の多様性がないことが感じられ、むしろver1のようにある程度の自由度を持つ方が良いのでは?という印象を受けた。
                • Small brick 2nd
                • Small           2016 09 13 21.52.06
              • 遊びのあるモジュール_お手本

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                Thumb asanoqm
                凹凸を持つモジュールの試行から、形状を豊かにするには「接合に 自由度="あそび" を持たせること」が重要そうなことが分かった。

                益山先生のエスキスで、Kraft Isonoが手がけたスタジオでの作例として、A型のモジュールを紹介された。オスメス型の空間に自由度を持ちながら、固定のための足場が接点として用意されていることなどが見て取れる。
                • Small brick a 2
                • Small brick a 3
                • Small           2016 09 13 22.25.07
              • 遊びのあるモジュール_リサーチ

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                Thumb asanoqm
                自由度のある積み重ねから、積み方にバリエーションを持つ玩具を調べた。


                (調べたはいいが、分析が曖昧になってしまった感がある。ここでしっかり法則など見出せば、別の方向性が開けていたかもしれない...)
                • Small
                • Small           2016 08 30 17.48.12
                • Small neaf
                • Small kaeru
                • Small         pattern
              • 遊びのあるモジュール_バツ型

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                Thumb asanoqm
                固定が1箇所でない形状として、バツ型のブロックをレーザーカッターで切り出してみた。

                厚みの問題などもあると思われるが、どのように積んでも辺や面で接触する組み方に移行してしまう。安定するポジションがあまりに明確だと、結局そちらに収束してしまう。
                • Small batten
                • Small batten 2
              • 遊びのあるモジュール_瓦型

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                Thumb asanoqm
                遊びをもたせると形にバリエーションが生まれるが、安定はしなくなる。どうしよう...と思考がこんがらがっているときに生まれたサンプル。

                遊びを整数個のスリットに区切り、さらに奥行き方向にスライドすることで形にバリエーションが生まれる。

                しかし、これでは多様な隙間なんて生まれないじゃないか...
                • Small
                • Small 14138361 1137294516361259 1450158355 n
              • わからなくなった

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                Thumb asanoqm
                行き詰まりを感じたため、今までに作ってきたモジュールの分析などを行う。

                「安定させること」と「綺麗な隙間を作ること」の目的が混線していることを認識。自由度を持ちながら安定させるためには、相当数のモジュールと立体的な展開が必要になる。

                Workshopの制約(12モジュール以下,2週間)も踏まえ、「綺麗な隙間」にコンセプトを切り替えることにした。
                • Small 14356126 1150887461668631 75097658 n
                • Small 14287484 1150887465001964 840951930 n
            • 【コンセプトメイキング】波ブロック編

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              Thumb asanoqm
              波長の異なる波同士を合わせることで、形の違う隙間が生まれるというアイディア。

              Workshop初期からあったものだが、隙間の形状の美しさ・多様さという面に着目し、改めて掘り下げていく。
              Small           2016 09 13 23.02.41
              • 単一レイヤーの波

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                Thumb asanoqm
                Illustratorのジグザグツールで変形したパスからソリッドモデルを作成。厚みをもたせて3Dプリンタで出力した。
                • Small 14182082 1140656056025105 2137857657 n
                • Small 14194306 1140656096025101 471130823 n
                • Small 14219
              • 立体感のある波

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                Thumb asanoqm
                3Dプリントの特性を活かすべく、奥行き方向に変化のある形状を試作した。

                形状としての多様さは確認できたが、きちんと波らしく見えることやモジュールとして成立させることに課題が残った。
                • Small           2016 09 13 23.10.35
                • Small           2016 09 13 23.10.45
              • 両側に波を持つモジュール

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                Thumb asanoqm
                モジュールの片面をフラットにするのではなく、両側に形の異なる波を持たせれば、単一のモジュールであっても複数の隙間を作ることができるというアイディア。

                さらに、モジュール自体が隙間を内包することで、より多くのバリエーションを生むことができると考えた。
                Small 14169633 1138134052943972 195371585 n
              • スタイロフォームによるプロトタイピング

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                Thumb asanoqm
                さまざまなパターンの波を検証するタイミングで、益山先生からスタイロフォームの利用を勧められる。

                出力したい形状をプリントアウトし、スタイロの上に形状を写し取る。その後、卓上スタイロカッターで丁寧に切り抜いていく。必要に応じてハンディタイプのものを利用しても良い。

                3Dプリントによるプロトタイプは正確だが、時間やスケールの面で制約が大きい。その点、スタイロによる造形はとても手軽でスケール感もつかみやすい。とても良い。
                Small
              • 形状探索

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                Thumb asanoqm
                両面に波のあるモジュールをスタイロで切り出し、連結や積み重ねを行う。頭が丸いモデルは逆立ちできかったので、後にツノのような形状を足した。

                スタイロでスケール感をつかみながら、単一モジュールから多くの隙間形状を作り出すことに成功!
                • Small sample 1
                • Small sample 2
              • 2レイヤーを持つモジュール

                0
                Thumb asanoqm
                ここで再度立体的な形状を検討する。

                上下逆転した波をレイヤー上に重ねて結合することで、構造的に安定しながら奥行き方向にも変化のある形状を作ることができると考え、試作を行うことにした。
                Small           2016 09 13 23.37.22
              • 2レイヤーを持つモジュール_試作

                0
                Thumb asanoqm
                基本となるモジュールを縦横に展開したものと連結してみる。また違った表情を見せてきてなかなか面白い。
                • Small 14182470 1139267036164007 2863736 n
                • Small 14218557 1139267042830673 674703796 n
                • Small 14182296 1139267039497340 1099150587 n
              • 2レイヤーを持つモジュール_展開

                0
                Thumb asanoqm
                モジュールをさらに展開してバリエーションを検討する。

                グリッド付きの紙をプリントし、基本モジュールがいかに展開可能か各自で検討した。
                • Small 14218039 1139619789462065 1451564480 n
                • Small
                • Small okazaki
              • 2レイヤーを持つモジュール_システム

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                Thumb asanoqm
                紙上での検討から、
                ・横方向への展開は積み重ねを困難にすること
                ・波の端と中央を平坦にすると都合が良い
                などの要素が抽出された。

                これらを元に、基本モジュールを0.5単位刻みで変形させて積み重ねるシステムを考案し、その中で可能なバリエーションを幾つか作成した。
                • Small           2016 09 14 0.12.11
                • Small           2016 09 14 0.12.18
              • 2レイヤーを持つモジュール_イメージ図

                0
                Thumb asanoqm
                Cinema 4Dによるレンダリングで作成したイメージ図。
                • Small wall 1
                • Small wall 2
                • Small wall 4
                • Small wall 3
            • 【プロトタイピング】クレイの出力テスト

              0
              Thumb asanoqm
              モジュールのデザインが決まったところで、クレイによる造形にトライ。
              詳しい使い方は立川くんがまとめてくれます。きっと。
              • ArchiFAB + 3D Potter

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                Thumb asanoqm
                1. 粘土と水を混ぜる
                2. 1を筒に詰め込む
                3. 筒を送りネジ式モーターに接続
                4. 筒とArchiFABのヘッドを接続
                5. ArchiFABと同時に3D Potterのジョブも走らせる

                簡単にフローをまとめるとこのような感じ。セットアップ・片付けには最低1時間ずつ見積もっておく必要がある。

                Small img 1305
              • クレイ出力テスト_infillあり

                0
                Thumb asanoqm
                適当な厚みのついたモデルを出力してみる。動作自体は問題なく行えたが、なんとなくもったりした形状になった。

                infillの間隔が狭すぎるため、表層の土をヘッドが押しつぶしているように見受けられた。
                • Small infill test
                • Small infill
              • クレイ出力テスト_infillなし

                0
                Thumb asanoqm
                続いて、幅を小さくしたものを出力。ちょうどperimeter(外周)一周分でモデルが埋まり、infillがない形でG-Codeが生成された。

                infill適応時のような潰れは生じず、積層痕がはっきりと見える美しい形になった。
                • Small img 1313
                • Small nofill
              • クレイ出力テスト_傾斜のあるモデル

                0
                Thumb asanoqm
                上に向かうに従って面積の小さくなるモデルを出力。段差のディティールが独特で面白い。
                • Small img 1314
                • Small wave3
              • クレイ出力テスト_乾燥と接合

                0
                Thumb asanoqm
                出力したクレイは1日おくと持ち運べる程度の固さ(生乾き)になる。しっかりと乾燥させるには2〜3日おく必要があるだろう。

                表と裏のレイヤーを構成するモジュール同士を接合するため、生乾きの状態で木の棒を刺してはめ合わせた。

                • Small dabo
                • Small dabozu
            • 【プレゼンテーション】中間発表

              0
              Thumb asanoqm
              外部ゲストを招いての中間報告回。

              ゲストが来ることは2日前くらいに突然知らされたが、おかげで良い緊張感が生まれた...かもしれない。

              後藤くんは自己紹介でスベっていた。
              • Small 14371906 1150961974994513 628761196 n
              • Small 14355968 1150961971661180 1412380716 n
              • 「発想が2Dに侵されている」

                0
                Thumb asanoqm
                形状のバリエーションには好評を得られたものの、現段階での形状は平面の積み重ねであることを指摘される。

                壁として自立する能力も含め、面としてしか成立していない波のストラクチャを、いかに立体に転換していくかが大きな課題となった。
                Small 14341465 1150966544994056 108336205 n
            • 【コンセプトメイキング】3次元の波

              0
              Thumb asanoqm
              中間発表でのフィードバックを反映した最終形状を検討する。
              • 油粘土による形状探索

                0
                Thumb asanoqm
                3次元的な造形を検討するために、油粘土を購入していじくりまわす。

                しかし、油粘土の造形の自由度が高すぎること、モジュールとのスケール感が違うことなどから中々これといった形状が出てこなかった。また、益山先生から「今までのすべてを変える必要はない」と忠告を受ける。


                • Small holes
                • Small imomushi
                • Small uchujin
                • Small  loops
              • 積層痕の再発見

                0
                Thumb asanoqm
                スケール感を取り戻すためにも、だいたい乾燥が済んだクレイモデルを並べてみる。

                今までは波のフラットな面だけに着目していたが、実際のスケールになると積層痕が強い印象を持つことに気がついた。

                ここから、積層痕をデザインに取り入れ、表面と断面の両方を組み合わせて3次元的に魅力的な形を作るいうコンセプトが固まった。
                • Small sekisou 1
                • Small sekisou 2
                • Small sekisou 3
                • Small sekisou 4
              • 2方向から波に見えるモジュール

                0
                Thumb asanoqm
                正面から見ると今まで通りの波だが、横から見ても積層痕が波の形状になっているモジュールをモデリング。

                モジュールの組み合わせで奥行き方向にも変化をもたせられることを確認した。
                • Small           2016 09 05 22.52.04
                • Small           2016 09 05 22.57.00
                • Small           2016 09 05 22.57.33
                • Small           2016 09 05 22.58.47
                • Small           2016 09 05 22.58.57
            • 【プロトタイピング】機械と素材の制約

              0
              Thumb asanoqm
              再びクレイによる造形を行う。
              ここでは、コンセプトを実現するためにいかに機械と素材の制約をクリアするかが大きなカギとなった。
              • モジュールの分割

                0
                Thumb asanoqm
                現在のArchiFABと3D Potterでは造形中にサポートがつけられない。

                そこで、フラットな底面を持ち、上に向かって広がる傾斜をもたない形にモジュールを分割した。
                Small modulear
              • スライサの最適化

                0
                Thumb asanoqm
                分割したモジュールを印刷してみると、上部のレイヤーに行くにつれて明らかにArchiFABの移動速度が落ち、潰れた形状になっていった。スライサ(Cura)の設定を当たってみたところ、Minimal Layer Timeなるパラメーターを発見した。

                これは一層にかける最短の印刷時間のこと。この値より一層の印刷時間が下回る場合、自動的にヘッドの移動速度が落とされ、時間が調整される(参考サイト)。

                だが、クレイの出力は3D Potterから等速で行われるため、ArchiFABの移動時間が遅くなると量が過剰になってしまう。この値を0にすることで均一な造形が可能になった。
                • Small 14256450 1144337632323614 662340570 n
                • Small 14281331 1144337628990281 2020364774 n
              • 簡易組み合わせ

                0
                Thumb asanoqm
                お隣の筧研に撮影ブースをお借りして、乾燥したモジュールを撮影。傾斜と積層痕が綺麗に出ている。てっぺんの部分が引き上がっているのもキュートだ。

                4つを組み合わせてみても、正面・横から見てきちんと波の形が維持されている。




                • Small quad
                • Small yama
              • 乾燥したクレイ同士の接着

                0
                Thumb asanoqm
                分割したモジュールは合体させなくてはならない。

                作業の都合上、完全に乾ききってしまったため木の棒を通すことはできず、代替案として、木工用ボンド・水・湿った粘土・どべ(水で溶いた粘土)を用いて接合をテストした。

                その結果、
                ・湿った粘土は乾燥した粘土にほとんどつかない
                ・水やどべはある程度固定できるが、衝撃にとても弱い
                ・木工用ボンドは接着面が大きければ十分固定できる
                ことが分かった。
                • Small 14233281 1144335962323781 733725215 o
                • Small 14248774 1144335952323782 1677346294 n
                • Small 14269293 1144455752311802 1035593286 n
              • モジュールを並べる

                0
                Thumb asanoqm
                全体像把握のため、モジュールを並べてみる。

                写真を見ればわかる通り、頂点はガムテープで補強しないと安定しない。これは接着面が小さく、どうしてもボンドでの固定が緩んでしまうことが原因だ。
                • Small tate yoko tate pers
                • Small cross pers
            • 【実製作】仕上げ工程の調整

              0
              Thumb asanoqm
              プロトタイピングを経て、完成を前提にした形状の作成にうつる。
              • 接着面確保・一筆書きの制約をクリアする

                0
                Thumb asanoqm
                大きな接着面を確保するために、モジュールを中央で分断することを考えた。しかし、既存の形では両端に突起があるため、一筆書きでの造形が行えない。

                そこで、傾斜を片側に寄せ、左右非対称の形状にすることとした。
                • Small           2016 09 08 22.06.16
                • Small           2016 09 08 21.58.44
                • Small img 1425
              • 最終形状のイメージ

                0
                Thumb asanoqm
                これまでの2レイヤーの波という基本は崩さず、モジュール自体が奥行き方向に波打つことで立体的なディテールを持つようにした。

                なお今回は時間の制約を鑑み、基本モジュールのみを製作することとした。
                • Small           2016 09 09 23.17.23
                • Small           2016 09 09 23.19.42
                • Small           2016 09 09 23.19.01
              • 接合の精度を上げる_その1

                0
                Thumb asanoqm
                断面を確保した上で、さらに綺麗に接合することを考え、以下の手順を踏んだ。

                1. 生乾きの状態でモジュールを起こし、スタイロで作った土台に乗せる。
                2. 片側に木工用ボンドを塗り、木の棒を差し込む。
                3. もう片方にはどべを塗りつけ、二つをしっかりと抑えつける。
                4. できた隙間はどべで埋める。
                • Small 14159153 1146244428799601 495656372 n
                • Small 14249232 1146244425466268 1725073574 n
                • Small 14256481 1146244508799593 832941623 n
              • スタッキングのテスト

                0
                Thumb asanoqm
                完成したモジュールを乾かし、重ねてみる。

                単体では分断されることもなく自立するが、個体によって接地面がバラバラで、重ねるとかなり不安定になった。
                • Small stucking 2
                • Small pers
              • 接地面のやすりがけ

                0
                Thumb asanoqm
                じゅうぶん乾燥している状態だったので、接地面及び他のモジュールと連結する頂点部分をヤスリがけして平面出しをした。

                ベルトサンダーで試したところ、勢い余ってモジュールが壊れてしまったので地道に手でやすったところである。
                • Small 14281480 1147499492007428 1779741490 n
                • Small 14302797 1147499482007429 1104767010 n
                • Small  tta
              • 接合の精度を上げる_その2

                0
                Thumb asanoqm
                さらに、接合時により均一な形状を作るため、後加工で断面を出すことを前提にしたモデルに作り変えた。

                具体的には、両端の足を伸ばし、MDF製の加工台に入ったスリットに沿って切断するというものである。また、頂点側に均一な高さの面を設けたことで、フラットな面を作りやすくしている。
                • Small 14256764 1147521248671919 417164128 n
                • Small 14256233 1147499488674095 119190966 n
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