自然にあるものを3Dプリンティングしてみる

Created Date: 2016-10-31/ updated date: 2018-03-13
    • Medium img 0932
    Owner & Collaborators
    License
    By nc sa
    Summary
    CTスキャナを使用して、自然に存在する複雑な構造のもののデータを取得し、そっくりそのまま3Dプリントすることに挑戦してみました。

    Materials

      Tools

        Blueprints

          Making

          • お父さんのために

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            Thumb animal dance
            私の父は、若い頃から昆虫標本を集めたり、大きなマツボックリを探しに行ったりするほど、自然が大好きです。最近は歳をとり、アクティブに行動することは少なくなってしまいましたが、庭にビオトーブを作ったり、いろいろな植物を植えて育てたりしています。

            そんな父親の姿が私に与えた影響は大きく、私の自然・生物好きは父親譲りで間違いありません。そのことが今大学で学んでいることにつながっています。

            父親への感謝の思いと、大学でデジタルファブリケーションの技術をしっかり学んでいるよという報告を含め、父親のために「自然物の模型」を3Dプリンタで作ることにしました。
            Small 3186
            • なににする?

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              Thumb animal dance
              まず、こちらの複雑な形をした木に挑戦してみることにしました。
              Small wood1
          • CTスキャナを使ってデータをとる

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            Thumb animal dance
            実物のものを3Dモデルにするには、SenseやNextEngineに代表される「3Dスキャナ」を用います。

            今回は3Dスキャナの中でも、簡単・早い・高精細なCTスキャナを用いて、3Dデータを取得することにしました。
            使用したCTスキャナは、X線産業コンピュータ断層撮影装置NAOMi-CTです。
            Small img 1283
            • 3Dモデルへ変換

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              Thumb animal dance
              dicomデータという多数の断層画像を、3Dスキャナで取得します。

              このdaicomデータを3Dモデルに変換する処理は、Roipaintというソフトウェアを用いました。
              (参考)https://fabble.cc/sakihokato/ctxxxxxxxxxxxx
              Small           2016 10 31 17.22.16
            • モデルは完成!

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              Thumb animal dance
              Roipaintをつかって、stlファイルで保存。
              meshlabでできあがったデータをチェック。

              綺麗にスキャンすることができました。
              Small           2016 10 28 19.31.27
          • 3Dプリントの準備

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            Thumb animal dance
            Repetier Host、Slic3r用いて、gcodeを作成。
            Small           2016 10 31 17.51.31
            • いよいよ3Dプリント!

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              Thumb animal dance
              MF2200-Dで、いざ出力。
              一層目から問題なくスムーズにできました。
              Small img 0510
              • 完成!

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                Thumb animal dance
                7時間ほどかかって完成。
                スケールを変えなかったため、瓜二つのものができあがりました。
                複雑な構造をしていましたが、その構造ごと綺麗に複製できました。

                実物と並べてみると、
                素材が異なる同じ形のものが隣同士で不思議な感じ。
                Small wood2
                • もっと複雑なものにチャレンジ

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                  Thumb animal dance
                  次に、トビケラという昆虫の巣を、3Dプリントで出力することにしました。
                  トビケラは小さな水生の昆虫で、幼虫の頃に自分で小枝を集め、服を纏うように巣をつくります。
                  水生版ミノムシといったところです。

                  先ほどと同様に、
                  CTスキャンを用いてdaicomデータを取得
                  →RoiPaintで処理、stlデータに変換
                  →スライスソフトでgcodeを作成

                  トビケラの巣は構造が複雑で、
                  RepetierHost、Slic3rでは上手くスライスできなかったため、Simplify3Dを使用しました。
                  Small img 0926
                  • いざスライス

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                    Thumb animal dance
                    上手く3Dプリントできるように、いろいろな向きでモデルを置き、一番いいスライスの仕方を探してみました。

                    結果、
                    サポート材の付き方も考慮して、横向きにし半分切り、片方ずつ出力することにしました。

                    見えにくいですが、灰色でサポート材が表示されています。
                    Small img 0932
                • 3Dプリント、失敗

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                  Thumb animal dance
                  トビケラの巣は元々が小さいため、300%にスケールして出力してみました。
                  ですが、それでもまだ小さすぎ、複雑な構造をしているために、ぐちゃぐちゃになってしまいました。

                  30分ほど動かして、中断。
                  Small img 1063
                  • 大きくして再チャレンジ

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                    Thumb animal dance
                    800%にスケールして、プリント開始。

                    今度は上手くいきました。
                    造形途中が神秘的です。
                    Small img 1140
                  • 出力完了!

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                    Thumb animal dance
                    15時間ほどしてまず片方完成!
                    サポート材も上手くついているようです。

                    こんなに複雑な形のものが、無事出力されたことに感動。
                    机から生えてきているようです。
                    Small img 1153
                  • もう片方も同様に出力

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                    Thumb animal dance
                    半分にしたもう片方も、同じように800%の大きさで、出力しました。
                    こちらも15時間ほどかかりました。
                    Small img 1173
                  • サポート材除去

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                    Thumb animal dance
                    枝一本一本が折れないように、慎重にサポート材を除去していきます。
                    細かなところは超音波カッターを使用して取り除きました。

                    途中経過が、いかのおつまみみたい。
                    Small img 1160
                • ふたつをくっつけて完成!

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                  Thumb animal dance
                  片方ずつ出力したものを、同じ向きにくっつけ合わせ、ついに完成!

                  元々のトビケラの巣はとても小さく扱いづらいため、
                  今回800%で複製したことにより、その構造がよくわかります。

                  また、実物と違い全体が単色であり、色や模様の情報がないため、よりその構造に着目することができました。
                  Small img 1190
                  • 横から見た図

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                    Thumb animal dance
                    トビケラが入る空間も、再現できています。
                    Small img 1175
                • 実家にお持ち帰り

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                  Thumb animal dance
                  茨城県にある実家に、今回作ったふたつを持ち帰り、父にプレゼントしました。

                  作っていることを何も知らせず、サプライズで渡したので驚いていました。

                  お父さんは3Dプリンタ自体見たことがなく、3Dプリンタで作られたものも見るのが初めてだったため、とても関心していました。
                  特にトビケラの巣には、「一本一本の枝の組み合わさり方がすごい」「トビケラがこんな芸術的な巣を作るなんて驚きだ」と興味津々でした。
                  • 今回の製作を通じて

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                    Thumb animal dance
                    CTスキャンを使用しての作業はわからないことも多く、RoiPaintの使用も初めてだったため、失敗の繰り返しでした。
                    ですが、成功しないんじゃないかと思っても、あきらめずにいろいろな方法を試してみることで、結果的に作品も完成し、自分のスキルも向上しました。

                    自然物をデータとして扱うことで、じっくりと向き合い、「この植物・昆虫はどういった生物なんだろう」「この構造はどうしてこんな形をしているのだろう」と疑問も生まれ、それについて考えたり調べたりすることで、それらについてとても深く理解することができました。

                    父親に喜んでもらうこともできて、自分も多くを学ぶこともできて、取り組んでよかったです。


                    • 今後の展開

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                      Thumb animal dance
                      今回の製作過程の中で理解した自然物の構造を、
                      今後はデザインに還元し、Bio-inspired Designとして応用していきたいです。
                      Add Card Order

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