お父さんのために
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。
なににする？
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。
CTスキャナを使ってデータをとる
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。
3Dモデルへ変換
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
モデルは完成！
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。
3Dプリントの準備
Repetier Host、Slic3r用いて、gcodeを作成。
いよいよ3Dプリント！
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。
完成！
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。
もっと複雑なものにチャレンジ
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。
いざスライス
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。
3Dプリント、失敗
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。
大きくして再チャレンジ
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。
出力完了！
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。
もう片方も同様に出力
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。
サポート材除去
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。
ふたつをくっつけて完成！
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。
横から見た図
トビケラが入る空間も、再現できています。
実家にお持ち帰り
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
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
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。