RepRap は、鋼鉄のような多彩な梁を 3D プリントするためのオープンソースソフトウェアを革新しました。

はじめに: 2021 年 8 月 17 日、Antarctic Bear は、オープンソース 3D プリンターの開発元である RepRap が、硬度が鋼鉄とほぼ同じ低コストの PLA ベースの梁を 3D プリントできるようにする新しい Python プログラムセットを開発したことを知りました。
オープンソースの FreeCAD プログラムは、設計がユニークで、ユーザーがいくつかの非常に基本的なパラメータを指定するだけで済むため、使いやすいです。これには、梁の長さ、幅、高さ、支柱の厚さ、梁の両端にある取り付けブロックのネジ穴の直径と数が含まれます。次に、スクリプトはパラメータに基づいて梁全体の 3D 印刷可能なモデルを自動的に生成します。
RepRap は、（理論上）無限の長さのビームを印刷できる Creality の Infinite Z-Belt CR-30 システムでプログラムをテストしました。このスクリプトは標準の FFF システムでも機能しますが、コンベアがないと、印刷されるビームはビルドプレートの長さに制限されます。
「多くの人がこのタイプのマシンで長いIビームを印刷してきましたが、この技術の複雑さは多かれ少なかれ無料であり、無限長のリボンプリンターはサポート材料を必要とせずに多くの張り出した形状を印刷できるという事実を利用して、3D印刷により適したパラメトリックビームを生成するPython FreeCADプログラムを作成しようと考えました」とRepRapはブログ投稿に書いています。
△ RepRapの設計スクリプトにより自動生成された高剛性梁。 RepRap経由の画像
ソフトウェアの仕組み<br /> 新しいソフトウェアは、梁の構造を四面体の繰り返しブロックとして表現します。四面体は非常に強度が高いことで知られており、材料の大部分は外面に集中しています。これにより、構造に断面積の大きい第 2 の運動量が与えられ、あらゆる方向で十分な曲げ抵抗が得られます。斜めの支柱も角度が付けられており、45° の印刷角度を持つリボンプリンターがサポート材料を使用せずにビーム全体を生成できるようになります。
RepRap のプログラムは、各梁の両端に取り付け要素を自動的に生成し、梁を互いに、または他の物体にボルトで固定できるようにします。大きい穴は、ワイヤ、チューブ、ドライブシャフトなどのコンポーネントをビームの中心に沿って配置できるようにするためのもので、小さい穴は、大きい穴の周囲に角度の増分を持たせるためのものです。
△ CrealityCR-30でのビーム印刷。 RepRapからの写真
鋼鉄のように強い<br /> Python スクリプトがどれだけうまく機能するかをテストするために、RepRap3D は PLA ビームのセットを印刷し、単純な重量とダイヤルゲージの設定を使用して、ビームの 1 つに対して曲げテストを実行しました。印刷されたビームの長さは 175 mm、重さは 47.7 g です。剛性は1.02 x 10-⁴ mN-1と判定され、曲げ剛性（ヤング率×断面2次モーメント）は17.5Nm2と計算されました。
RepRap は、同じ長さ (175 mm) の 5 mm 角の鋼鉄梁の重量も約 47 g になると計算しました。鋼鉄製の梁は印刷された梁よりも物理的に小さいですが、RepRap3D で 3D 印刷された PLA 梁構造は、同じ重量の鋼鉄構造に匹敵する剛性を発揮できます。さらに、3D プリントを使用することで、さまざまなサイズの梁を実現し、さまざまな構造パラメータを梁の内部に統合できるようになり、複雑な追加構造や穴構造を簡単に実現できます。
RepRap のオープンソース Python プログラムは、Github の次の場所にあります: GitHub - RepRapLtd/Infinite-Z-Beam: 無限 Z 3D プリンターのビーム設計。
△3DプリントしたPLA梁2本を固定します。 RepRapからの写真
3D プリントによって可能になる設計の自由度を真に活用するには、積層造形向け設計 (DfAM) ソフトウェアが不可欠です。今年初め、3D プリンター製造元の Stratasys とエンジニアリングソフトウェア開発元の nTopology は、FDM Fixture Generator 設計自動化ツールに新しいマスキングフィクスチャモジュールを追加しました。このソフトウェアは、3D プリントされた治具、固定具、その他のツールの設計プロセスを簡素化するように設計されています。
一方、ETH チューリッヒの研究者らは以前、複雑なマルチストリームノズルを自動設計できる計算 DfAM フレームワークを開発しました。このフレームワークは、今日のエンジニアが使用する従来の CAD ソフトウェアの代替として機能し、専門家以外のユーザーが、特に積層造形ツールの目的で、FDM ノズルなどの複雑な形状を設計できるようにします。

RepRap は、鋼鉄のような多彩な梁を 3D プリントするためのオープンソースソフトウェアを革新しました。

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