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ものづくりに関すること。3Dプリンター、レーザーカッター、3Dスキャナー、3DCAD、RaspberryPi、Arudionoとか。

天体望遠鏡の自作 その3

天体望遠鏡自作の続き その3

前回までであらかた全体の設計が終わったので3Dプリンターでパーツを出力していきます。
出力するパーツは主にレンズ、鏡筒(大)、鏡筒(小)を組み合わせるためのアタッチメントです。他の自作している方々のブログを見ると鏡筒(大)と鏡筒(小)の隙間を埋めるためには鏡筒(小)にC環をとりつけたり、紙やテープを巻いて微調整ということをされているようですが、3Dプリンターであれば0.1mm単位の調整が可能ですので、そういった作業が不要になります。

不覚にもフィラメントが白しかありませんでした。
光の透過を考えると黒の方がよいのですが、今から黒フィラメントを買うと予算オーバーしてしまうので白で作り、後でカッティングシート(黒)で覆うことにします。
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一つ目ができました。
鏡筒(小)と接眼レンズを取り付けるためのアタッチメントです。
さっそくはめてみます。

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ぴったりはまりました。
さすがに4年以上?3Dプリンターを使用しているのですっかり腕があがり、最近ではプリントを失敗することもほとんどありません。ミスをするとしたらプリントミスよりも設計ミスのほうが多いです。

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接眼レンズはどうでしょうか。はめてみます。
こちらもぴったり。さかさまにしても落ちてきません。
接眼レンズの径31.7mmに対して32mmで設計してありますが丁度よいです。

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このアタッチメントに関してはサイドからネジで固定してあげないとスッポ抜けてしまうかと思っていましたが、ハマり具合からするとこのままでも大丈夫そうです。むしろレンズ交換が楽でよいです。

この調子で他のパーツも出力しました。
左2つは対物レンズを鏡筒(大)に取り付け用、真ん中は鏡筒(大)延長用、右上は鏡筒(大)と鏡筒(小)の組み合わせ用、右下は先ほどの接眼レンズ用にカッティングシートを貼ったもの。これだけあればとりあえず組める状態になります。

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鏡筒(大)用に出力したパーツもこのとおり精度よくできました。
塩ビ管とのすきまはほぼありません。0.1mm違うだけでもハマり具合が変わってくるほどなので、一回設計をミスって0.3mmほど小さい直径で出力してしまったのですが、それは塩ビ管が入りませんでした。

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組み立てる前に鏡筒の内部に光の反射を防ぐための処置をします。
今回は植毛紙ではなく、100円ショップで習字の下敷き×2を購入してきました。
内部に貼るのに結構苦労しましたが、やはり貼るのと貼らないのとでは大分違います。
貼っていない手前の方は内部が明るくなってしまいます。

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対物レンズ部分を組み立て。
短い鏡筒(大)に取り付けました。外側からネジを入れて、内側はナットで止めてあります。対物レンズは結構な重さがあります。

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接眼レンズはともかく、対物レンズは結構な重さがあるので、使っているときにレンズが落ちないよう、鏡筒(大)との取り付けは全てネジ止めをしておきたいところ。
加えて、メンテナンス性も考慮して簡単に各部の取り外しができるようにしておきたいです。

いろいろ考えた結果、鬼目ナットを使うことにしました。
外側からネジで固定できるように、ネジ受けとして鬼目ナットを塩ビ管に打ち込んでおくものです。ネジをローレットつきのものにすればドライバー不要で手で回せます。
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一通り組み立ててみました。大きく狂っている箇所もなく、まずまずのデキです。
これで完成でもよいのですが、外観を整えてあげる必要があります。

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次回は外観を整えるところから。

天体望遠鏡の自作 その2

天体望遠鏡自作の続き。

前回は対物レンズ装着のためのアタッチメントとフードを設計しました。それに引き続き、今回は鏡筒(小)の伸縮部分と接眼レンズのためのアダプタを設計します。

気にするべきは、
・鏡筒(小)をどのように保持して軸がブレないよう伸縮させるか
・鏡筒(小)の長さ
・伸縮幅
下手に設計するとピンとが合わなかったり、ケラレ(覗いたとき、視界が狭くなってしまう現象)が発生します。


〇鏡筒の長さを決める

Fusion360のスケッチ機能を使って簡単に鏡筒の長さを検討します。
対物レンズの焦点距離900mmと接眼レンズの焦点距離6mmから全体の長さを決めて、鏡筒(小)の長さはケラレが発生しない程度、かつピント合わせに余裕が出るように。今後、天頂ミラーを入れたとしてもピント合わせが(多分)できる長さにしてあります。

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できれば伸縮はダイヤルなどで精細に動かしたいところですが、そこまでの機構を考え出すと時間がかかるのでまずは手動で動かすことにします。

〇鏡筒(小)の保持

鏡筒(小)を保持してスライドさせる部分を作ります。
鏡筒(大)にハマるサイズのキャップをつくり、その中心に鏡筒(小)が通る穴をあけました。

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鏡筒(大)に取り付けたイメージ。

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これだけでは軸がブレそうなので、もう1か所で支えるようにします。
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無駄に凝ったつくりになってしまいました。サイズが大きくなってしまったので手持ちの3Dプリンターでは分割してプリントすることになりそうです。

鏡筒に取り付けたイメージ。強度が心配ですがダメだったらそのとき考えます。

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〇接眼レンズのアタッチメント

次は接眼レンズを鏡筒(小)に取り付けるためのアタッチメントを作ります。
さきほどと同じ要領で鏡筒(小)にハマるキャップを作ります。
真ん中にはアメリカンサイズ(31.7mm)の接眼レンズが入るよう、32mmの穴を空けてあります。

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鏡筒(小)と接眼レンズを取り付けたイメージ。
単純にはめ込んでいるだけなので、レンズが抜けないよう固定するためには一工夫必要になります。それも今度考えます。

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作ったアタッチメントを黒色にしてから全てをつなぎ合わせるとこのような形になりました。概ねよさそうです。

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ここまでできたので、一度3Dプリンターでパーツを出力して組み立ててみたいと思います。

天体望遠鏡の自作

ふとしたはずみで天体望遠鏡を作りたくなってしまい、作ることにしました。

天体望遠鏡を自作されている方は多く、ネットで調べるといろいろな作例を見ることができます。手持ちタイプの小型のものから人の身長よりも大きなものまでさまざま。

天体望遠鏡には「屈折式」と「反射式」がありますが屈折式のほうが構造がシンプルなので今回は屈折式の天体望遠鏡を作ることにしました。
ざっくりいうと筒の先に対物レンズを取りつけ、筒の反対側に接眼レンズを取り付ければ出来上がり。接眼レンズ側から覗けばお月様がきれいに見えるはず、というものです。


〇完成イメージ

まずは完成イメージ図をFusion360で描いてみました。

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一番長い鏡筒と、それよりも一回り細い筒、鏡筒の先端に取り付けるフードが主なパーツ。加えて、それらを組み合わせたり、レンズを取り付けるためのアタッチメントがサブパーツ。サブパーツは3Dプリンタを使えば精度よく作れるのではないかと考えてます。外観は塩ビパイプだと自作丸出しなので、最後にカッティングシートを貼って整える予定。


〇性能と予算

天体望遠鏡はその性能によって値段も幅広いので、どの程度の性能を目指すか見当をつけておかないといけません。主に性能は「対物レンズの口径」と「倍率(対物レンズと接眼レンズの焦点距離の比)」で決まります。
「対物レンズの口径」は小さいと得られる像が暗くなりがち、倍率もあまり高くすることができません。1万円ちょっとで購入できる市販品は50mm程度の口径が多いです。
「倍率」は接眼レンズを交換することで簡単に高くすることができますが、むやみに高くするとやはり得られる像が不鮮明なものになってしまいます。大体40~50倍あれば月のクレーターがハッキリと観察でき、100~150倍あれば土星の環が観察できるようです。

せっかく作るなら「土星の環を綺麗に見てみたい」というこの想いだけで、
対物レンズの口径:80mm
対物レンズの焦点距離:900mm
接眼レンズの焦点距離:6mm
倍率:150倍
としました。予算は1.7~2.0万円に設定します。

〇材料集め

目指す性能が決まったので早速材料を集めます。

対物レンズ:D80mmFL900mmフルコートアクロマートレンズ金属セル付
接眼レンズ:Or6mm(オルソスコピック/PLタイプ)
 いずれもスコープタウン 10,080+3,477 計13,557円(送料別)

天体望遠鏡パーツと天文グッズの店 スコープタウン

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鏡筒(大):塩ビパイプVU75 50cm×2本
鏡筒(小):塩ビパイプVU40 50cm×1本
 ホームセンターにて計900円程度

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他にも取り付け固定用のビスや鏡筒の内部で光が反射するのを防ぐための植毛紙、などいくつか必要そうなものはありますが、それは適宜購入することにします。

〇サブパーツの作成

主要なパーツが揃ったらサブパーツ(レンズ取り付けのアタッチメントなど)を作ります。3Dプリンターで作るつもりなので完成イメージとして描いた絵をいじってデータを作っていきます。

購入した対物レンズは金属セルに固定されていて、その金属セルには鏡筒との取り付け用穴があけてあります。これに合うようにアタッチメントを作っていくので、金属セルも丸ごとモデリングしておきます。細かく採寸しながらモデリングしていきます。これがアタッチメントの精度につながります。

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対物レンズセルのデータができたら、鏡筒とのアタッチメントを作っていきます。
対物レンズセル(グレー)と鏡筒(白)をつなぐアタッチメント(赤)です。

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セルに内寸を合わせると鏡筒との間に隙間ができてしまうのでその隙間を埋めるためのスペーサー(緑)を入れています。

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これで一度試作をして、形状やはめ合いを確認することにします。

立て続けに対物レンズの先につけるフードを作ります。
フードはただの円筒ですが、対物レンズセルとの固定方法を考える必要があります。セルの中腹部にはねじが切ってあるのでこれにはめるか、先端部分に切欠きと溝があるのでこちらにはめるか。どちらかですが、フード内部に突起を作って切欠きを通して溝にはめた方がよさそうです。

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80mmのフード(白)を作りました。内部に突起をつけてあるので、回せば固定されるようになっています。
フード長はこれから計算して必要な長さに調整します。余裕があれば遮光環もつけたいです。

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先端部分はできてきました。

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今後は鏡筒(小)の伸縮と接眼レンズのアタッチメントに取り掛かります。

ノートPCを自作する(33)ディスプレイの画面が暗い

ノートPC自作プロジェクト
RaspberryPiをメインにしてオリジナルのノートパソコンを自作しようとしている取り組みです。

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RaspberryPiの電源を投入して画面を表示させたところ。当たり前ですが普通に映ります。ベゼルが薄くて最近流行のPCみたい、かも。サイドはもっと追い込めそうです。

外観はさておき、画面の表示について。
前からですが、輝度が不十分で画面が暗いです。日中だとちょっと覗き込むようにしないと見えづらい時があります。

原因はいくつか考えられますが、まだちゃんと調べていません。
輝度調節ができていないだけなのか?
12V仕様のインバーターに5Vで供給しているからか?

この状態で既に半年以上放置・・・そろそろ調べ時です。

ノートPCを自作する(32)ケースの作成

ノートPC自作プロジェクト
RaspberryPiをメインにしてオリジナルのノートパソコンを自作しようとしている取り組みです。

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ある程度ケースのモデリングができたので試作を行いました。
使用した材料はいつものようにMDFです。最終的にはアクリルにするつもりです。

1 Fusion360でDXF出力
まずはFusion360のデータからレーザーカッターで加工するためのDXFファイルを出力します。大したことじゃないですがやり方知らないと何気につまづくのでメモ。

Fusion360でひととおりのモデリングが完了したところ。

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DXFの図面が欲しい平面をクリックしてスケッチを作成します。
コンポーネントを作る元になっているスケッチを使用してもよいかもしれませんが、いろいろ編集されていたりして、最終形と異なることが多いので一度作り直した方が良いです。

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スケッチを作成したら特段何もせずにスケッチを停止します。

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これで新規のスケッチ(このときは「スケッチ54」)ができます。

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次に、画面左側のブラウザ上で新規に作ったスケッチ「スケッチ54」を選択して、右クリックでメニューを表示すると「DXF形式で保存」があります。これを選択して保存すれば完了です。

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2 レーザーカッターで加工する
必要なパーツ全てをDXFに出力できたら次は加工です。
今回はMakers Baseさんでレーザーカッターを借りました。当然、以前にレッスンは受講済みです。予約も前日の夜中になってしまいましたが、無事に予約できました。

makers-base.com

久しぶりにレーザーカッター使いましたがちゃんと使い方覚えているものですね。特に問題なく加工できました。2時間枠を使いましたが時間が余ってしまいました。何か他にデータ持って行って余った時間で加工すればよかったと後悔。

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3 組み立て
加工できたケース部分のパーツを並べてみると結構パーツ数少ない。ほとんどMDFで、ベース部分に1枚だけ黒アクリル使ってます。
今回は3Dプリントするパーツも極力減らしてヒンジ部分のみにしたので、全体的にパーツ数が少なく、狙い通りではあるけれども味方によってはチープにも見えてしまうのがたまに傷。

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ベース部分の4隅に配置する柱。6枚重ねて使いますがナットを埋め込むために3,4枚目だけは六角穴を空けています。

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ナットを埋めたら5,6枚目はまた普通の穴の板を被せて接着。これと同じものを4つ作ります。

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このあと、ヒンジを固定するパーツを接着したり、穴あけ忘れたところをドリルで穴空けたり、HDMIケーブルがおもったよりゴツくて収まらないのでアクリルを切欠いたりしてとりあえず組み立てました。

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なかなかスリムにできてます。
正面から見るとこんな感じ。

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パッと見ちゃんとしてそうですが、実はあちこち無理やり感があり、手直しをしないといけない個所があります。修正できたらもう一度MDFで試作してから、アクリルで本番と行こうか。

ノートPCを自作する(31) RaspberryPi Zero

ノートPC自作プロジェクト
RaspberryPiをメインにしてオリジナルのノートパソコンを自作しようとしている取り組みです。

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先日RaspberryPi Zeroを入手しました。スイッチサイエンスさんで予約販売していたものです。手に取ってみると思ったより小さいですね。単4電池と比べてみてもこの通り。
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これでこれまでよりもはるかに小さいものが作れます。私が取り組んでいるノートPCも小型化できますね。でも、小型化しすぎるとキーボードが小さくなってしまい使いずらいので実は今以上の小型化は必要なかったりします。


私にとってRaspberryPi Zeroはどちらかというコストメリットの方が大きいですね。この価格でパフォーマンスがよければそれこそ、5000円でノートパソコンを作るのも現実味を帯びてきます。

近々、Zeroで自作のノートパソコンを動かしてみようと思います。

3Dプリンターで作ったものを接着する方法(PLA編)

私が使用している3Dプリンターは造形スペースが120mm×120mmx100mm程度です。本来のスペックはもう少し大きいのですが、オートレベリングの機構や冷却用のファンをつけていたりする関係でこの程度が限界です。

Thingiverseなどの3Dデータサイトでダウンロードしたデータのサイズが思ったよりも大きくて私の3Dプリンターでは一発で作れない場合があります。たいていの場合はそれで諦めて手頃なサイズのものを探しますが、時にはどうしても辛抱たまらなないときがあって、何が何でも作りたい、となるわけです。そんなときには3Dデータを分割してプリントします。

また、Thingiverseなどの3Dデータサイトで面白そうなものを見つけてプリントするとき、そのままではサポート材が必要になることがあります。ただ、サポート材をつけるとどうしても出来栄えがザラザラしてイマイチになってしまうので、綺麗に造形するためには3Dデータを分割してパーツに分け、パーツごとに向きを変えてプリントすることがあります。

いずれのケースもプリントした後にパーツを接着することになりますが、3Dプリンターで作ったもの同士を接着させるのに適当な接着剤は何でしょうか?
今回はPLAで造形したパーツを接着するための接着剤として「アクリルサンデー」を使用してみたのでその使用感をレビューをしてみます。


「アクリルサンデー」とは

まずアクリルサンデーとはどんなものか見てみましょう。

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・アクリルサンデー株式会社が製造しているアクリル樹脂用接着剤

・特徴
 アクリル樹脂同士を接着する溶剤型の接着剤
 溶剤型の接着剤なので強力に接着が可能
・接着できないもの
  塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン
・揮発性が高い

小ビンに入った透明の液体です。
ハケなどで塗りたくるわけではなく、付属のスポイトのような「注入器」に移してから接着箇所に必要量だけを垂らします。

アクリル(今回はPLA)を溶かして接着するので当然強力にくっつきます。それに他の接着剤のように乾燥させるのに何時間も待つ必要がありません。ちょっとしたものなら数十秒でくっつきます。
使用方法欄には「接着部は数分で固着します。」とありますがもっと早く乾くイメージです。いずれにしろ他の接着剤よりは圧倒的に早いです。また、ベトベトしないのもメリットですね。


接着してみる

実際にアクリルサンデーを使ってPLAを接着してみます。
今回はこちらのパーツを接着します。

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これは現在作成中のバイオリンのパーツの一部です。元サイズが大きすぎたので分割してプリントしているものです。

pinshape.com

トータルで15パーツほどありますが、分割したせいで40パーツ近くになりそうです。
ボディ部分の中身は空洞なので各パーツ薄い壁同士(壁厚2mm~4mm)を接着することになります。接着面が細いので通常の接着剤だと強度に不安がありますが、アクリルサンデーならいけるのではないかと思った次第です。

それでは、接着します。えい。

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くっつきましたw。
アクリルサンデーの扱いには最初とまどいましたが、慣れれば簡単です。
乾いた後は指でぐいぐい押して、接着箇所付近をたわませても、接着面が剥がれたりしません。どうやらちゃんと一体化したようです。

接着したまわりは、アクリルサンデーがはみだすとPLAが溶けるのでつやつやして目立ってしまいますが、慣れてくればはみ出さずに接着できるかもしれません。それにどうせ後で軽くヤスってから塗装する予定なので問題ないです。
接着面はこんな感じです。

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すこしまわりに垂らしてしまったのがこちら。
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とにかく乾燥が早いので作業がはかどります。通常、写真のような3パーツだと1,2パーツ目を接着したらある程度乾くまで3パーツ目を接着できずに待ち時間が発生しますが、アクリルサンデーだと待ち時間を気にせずどんどん行けちゃいます。

ただし、アクリルサンデーの扱いに慣れる必要があるので、まずはいらない端材で練習をしてください。いきなり大物をくっつけようとすると失敗して、またパーツを造形しなおさないといけなくなると最悪です。
既に私も失敗しました。こちらです。

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さきほどのパーツと似ていますが、別のもので、これは右下のパーツを接着する際にずれてしまって上のパーツとの間に隙間ができてしまいました。
拡大したものがこちら。もうどうにもならないのでパテでも使って埋めようかと考えてます。

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この失敗はアクリルサンデーを先に垂らしてからあわてて接着させたのが主な原因です。
この失敗の後からは、まず先に位置合わせをしてテープやクリップで仮止めをした状態でアクリルサンデーを垂らすようにしてます。

まとめ

アクリルサンデーの取り扱いは気を付ける必要がありますが、速乾性、接着の強度ともにその能力はなかなかのものです。

もし、PLAで造形しているのであれば、他の接着剤とともに用意しておいてもよいでしょう。