ホリデー伝統を革新：境界を打ち破る3Dプリントくるみ割り人形

Fast Radiusではホリデーシーズンを真剣に楽しんでいます。同時に、「新しいことを可能にする」というミッションにもコミットしています。

今年12月、私たちは祭りの精神とアディティブ製造の専門知識を融合させ、ホリデーの定番「くるみ割り人形」を独自に制作するミッションに着手しました。完成品は、従来の製造法では決して作れないものです。しかも、実際にクルミを割ることができます。その制作過程をご紹介します。

設計

設計プロセスは、クルミを割るいくつかの異なる方法の評価から始まりました。

最終的に、ラックアンドピニオン機構を採用しました。これは、ピニオン（ギア）の回転運動をラック（クルミを砕くロッド）の直線運動に変換するものです。

この設計は、エンジニアたちにアディティブ製造向け設計（DfAM）の専門知識を発揮する機会を与えました。従来なら12個以上の部品が必要なくるみ割り人形を、単一の3Dプリント部品として製作するのです。

設計エンジニアリング

ギア、クランク、ラック、ハンドルなど、くるみ割り人形のすべての部品を単一ピースに統合する設計が決まったら、クルミの殻を割るのに必要な力を発生できるか確認する必要がありました。

学術文献（実在します！）を参照し、バックオブザナプキン計算で、必要なギアサイズ、ギア比、クランク設計を決定しました。

また、プリント後にギアが機能することも確認必須でした。設計は、粉末除去のための回転クリアランスを確保しつつ、ギア歯が効果的に噛み合うようバランスを取る必要があります。これを実現するため、すべての噛み合い面に最低0.5mmの隙間を設けました。

当初は金属とプラスチックの3Dプリント部品を組み合わせることも検討しましたが、HP Jet Fusion 580カラー3Dプリンタでくるみ割り人形全体をプリントすることに決めました。この装置はFast Radius工場に比較的新しく導入されたもので、その実力を試したかったのです。580で使用される材料「HP 3D High Reusability CB PA12」は、弊社がHP 3D Jet Fusion 4200プリンタで数百万個の部品をプリントしてきたPA 12とほぼ同等の機械的特性を持ち、クルミを割るのに十分な剛性と強度があると判断しました。ただし、580プリンタ自体は4200とわずかに異なるため、設計と造形オリエンテーションを580のビルドボリュームに合わせて調整しました。

最終製品

綿密な設計とエンジニアリングが実を結びました。くるみ割り人形はプリンタから完全に機能する状態で取り出され、即座に使用可能でした。

くるみ割り人形にさらなる華やかさを加えるため、チーフデザイナーが置き時計から着想を得て、ラックアンドピニオンを覆う2つの透明ピースを作成しました。これらはWhip Mixを用いたCarbon® Digital Light Synthesis™で製作しました。最終的に、機械の動作を撮影しやすくするため、小さいドームのみを採用しました。

 

……以上がFast Radiusくるみ割り人形の物語です。下の動画で実際の動作をご覧ください！ 新しいホリデー伝統が始まったかもしれません。

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