3Dプリンタ×木工DIY 自作ジョイントで棚を作ってみた

ちょっとした棚を作るために、3Dプリンタでジョイント部品を作り、木工材料と組み合わせてみました。3Dデータも併せて公開します。

参考資料

以前から木単管というプロダクトを知っており、オシャレなので、丸棒を使った家具をいつか作ろうと思っていました。 moktankan.com

単管パイプ用のジョイントを調べると、ワイヤーを使ったシンプルな形状のものが見つかりました。これから着想を得ています。 www.ashiba-pipe.com

ジョイントの3Dモデル

複数のモデルのSTLデータを公開します。

種類	3Dデータ	使用する部品
直交ジョイントA	STLデータ(ボルト側) STLデータ(ナット側)	丸棒Φ12 ボルトM3×20×2個 六角ナットM3×2個
直交ジョイントB	STLデータ(ボルト側) STLデータ(ナット側)	丸棒Φ12 ボルトM3×20×1個 六角ナットM3×1個
ななめジョイントA	STLデータ(ボルト側) STLデータ(ナット側)	丸棒Φ12 ボルトM3×25×1個 六角ナットM3×1個
ななめジョイントB	STLデータ(ボルト側) STLデータ(ナット側)	丸棒Φ12 ボルトM3×20×1個 六角ナットM3×1個
3方向ジョイント	STLデータ(ボルト側) STLデータ(ナット側)	丸棒Φ12 ボルトM3×20×2個 六角ナットM3×2個

使用上の注意点

• FDM方式の3Dプリンタでは積層方向強度が出ないため、できるだけ積層方向に荷重がかからない構造としています。
• 斜めジョイントではネジ穴が積層方向と平行になっており、フィラメントや出力設定によってはネジ穴周辺の強度が落ちるため注意が必要です。
• 木材を使う前提で、丸棒同士の接触箇所の潰れを考慮しています。アルミパイプなどの硬い材料では取り付けが難しい可能性があります。
• ナットを埋め込む構造としていますが、ナットの埋め込みが不要な場合はボルト側を2つ出力してください。
• Adventurer3でABSフィラメントを使用する場合は、高強度出力要領「ABS-Hydro-01」も参考にしてください。

直交ジョイントの比較

直交ジョイントのボルト1本版と2本版で、メリットデメリットを比較してみました。

1.使用部品

当然ですが使用するボルト・ナットの数量が倍半分異なります。使用するユニット数が増えると影響も大きくなります。

2. 強度

Fusion360を使った静応力解析で、2つのジョイントの剛性を比較してみました。

見た目ではボルト2本版のほうが剛性が高いように見えるのですが、意外とボルト1本版のほうの剛性が高い結果となりました。

理由として、梁の部分の変形の仕方が、ボルト2本版では曲げに近い変形なのに対し、ボルト1本版では引張に近い変形になっているために、剛性が改善しているようです。

3. 組立性

2つのジョイントは組立性に違いがあります。
ボルト2本版は、フレームを組んだ後でも、ジョイントを挿入することができます。 一方でボルト1本版は、片方のフレームにジョイントを先に通しておく必要があります。

棚を作ってみた

3Dプリンタと2Dプリンタ用の棚を作ってみました。 斜めのフレームを入れていないので剛性が今ひとつです。いずれ改善したいです。