3D造形のための無料CAD:どのソフトウェアを使うべきか

3Dプリント向けの設計：CAD作成とは別の範囲

ここで取り上げるソフトウェアは、造形するパーツを設計するためのもので、家の図面や間取りを描くためのものではありません。これらは機械系CADやデジタルスカルプトのツールで、ファイルとしてエクスポートできる、閉じた造形可能なボリュームを作るためのものです。適切なツールは、おもに作るパーツの種類によって決まります。ぴったりはまる必要のある機械部品は、有機的なフィギュアとは違う方法でモデリングされます。

絶えず出てくる区別が1つあります。すべての形状があとから編集できる寸法で定義されたままになるパラメトリックモデリングと、作成履歴なしで形状を操作するダイレクトモデリングやスカルプトです。機能部品のページで扱う機能部品は、ほとんどの場合、パラメトリックなツールの恩恵を受けます。すべてを作り直さずに1つの寸法を調整できるからです。

Tinkercad：ブラウザでモデリング。インストールは不要

Autodeskが所有するTinkercadは、完全にブラウザー上で動作し、追加または減算する単純な図形を組み合わせて作ります。そのため、何もインストールせずに3Dモデリングを学び始めるときの定番の出発点です。このブロック方式では、複雑な形状の精度に限界がありますが、スペーサー、単純なケース、基本的な組み立て部品には十分すぎるほどです。

エクスポートは、インターフェースから直接STLまたはOBJに出力でき、そのままスライサーで開けます。Tinkercadは、おもに学習と単純なプロジェクト向けに作られており、多くの噛み合う寸法を持つ複雑な機械アセンブリには向きません。

FreeCAD：無料のオープンソースのパラメトリックモデリング

FreeCADは、無料で配布されオープンソースで開発されているパラメトリックCADプログラムで、freecad.orgで入手できます。フィーチャーツリーを中心に作られており、すべてのスケッチと操作（押し出し、穴、フィレット）があとから編集可能なままなので、コンマ数ミリ単位で合わせる必要があるブラケットのように、反復の中で寸法が変わる機械部品に向いています。

習得はTinkercadより難しく、プロのCADソフトの拘束付きスケッチの考え方に近くなります。その代わり、FreeCADはSTLと3MFにネイティブにエクスポートでき、スライス中に推測するのではなく、モデルの中に直接、正確な公差と寸法を記録できます。

OnshapeとFusion：クラウドCADと個人利用ライセンス

Onshapeは完全にブラウザー上で動作し、無料プランを提供しています。Onshapeの公式料金ページによると、その無料プランではドキュメントを公開のままにしておく必要があり、個人や教育のプロジェクトには使えますが、機密性のあるパーツには使えません。ソフトウェアはパラメトリックで共同作業向けのままで、バージョン履歴は自動的に管理されます。

Autodeskが提供するFusionも、期間限定で更新可能な無料の個人利用ライセンスを提供していますが、Autodeskによると非商用に限られ、そのライセンスで使える機能は有料プランよりも限られています。どちらのツールもアカウントとオンラインでの作業が必要で、ローカルにインストールしてオフラインで動くFreeCADとは異なります。

BlenderとOpenSCAD：製図ではなく、彫刻やコーディングで形を作る

無料でオープンソースのBlenderは、おもに有機的なモデリングとデジタルスカルプトのツールで、パラメトリックではありません。フィギュア、胸像、厳しい寸法の制約がない形状には力を発揮しますが、ぴったりはまる再現性のあるはめ合わせが必要な機械部品には向きません。STLのエクスポートはBlenderでも問題なくできますが、先にメッシュが水密であることを確認してください。開いたノンマニフォールドのメッシュは、スライス時にエラーを起こしがちだからです。

OpenSCADは逆のアプローチをとります。パーツはマウスではなく、すべてコードで記述されるため、繰り返しの多い形状、スクリプトによるバリエーション、いくつかの変数から自動生成されるパーツに向いています。基本的なプログラミングの考え方にある程度慣れている必要がありますが、完全な再現性があります。スクリプトの1つの変数を変えるだけで、新しい寸法でモデル全体が再生成されます。

モデリングからスライスまで：全工程

どのツールを選んでも、STLまたは3MFへの最終的なエクスポートでモデリング段階は終わります。カラー情報やカット情報のメタデータなど、受け渡しで何を残す必要があるかに応じて適切な形式を選ぶには、専用のSTLと3MFの比較のページをご覧ください。3MFファイルは単純なSTLより多くの情報を持ちますが、すべてのスライサーがその全部を同じように読み込めるわけではありません。

ファイルをエクスポートしたら、次のステップはPrusaSlicerのようなスライサーで開き、使う機械に固有の向き、サポート材、造形設定を行うことです。モデリング時に設定した寸法だけで最終結果が保証されるわけではありません。とくにはめ合わせるパーツでは、材料の収縮とプリンターの実際の公差も影響します。

同じプロジェクトの中でツールを組み合わせることは、避けるべきことではなく、よくあるやり方です。パーツの荷重を受ける構造をFreeCADやOnshapeでパラメトリックに設計し、その土台をSTLとしてエクスポートして、Blenderでスカルプトした有機的なディテールを加えれば、各ツールが得意なことを担当でき、作業が重複しません。こうした流れでは、途中のエクスポートごとにメッシュが水密のままか確認する必要があります。開いた、あるいは穴のあいたメッシュは、スライス失敗のよくある原因だからです。

ツールを組み合わせ、確定する前に嵌合を確かめる

別のパーツとぴったり合わせる必要があるパーツでは、10分の1ミリ単位の正確な寸法を狙うよりも、あえてクリアランスを設けて設計するほうが通常は役に立ちます。冷却中の材料の収縮も、使うプリンターの実際の公差も、機械ごとに異なり、画面上の理論上の寸法より、小さな試作パーツで実際にはめ合わせを試したほうが確実だからです。この試験の手順は、上で取り上げたどのモデリングツールでパーツを設計しても変わりません。

エクスポートしたSTLや3MFだけでなく、元の編集可能なプロジェクトファイルも一緒に保管しておく価値があります。FreeCAD、Onshape、Fusionのパラメトリックなファイルや、OpenSCADのスクリプトは、あとから見直して調整できます。一方、これらのツールからエクスポートした単純なSTLは、すでに作成履歴が失われており、あとから正確に修正するのははるかに困難です。

出典と限界

• Tinkercad — 公式サイト
• FreeCAD — 公式サイト
• Onshape — プランと料金
• Autodesk — Fusion for Personal Useの登録方法
• OpenSCAD — 公式サイト

当サイトはメーカーとコミュニティの資料を整理したもので、これらの製品を自分たちで実測したわけではありません。お使いの機種の取扱説明書が、一般的なガイダンスより優先されます。