マンデルブロ集合

レーザーカッターでフラクタルを切り出します。

フラクタルとかマンデルブロって何？
って思う人もいるかもしれませんが、詳しいことはwikipediaなどで調べてみてください。
フラクタル図形の一種だと思ってください。

フラクタルを取り上げたのは
レーザー加工機はコンピュータで制御しているので、
数学的で細かい制御が必要な図形を加工して見たかったためです。


一応数学的な定義に則って、pythonでデータを計算しました。　→　python:フラクタル
ベクターデータに関しても、pythonに関するブログに載せました。　→　python:フラクタル２

マンデルブロ集合の切り抜き

銀杏の木です。
100mm×150mm×5mm厚
です。

パラメータは
強度100%　速度 4.0%
です。
焦げているので少し強すぎたかもしれません。
レーザー加工は一度で、加工後はパーツは簡単に外れました。
たぶん、もう少し弱めでも十分に貫通していたと思います。

机に飾りました。

当たり前ですが、フラクタルの細かい部分は鈍っていました。
レーザー自体は細かい制御で動いているようですが、木は焦げるので材質によるのかもしれません。

スタンプ 加工

前回作ったスタンプの加工データを元に、レーザーカッターで加工します。

彫刻機能で加工しました。

こんな感じです。
5mm厚カリン材を切りました。
ラスターで加工しました。ラスター（黒）のパラメータは強度100%速度40%です。
ベクターは強度100%速度5%で、四角の周りを二回切っています。

手元にあるゴムの先にくっつけるとスタンプになります。

漢字部分はなんとかできていましたが、周りの円が消えてしまいました。
編集段階でもう少し太めに作るべきでした。
まだまだ改良の余地があります。

そのうち、これで自分用の蔵書印作ってみます。

case 5.4

前回、木箱を作りましたが、同じ設計で別な素材でも試してみました。

白い不透明アクリルを使用しました。

5mm厚です。

部品

部品はこんな感じです。
蓋の模様はうまく抜けませんでした。
使用した樹脂は特に変形しやすいようで強度もあまり強くはありませんので、無理に力を入れると壊れそうです。

これでいいことにしました。

さやがた４

前回の「さやがた３」で紗綾型タイルを作ってみましたが、
5mm厚のアガチス材は折れやすいので、もう少し厚めの10mm厚アガチス材を切ってみました。

表面

裏面

木材加工実験で10mm厚アガチスが切れることを確認していたので、問題なく切れました。
といっても端の方は火が出ていましたので、ところどころ黒くなっています。


しかし、同じ紗綾型とはいえ、違った印象を受けます。
伝統的な和模様というよりは知育的なパズルのようにも見えます。

アガチスの強度はあまり高くないので、今回作成した10mm厚の紗綾型タイルも大人が力をいれると折れます。
少なくとも、まだ壊れていません。

case 5.3 木箱

底面と組み立てです。

カリン材です。
強度100%速度1.9%で切りました。
少し炎が出ていましたが、一度で切れました。
以前失敗したのは、おそらくレンズが汚れていたせいではないかと思います。

完成

一部壊れてしまいましたが完成です。
若干背面の板が高くなってしまいました。

ちゃんと計算してあるので、開きます。

接着はしていないので、壊れた左側面の板はそのうち作り直します。
模様の切り抜きも残っているところが多いので今後の課題です。

しかし、ひとまず完成と言うことにします。

木材加工実験 7

木材加工の実験します。
今回は10mm厚のアガチス材です。

アガチス材は比較的安価で近くのホームセンターでたくさん売っているのでこれを選びました。
今までは5mm厚の木材を実験してみましたが、もう少し厚い木材でも実験するべきと考えて試してみました。
10mm厚の120mm幅です。
最近の木材加工実験と同様に網目状の切断加工をします。

網目状加工

強度100%速度2.0%です。
だいたい貫通しています。

裏面

5mm厚以上のものは、難しいと思っていましたが、レンズを毎度掃除してベストコンディションにしておけば、10mmアガチス材なら加工できそうです。

天井にかざしてみると光が見えますが、ところどころ貫通しきれていないところがあります。
ですが、これくらなら許容範囲かと思います。
加工中、炎が少し出ていましたので、これ以上強くはしませんでしたが、炎が広がることもなく、このくらいのパラメータならぎりぎりなんとかなりそうです。

しかし、10mm厚と厚いせいかほとんど曲がりません。

さやがた３

前回さやがた2で作成した図形でレーザー加工します。
材料は5mm厚のアガチス材です。

紗綾型タイル完成図

強度100%速度5.0%です。
アガチス材は結構燃えやすいので弱めに設定してあります。


ここまで作っておいて何ですが、失敗しました。

作成中の様子

ちょっと考えればわかることでしたが、タイルを隙間なく配置したので、
レーザーで切っているそばから、どんどんタイルが落ちていきます。
で、ほかのタイルの下に落ち、レーザーを浴びて燃えます。

更に切れ残ったまま落ちます。
で、途中で一時停止しつつなんとか回収したのが完成図のタイルです。



教訓

• レーザー加工では、加工したものが下に落ちることを考慮して余裕をもって作るべし
• 加工機の前を離れるべからず（燃えるので）

さやがた２

前回紗綾型模様のついたてを作りました。

もう少しこの紗綾型をテーマに考えてみます。
以前はすべてつながっていましたが、紗綾型タイルを考えます。
つまり、レーザー加工機で切るため、今回はillustratorで紗綾型タイルの編集を行います。
やってみると案外難しいのでその方法について解説します。
といっても、紗綾型タイルがどれだけ需要があるのか不明ですが、とりあえずやってみます。

タイルの場合、基本図形は下の図のようになります。

基本図形

つまり、この基本図形を複製して組み合わせると目指す紗綾型模様になります。
illustratorには図形位置を他の図形に合わせる機能があり、これを利用することで効率よく作図を進めることができます。
しかし、位置合わせする図形がちょうどいいところにない場合、当然位置合わせできません。
そのため、補助図形を入れて、図形を合わせるようにします。

下に補助図形をいれたところ

位置合わせ

同じ図形をコピー＆ペーストし、補助図形を利用して適切な位置で止めます。
今度は直角に配置するため、コピー＆ペーストし、shiftキーを押したまま90度回転させます。
で、卍ができるように適切な位置に合わせます。これは卍型ができる部分に正方形の補助図形を入れるとうまくいきます。

で、紗綾型図形の完成です。
今日は編集だけで次回切ります。

さやがた

紗綾型という模様をご存知でしょうか。
和模様で、着物柄などにも使われているので、おそらくどこかで見たことがあると思います。

紗綾型

模様をレーザーで切ってみると若干印象が違うような気がします。
試してみたいと思い、まずは幾何学模様の紗綾型模様を取り上げてみました。
ついたてのようなものです。
これを木材で作ってみます。

アガチス材

使用したのは5mm厚のアガチス材です。

強度100%速度2.5%です。

炎が出ているので、加工後は所々焦げ跡が残っています。レーザーが強すぎたのかもしれません。

煙も結構出るので、終わった後はレンズを掃除しておく必要があります。

模様を加工中

今回、模様の切り抜いた部分は必要ないのでいいのですが、レーザーがしっかり貫通していたため下に落ちていました。それで、貫通したレーザーが下の木に当たって炎上という事もあります。

なので、レーザーのエネルギーに関しては、貫通しても落ちるか落ちないかというあたりがベストです。

下に落ちた端切れは、燃えないようにできるだけ一時停止して取ります。

加工終了

これを組み立てます。

完成

上下左右にくぼみがあるのは縦横どちらの方向にも立てられるようにです。
対称性を考慮してます。
特に意味があるわけではないです。

木材加工実験 6

今回は再度黒檀にチャレンジしてみました。

強度100%速度20%で前回・前々回同様網目状にレーザ加工しました。

結果、かなり炎が出て危なそうなので止めました。
炎上しているにも関わらず貫通しない。
強度をあげるわけにもいかず、強度を下げても貫通しないと意味が無いため、戦略的撤退です…orz
まあ、以前の実験結果から予想はついていましたが。
前回までの成果は記事リンクからどうぞ

裏面

ここで何もせず止めてしまうのももったいないので、裏面も同じようにレーザー照射して加工してみました。
しかし曲がらず。
固いままです。

側面をみると

レーザが半分も届いていないような様子です。
ほとんどわかっていましたが、黒檀はレーザー加工による切断ができませんでした。
難しいです。

木象嵌

象嵌というのをご存知でしょうか？

とりあえず象とは関係ありません。
簡単にいうと、異なる素材の物を加工してた上で、貼り合わせ飾りなどの物を作る事です。
といっても意味が分かりにくいかと思うので、まずは今日の作品をどうぞ。

つまり、ここでは赤い木と白い木を別々に切って組み合わせて作ってみました。
赤い木はパドックという木です。狂いの少ない木です。

強度100%速度2.5%で加工しました。
貫通しやすいです。
一度加工しただけであっさり切れて部品が落ちていました。
さほど燃えもしませんでした。
パドックは実験では取り扱ったことないですが、レーザー加工しやすいかもしれません。

パドック

もう一つの白い木はサクラです。
こちらも強度100%速度2.5%としましたが、さくらは少し炎が出ていました。
加工後は黒くなっています。一度の加工で貫通していましたが、炎が出やすいので、速度3.0%ぐらいか、もう少し弱めにするほうがよいと思われます。

桜

加工したら部品を組み合わせます。

実はパドックの方は、サクラの切落とし領域より少し大きめに作ってあります。
illustratorでパスのオフセットを0.1mmとしています。
レーザー加工すると設計よりわずかに小さめに出来上がるので、その分を考慮に入れています。
経験から木の場合は0.1mmオフセットすることでちょうどよくなるように思います。


さらに2mmアクリルも切って組み合わせます。

接着剤は使っていませんが、ちょうどよくはまります。
アクリルの場合は木より削れる量が多いようで、もう少し大きめに作る必要があるかもしれません。

象嵌というのは歴史が古く、木同士だけではなく、金銀や石などを埋め込んだりすることもあります。アラブなどで見られます。日本でも木象嵌の芸術家がいます。かなりの高度な木材加工技術で、簡単にはまねできませんが、レーザーだと簡単にできます。

木材加工実験 5

木材加工実験の５です。

今日はチークです。
学術名：Tectona grandisです。南アジア（インドから東南アジアなど）にかけて分布し、
家具などに使われる硬めの木です。
黒めの色合いでまっすぐな木目が落ち着いた印象です。耐水、対虫です。

強度100%
速度4.0/3.5/3.0/2.5/2.0%です。
前回同様網目状の加工で比較しました。


2.0%は少し炎がでていましたが燃えているというほどではなく、比較的煙が多くでます。

表面

加工裏面

白い煙が出ていたせいか貫通していないところがあります。
チーク材の場合速度2.0ぐらいがちょうどいいようです。

曲がり具合

貫通していないところがあったせいかあまり曲がりません。
曲がり具合を測ってもよかったのですが、その前にあっさり折れました。
あまり曲げすぎると壊れます。

木材加工実験 4

木材の加工実験してみましたので、今日はそのレポートです。

今日の素材はケヤキです。
ご存知の通りケヤキは日本で自生し流通している木材です。
関東なら普通にそこらへんに生えています。

比重はそんなに高くありませんが、硬めの木です。
広葉樹で学術名はZelkova serrataです。

素材は東急ハンズで購入して使用しました。
5mm厚で規格が統一されているのが実験に都合良いです。

強度100%で速度を4.0%/3.5%/3.0%/2.5%/2.0%/1.8%(図の下→上）
としました。
速度が遅いほどエネルギー密度が高くなります。つまり1.8%が最も単位面積当たりのエネルギーが高いです。

表面裏面

図の上の方ほど火力が強く（速度が遅く）なっています。

これまでの加工からもわかる通り、速度を落としすぎると炎上し炭化してしまいます。
かといって、速度を落とすと貫通しなくなってしまい、加工が面倒になります。
そのため、貫通しつつ炎の出ないパラメータを探す必要があります。
更に、木材は多種多様で燃えやすい木もあれば燃えにくい木もあり、レーザ加工に都合がいいかどうかは通常のCNCなど切削の都合とは異なります。
そのため、種類によってそれぞれ試す必要があります。

いままでは単純な直線や鋸型の切断をしてきましたが、線の密集した細かい加工は熱量がたまりやすいせいか炎上しやすいという性質がわかりました。
そのため、今回は網目状の加工をしてみました。

線分の長さは10.0mmで段違いにしています。
5段分同じパラメータで加工しています。
線分間の距離は縦方向横方向共に2.0mmとしました。


加工中の様子ですが、
炎は2.0%以下（2.0%と1.8%）で出ていました。
表面と裏面が黒く焦げています。
しかし炭化というほどではありませんでした。

3.5%以上ではレーザーが貫通していないところもあるため、ケヤキでの最適な加工パラメータは速度2.5か3.0%ぐらいです。

こんな風に曲がります。

曲がる木

網目状にレーザ加工してみました。

加工面

使用したのはケヤキ材です。
実験として試したので上の方は少し焦げてますが、特に問題はありません。
実験の話はまたあとでレポートします。

普通の木ですが、曲がるようになります。

こんな風に曲がります。

あまり強く曲げすぎると壊れます。