3Dモデリングの基礎知識をやさしく解説｜3Dプリンターをより深く楽しむために
3Dプリンターの普及により、個人でも手軽にプロトタイプや日常的なアイテムを製造できるようになりました。しかし、3Dプリントを成功させるためには、プリンター自体だけでなく、3Dモデリングというプロセスが欠かせません。ここでは、3Dプリントを始めるために必要な3Dモデリングの基礎知識とツール、さらに効率的にモデリングを行うためのスキルについて解説したいと思います。
3Dモデリングとは？
3Dモデリングは、コンピュータを使用して物体の立体的な形状をデジタル上に作り上げるプロセスです。3Dプリントは、このデジタルデータを元にしてプリンターが材料を積層して立体物を造形します。つまり、3Dプリントの出発点は「デジタルモデルの作成」です。
3Dモデリングの基本的な手法
3Dモデリングには主に以下のような手法があります
ポリゴンモデリング：オブジェクトの表面を三角形や四角形などのポリゴンで構成する方法。CADソフトやゲームデザインでよく使用される。
NURBS（非一様有理Bスプライン）モデリング：曲線を使って滑らかな曲面を生成する手法。車や航空機などの精密な曲面を表現する際に適している。
スカルプトモデリング：デジタル粘土を使うように、手動で形を整える彫刻的な手法。アートやフィギュア制作でよく使われる。
3Dプリントでは、通常はポリゴンモデリングやNURBSが使用されることが多いですが、スカルプトモデリングも複雑な形状やデザインに応じて選ばれることがあります。
3Dプリントのために必要なもの
ソフトウェア
3Dモデリングを行うためには、専用のソフトウェアが必要です。以下に初心者からプロフェッショナルまで使用される主要なツールを紹介します。
Tinkercad：無料で使える初心者向けのブラウザベースのモデリングツール。シンプルなUIで、直感的に操作が可能。
Fusion 360：オートデスクが提供するプロ向けのCADツール。設計からシミュレーションまで幅広い機能を持ち、3Dプリントのプロジェクトにも対応。
Blender：オープンソースで強力なモデリング・レンダリングツール。主にアニメーションやゲームデザインで使用されるが、3Dプリントにも対応。
Meshmixer：Autodeskが提供する無料ソフトウェアで、3Dプリント用のモデルの編集や修正に特化している。
ハードウェア
3Dモデリングを行うためには、一定のPC環境が必要です。高精度の3Dモデリングを行いたい場合には、以下のスペックが推奨されます。
高性能なCPU：複雑なモデリングやレンダリングでは、CPUの処理能力が大きく関係します。
GPU：特にリアルタイムのプレビューを行う場合、GPU（グラフィックカード）が重要です。
十分なメモリ：16GB以上のRAMを推奨。複雑なモデルの操作やレンダリングでは、メモリを大量に使用します。
3Dプリンター
作成した3Dモデルを物理的な形状にするには、当然3Dプリンターが必要です。現在、代表的な家庭用3Dプリンターには以下の種類があります。
FDM（熱溶解積層法）プリンター：プラスチックフィラメントを溶かして層を重ねて作るタイプ。コストが比較的低く、家庭でも広く使われている。
SLA（光造形法）プリンター：樹脂を使い、レーザーで硬化させて形を作るタイプ。高精度で滑らかな仕上がりが得られるが、フィラメント型よりも高価。
3Dプリンターの種類や選び方については、以下の記事をご参照ください。
【FDM方式VS光造形方式】 違いや選び方｜初心者にも分かりやすく解説
https://skhonpo.com/blogs/3dprinter-practice/3dbegin
おすすめ10選！3Dプリンターを比較・解説！
https://skhonpo.com/blogs/3dprinter-practice/2024osusume
3Dモデリングに必要な知識
幾何学と空間認識
3Dモデリングは立体的なオブジェクトを扱うため、空間認識能力が非常に重要です。オブジェクトの位置、回転、スケールを正確に理解するための幾何学的な知識も役立ちます。また、モデリングツールでは、X、Y、Z軸を基準に操作が行われるため、これらの座標系を直感的に理解できることが作業の効率化につながります。
CADの基本操作
モデリングソフトを使いこなすためには、CAD（コンピュータ支援設計）の基本的な操作が必要です。線を引く、押し出す、回転させるといった基本的なコマンドの使い方を理解しておくことが大切です。また、ボクセルやメッシュといった概念についても学ぶことで、デザインの質を高めることができます。
3Dプリント特有の制約
3Dプリントには特有の制約があります。例えば、FDMプリンターでは「オーバーハング」と呼ばれる垂直に近い部分が支えなしでは印刷できないため、サポート材が必要になります。また、モデリング時には、パーツの接合部や強度を考慮することも重要です。こうした制約に対する理解がないと、3Dプリント後に形が崩れたり、強度が不足する可能性があります。
効率的に3Dモデリングを行うためのコツ
シンプルな形状から始める
初心者が3Dモデリングを始める際には、シンプルな形状から始めることが推奨されます。基本的な立方体や球体などを組み合わせることで、複雑な形状を作り上げることができます。また、過度に複雑な形状はプリントエラーを引き起こす可能性があるため、シンプルなデザインで機能性を持たせることが重要です。
ミスを恐れない
3Dモデリングでは、失敗や修正がつきものです。モデリング中にエラーが発生しても、ソフトウェア内で簡単に修正できるため、初めから完璧を目指す必要はありません。試行錯誤を重ねることで、より効率的にモデルを作成できるようになります。
既存のデザインを活用する
3Dモデリング初心者は、既存のデザインファイルをダウンロードして編集することで、技術を学ぶことができます。サイトにはThingiverseやGrabCADなど、無料で使える3Dモデルが多数公開されています。これらのデザインを参考にしながら、自分なりのカスタマイズを加えてみるのも良い練習です。
3Dモデリングからプリントまでのプロセス
3Dモデリングが完了したら、次に行うのはプリント準備です。通常、モデルを「STL」や「OBJ」形式でエクスポートし、スライスソフトウェアでプリンターに適した形式に変換します。このスライスソフトウェアは、3Dモデルを層に分割し、プリンターに指示を送るためのデータを生成します。また、スライスの段階ではプリントの解像度やサポート材の設定を調整することも可能です。
スライサーソフトについては以下の記事を参照してください。
光造形3Dプリンターでスライサーソフトを使いこなすための10の基本設定（ChiTuBoxを使用した場合）
https://skhonpo.com/blogs/3dprinter-practice/support10?_pos=3&_sid=eb5e38932&_ss=r
最後に
3Dプリントを成功させるためには、3Dモデリングの知識とスキルが不可欠です。特に、どのモデリング手法を使うべきか、どのツールを選ぶべきか、そして実際にプリント可能な形にデータを変換するプロセスを理解することが重要です。3Dモデリングのプロセスでは、複雑な形状を効率的に作成し、プリントエラーを避けるための工夫や、実際にプリントする際の制約を考慮したデザインが必要です。
さらに、3Dプリントは単なるモデリングのプロセスを超えて、ユーザーに無限のクリエイティブな可能性を提供します。最初は簡単な形状や基本的なプロジェクトから始め、次第に高度なデザインやパーソナライズされたアイテムを作成できるようになります。これにより、家庭での個別ニーズに応じた製造、修理、そして新しいビジネスチャンスが広がる可能性もあります。
効率的なモデリングのコツとしては、最初にシンプルなデザインから始め、既存の3Dモデルを活用して技術を磨き、3Dプリンティングの特有の制約を理解することが重要です。さらに、技術的な失敗を恐れず、試行錯誤を繰り返しながらモデリングを改善していくことで、デザインスキルを着実に向上させることもできるでしょう。
今後、3Dプリント技術はますます進化し、誰でも手軽に高度な製造プロセスを家庭や職場で実現できる時代が到来します。3Dモデリングを学び、適切なツールを使いこなせば、その未来に向けて一歩先を行くことができるかもしれません。
3Dモデリングについては以下の記事も是非ご参照ください。
3Dモデリングの基礎知識と初心者がつまずきやすいポイント
https://skhonpo.com/blogs/3dprinter-practice/moderingkisozen?_pos=7&_sid=fd73ad70f&_ss=r