自由研究のテーマに悩む小中学生の皆さん、周りと一味違う作品を作る方法として、CAD（コンピューター支援設計）を活用してみてはどうでしょうか？CADは、設計から製作までのプロセスを効率化し、創造力を最大限に引き出すツールです。
本記事では、CADソフトの選び方や使い方、具体的なものづくりのアイデア7選について解説します。
自由研究を通じて、デジタルスキルも向上させましょう。
自由研究の効率的な時間管理と計画の立て方
自由研究をスムーズに進めるための時間管理と計画の立て方について、以下のポイントに注意して計画を立てましょう。
| 項目 | 詳細 |
|---|---|
| 全体スケジュールの作成 | 自由研究の締め切りから逆算して、全体のスケジュールを作成します。各ステップに必要な時間を見積もり、無理のない計画を立てます。 |
| 詳細な日程計画 | 週ごとや日ごとの詳細な計画を立てます。特に重要な作業には十分な時間を確保し、余裕を持ったスケジュールにします。 |
| 進捗管理 | 進捗を記録し、計画通りに進んでいるか確認します。問題が発生した場合は、計画を柔軟に見直し、必要な調整を行います。 |
| タスクの優先順位付け | 重要なタスクを優先的に行い、効率的に作業を進めます。小さなタスクを先に片付けることで、達成感を得てモチベーションを維持します。 |
| 休憩の取り方 | 集中力を保つために、適度に休憩を取ることも重要です。休憩中にリフレッシュすることで、作業効率が向上します。 |
上記のステップを踏むことで、自由研究を計画的に進め、充実した成果を得ることができます。CADを活用して、オリジナリティあふれる自由研究を完成させましょう。
自由研究でものを作るときのCAD利用の進め方
自由研究で他と差をつけたいなら、CADを使ってみましょう。CADを使うことで、アイデアを具体的な形にし、精密な設計を行うことができます。この章では、CADソフトの選び方や使い方などについて説明します。
ソフトウェアの選び方と使い方
まずは、適切なCADソフトを選ぶことから始めましょう。初心者向けの無料ソフトから、プロ仕様の有料ソフトまで様々な選択肢があります。選び方のポイントは、下記の通りです。
- 使いやすさ
- 機能の充実度
- サポート体制
例えば、TinkercadやBlender、Fusion 360は初心者にもおすすめです。ソフトを選んだら、基本的な使い方を学びましょう。オンラインチュートリアルやYouTube動画を参考にするのも良い方法です。
Fusion 360について知見を広めたい方は、ぜひ下記のセミナーにご参加ください。
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設計から製作までのステップ
次に、実際の設計から製作までの流れを見ていきます。
まずは、何を作りたいかアイデアを出し、スケッチブックやノートに手書きで描いて具体化します。
次に、そのスケッチを元にCADソフトで3Dモデルを作成しましょう。この時、寸法や形状を正確に入力することが重要です。
完成した3Dモデルを確認し、必要に応じて修正を行います。シミュレーション機能があるソフトを使うと、動作や組み立ての確認ができるため便利です。
設計が完了したら、3DプリンタやCNCマシンなどの機械を使って実物を製作します。まずは、モデルデータを適切な形式に変換し、機械の設定を行います。材料の選定も重要なステップです。
製作中は、途中経過をこまめにチェックし、問題があればすぐに対処します。最後に、製作が終わったら、表面処理や組み立てを行い、最終的な仕上げをしましょう。
CADの初心者が始めることの詳細について知りたい方は、下記をご覧ください。
自由研究で何を作る？CADを利用したおすすめのものづくり7選
この章では、CADを利用したおすすめのものづくりの具体例を7つを紹介し、それぞれの研究内容について解説します。自分だけのオリジナル作品を作りながら、デジタルスキルも向上させましょう。
オリジナルキャラクターのデザイン
自分だけのオリジナルキャラクターをデザインするのは、創造力を発揮する楽しいプロジェクトです。
モデリングの基本ステップ
まず、インスピレーションを得るために、好きなアニメやマンガ、映画などを観察し、特徴的なデザインや色使いを参考にしましょう。次に、スケッチブックにアイデアを描き、キャラクターの性格や背景も考えます。CADソフトで立体的なモデルを作成することで、キャラクターをより具体的に表現できます。
キャラクターのスケッチを元に、CADソフトで3Dモデルを作成します。まずは基本的な形をブロックで作成し、それから細部を詰めていきます。顔の表情や服のディテールなどを追加し、全体のバランスを見ながら修正していきます。モデルが完成したら、色付けやテクスチャを適用してリアルな仕上がりにします。最後に、必要に応じて動きをシミュレーションすることで、動作確認を行いましょう。
自分だけの文房具をデザイン
引用：ミヨタデザイン部
毎日使う文房具を自分の好みに合わせてデザインするプロジェクトです。ペン立てやブックエンドなど、機能的でおしゃれな文房具を作りましょう。
モデリングの基本ステップ
オリジナルのペン立てやブックエンドをデザインするには、まず使いやすさを考慮した基本的な形を決めます。その後、自分の好きなデザイン要素を取り入れていきましょう。例えば、ペン立てに仕切りを設けて複数のペンを収納できるようにしたり、ブックエンドにキャラクターや自然のモチーフを取り入れたりします。デザインが決まったら、CADソフトでモデルを作成しましょう。
具体的な設計例として、仕切り付きペン立てやキャラクターブックエンドのデザインを紹介します。CADソフトで設計図を描き、3Dモデルを作成し、3Dプリンタでモデルを製作し、表面を滑らかにするための仕上げ作業を行いましょう。ペン立ての場合は、仕切りの位置や高さを調整し、ブックエンドの場合は、安定性を確保するためのベース部分を強化することも重要です。最後に、塗装やデコレーションを施して完成させます。
ミニチュア建築モデルの制作
引用：メガソフト株式会
ミニチュアの家や建物を作ることで、建築の基礎知識を学びます。設計図の描き方から、モデルの製作までを体験します。
モデリングの基本ステップ
実際の建築図面を参考にして、CADソフトで家や建物の設計図を描きます。まずは、建物の外観を決め、平面図や立面図を描きます。次に、各部屋の配置や家具の配置を考え、詳細な図面を作成します。寸法やスケールを正確に入力することが重要です。また、建物の構造や材料の選定も行います。必要に応じて、3Dビューを使って立体的に確認しながら設計を進めます。
完成した設計図を元に、3Dプリンタでミニチュアモデルを作成します。まずは、モデルデータを適切な形式に変換し、プリンタの設定を行いましょう。材料の選定も重要で、プラスチックや樹脂など、適切な素材を使用します。プリント中は、途中経過をこまめにチェックし、問題があればすぐに対処します。プリントが終わったら、表面処理や組み立てを行い、最終的な仕上げで完成です。
動く機構を備えたおもちゃの設計
引用：週刊ヤング3D
ギアやリンク機構を使った動くおもちゃを設計するプロジェクトです。動く部分の設計や組み立てを学びます。
モデリングの基本ステップ
動くおもちゃを設計するには、まずギアやリンク機構の基本を学ぶことが重要です。ギアは回転運動を伝える部品で、リンク機構は直線運動を伝える部品です。これらを組み合わせることで、おもちゃが動く仕組みを作り出します。基本的な設計原理や、適切なギア比の設定方法、リンク機構の配置方法などを学びましょう。また、動きのシミュレーションを行い、スムーズに動作するか確認します。
CADソフトで設計したおもちゃの部品を3Dプリンタで製作し、組み立てます。まずは、各部品を正確に設計し、寸法や形状を確認します。次に、部品を3Dプリンタで製作し、組み立てを行うことが必要です。組み立て時には、ギアやリンク機構が正確に噛み合うように注意し、必要に応じて調整を行いましょう。組み立てが完了したら、動作確認を行い、スムーズに動くことを確認します。最後に、外観を整えて完成させます。
環境問題に配慮したプロダクトデザイン
引用：PR TIMES
環境に優しい素材やデザインを取り入れたプロダクトを設計するプロジェクトです。リサイクル素材や省エネ設計を考えます。
モデリングの基本ステップ
リサイクル素材を使ったプロダクトのアイデアを考えます。例えば、廃材を使った家具や、リサイクルプラスチックを使った日用品など、環境に配慮したデザインなどです。まずは、リサイクル素材の特性を理解し、それを活かしたデザインを考えましょう。また、使用する素材がどのようにリサイクルされるか、製作過程でのエネルギー消費を抑える方法なども考慮します。
環境に優しいデザインを実現するためには、省エネ設計やリサイクル素材の選定など、いくつかのポイントを押さえる必要があります。例えば、製品の寿命を延ばすための耐久性の向上や、分解しやすい設計にすることでリサイクルしやすくするなどです。また、エネルギー消費を抑えるために、製造過程での効率化や、省エネ機器の使用も重要です。これらのポイントを取り入れた設計を行い、具体的なプロダクトを製作しましょう。
電子機器のケースデザイン
引用：株式会社フォーラムエイト
スマホケースやタブレットスタンドなど、電子機器のケースをデザインするプロジェクトです。機能的でデザイン性の高いケースを作りましょう。
モデリングの基本ステップ
自分のスマホやタブレットにぴったり合うケースをデザインします。まずは、デバイスの寸法を正確に測定し、CADソフトで設計を行います。ケースの形状や厚さ、ボタンやポートの位置など、細部まで考慮して設計しましょう。また、デザイン性も重要で、シンプルなものからユニークなものまで、自分の好みに合わせたデザインを取り入れます。
設計したケースを3Dプリンタで製作し、表面処理や仕上げを行いましょう。まずは、プリンタの設定を適切に行い、材料を選定します。製作が完了したら、表面を滑らかにするためのサンディングや塗装を行い、仕上げることが重要です。さらに、デザインを引き立てるために、デコレーションやカスタマイズを行うこともできます。最終的に、機能性とデザイン性を兼ね備えたケースが完成します。
自転車のアクセサリーのデザイン
引用：MagnaRecta
ボトルホルダーやライトホルダーなど、自転車用のアクセサリーをデザインするプロジェクトです。便利でスタイリッシュなアクセサリーを作りましょう。
モデリングの基本ステップ
自転車に取り付けるボトルホルダーやライトホルダーを設計します。まずは、取り付ける場所や使用目的に合わせたデザインを考えます。CADソフトで詳細な設計図を描き、寸法や形状を決定しましょう。ボトルホルダーの場合は、ボトルのサイズに合わせた形状や固定方法の工夫が重要です。ライトホルダーの場合は、取り付けやすさと安定性を考慮して設計します。
具体的な設計例として、ボトルホルダーやライトホルダーのモデルを紹介します。CADソフトで詳細な設計図を作成し、3Dプリンタで部品を製作しましょう。製作後は、表面処理や組み立てを行い、実際に自転車に取り付けて使用することがおすすめです。取り付けや使用中に問題がないか確認し、必要に応じて調整や改良を行います。
自由研究でものを作ると共に、デジタルスキルの向上を目指そう
自由研究でCADを活用することで、単に作品を作るだけでなく、デジタルスキルの向上も目指しましょう。
CADソフトを使いこなすことで、設計の基本から応用まで幅広い知識を身に付けることができます。また、3Dプリンタなどのデジタル製作機器の操作も学べるため、実践的なスキルが身に付きます。
自由研究を通じて、ものづくりの楽しさを体験しながら、自分のアイデアを形にする達成感を味わいましょう。
CADを利用するにあたり、Fusion 360のソフトウェアは大変便利です。
Fusion 360について知見を広めたい方は、ぜひ下記のセミナーにご参加ください。
