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山岳道路がボール転がしになるまで
ボールが曲がれるヘアピン
モデルの縮尺では本物のヘアピンはきつすぎます。1:45,000では半径15 mのカーブはわずか0.3 mmです。そこで各ヘアピンを溝の中心でボール幅の約1.3倍のUターンに広げ、その後の区間をカーブ1回分の幅だけ横にずらします。連続したつづら折りはアコーディオンのように広がり、ベッドに対して長すぎる場合は少し曲がります。それでも足りない所では隣り合う2つのヘアピンをまとめて取り除き(つづら折りの1区間がなくなります)、その数をページに表示します。必ずペアで取り除くので、残りの道路は同じ向きに曲がります。小さいボール、大きいベッド、タイル分割でより多くのヘアピンを残せます。
転がり続ける傾斜
コースには地面とは別の独自の高低プロファイルがあります。常に下り坂で、約2°より緩くならず(印刷したプラスチック上の鋼球が余裕をもって転がり抵抗に勝つにはそれだけ必要です)、7½°より急になりません。地形より低い所では切り通しに、高い所では盛り土の上を通るので、サポートなしで印刷できます。地形の高さは、ルートが平均約3½°で下るよう設定されます。どちらも変更できます。
転がりをシミュレーション
滑らずに転がる中実の球は、5⁄7 × g·sin(傾斜) で加速し、残りのエネルギーは回転に使われます。これに対し、積層線上の転がり抵抗(小さいボールほど大きい)、わずかな空気抵抗、カーブでは溝の側面を登る摩擦が働きます。カーブではボールは重力とカーブの引く力がつり合う位置 tan ψ = v²⁄(r·g) に落ち着きます。溝は速いカーブでバンクが付き、ボールが高く乗り上げる所では外壁が高くなります。シミュレーションは、ボールが止まる、頂点で飛び出す、壁を越える箇所を検出し、カップに届くまでコースを緩めたり急にしたりします。
印刷
- コースを対照的な色で印刷しましょう。3MFではコース、地形、水域、ゴールカップ、文字が別パーツです。
- 最も重要なのは滑らかな溝の底です。コースには細かいレイヤー(ページがボールに合った高さを提案します)を使うか、上面にアイロニングをかけましょう。
- サポートは不要:溝は壁の傾きが最大20°の開いたU字型です。
- 地形の内部はほとんど空洞なので、インフィルは8〜10%で十分です。タイルには印刷した位置合わせピン用の穴があります。
- ゲートを上部の2つのスロットに差し込み、その後ろにボールを置いて、持ち上げます。
どのボールを使うか
ベアリング球は真球度が数千分の1ミリ単位で、大きさの割に重いので、まっすぐ転がります。クロム鋼(G25ベアリング球として売られていることが多い)は安くて非常に滑らかですが、よく触ると錆びます。ステンレス鋼(AISI 420または440)は少し高価ですが、光沢が保たれます。16 mmの設定は普通のガラスのビー玉に合います。ゴールカップの下に小さな円盤磁石を入れると、鋼球がカチッと止まって保持されます。
注意点
シミュレーションは一般的なPLAプリントの摩擦値を使ったモデルです。プリンター、フィラメント、ボールはそれぞれ少しずつ違うので、テストピースで確かめましょう。コースはルートのヘアピンを順番に正しい側で再現しますが、正確な経路ではありません。本物の道路にはない余裕が必要だからです。ゴールカップはコースの終点にあります。トンネルは使いません。トンネルを通るルートはトンネルの入口で切られます。
標高:AWS上のMapzen Terrain Tiles(SRTM、GMTED2010、ETOPO1など)。道路、トレイル、スキーコース、水域:地図データ © OpenStreetMap contributors。ほかの3Dマップギフトのアイデア、またはTerraPrinterアプリを開く。