「PCBエディター」で3Dデータを生成する

今回は、KiCAD Ver.6シリーズになって使い勝手が向上した、3Dモデルデータの生成について解説します。

「使い勝手が向上した」と紹介しましたが、データ生成については前提条件や設定の注意点がいくつかありますので、順番に説明していきます。

部品3Dデータの割り当てが重要

まず最初に、PCBエディターでフットプリントに必要な3Dモデルデータが割り当てられている事が必要です。

3Dモデルデータについてですが、旧バージョンのフォルダから読み込んだ3Dモデルデータでは正常にデータ変換を行う事が出来ません。

Ver.6シリーズをインストールした際に「Program Files」下に「3dmodels」フォルダが新たに生成されます。

この中に保存されているSTEPファイル又はwrlファイルを使って、フットプリントの3Dモデル割り当てを行ってください。

3Dビューワ等でモデルデータがすべて割り当てられている事が確認できたら、次に「ファイル」-「エクスポート」の順にクリックして必要なファイルフォーマットを選択します。

それぞれのファイル形式の違いは下図の様になります。

Specctra DSNは海外では知名度の高いPCBルーターで基板加工をする為のフォーマットですが、残念ながら日本国内ではあまり使う機会がないと思います。

KiCAD以外のPCB CADにデータを渡す為のフォーマットや、今回の主目的である3D-CADにデータを渡す為のいわゆる「中間ファイル」と呼ばれるフォーマットが選択できます。

KiCADの様なPCB CADからSolidworks等の3D-CADにデータを渡す中間ファイルとして使用されているIDFv3ファイルですが、現時点ではPWBのデータ単体しか出力できません。

基本的には基板外形レイヤーで描かれた線画データのみでファイルが生成され、基板上の半田付け用スルーホール等は省略されます。

スルーホール等のドリル穴も含めてモデルデータ化したいのであれば、次に挙げるSTEPファイルへの書き出しが良いでしょう。

STEPファイルへの書き出しは「ファイル」-「エクスポート」-「STEP」の順にクリックします。

サブウィンドウが開きますので、順番に出力の設定をしていきます。

最初にウィンドウ右上の「参照」ボタンを押してファイルの保存先とファイル名を決めます。

次に下段の各種設定を行います。

「座標」メニューでは3D-CADに読み込んだ時の部品原点の位置を決めます。基本的にはどれでも良いと思いますが、中央メニューを使用した「ユーザー定義の原点」か「基板中央原点」を選択して置けばトラブルは少ないのではないかと思います。

書き出す3Dモデルに部品の形状までしっかり反映させたいのであれば、下段右側の「その他オプション」の設定が重要になります。

3段のチェックボックスがあり、初期状態ではチェックが外れている項目があります。

ここのチェックボックスは3つとも全部チェックを入れる事をお勧めします。

特に真ん中の「似た名前のモデルを置換します」のチェックは絶対入れておきましょう。

この項目、正しくは「VRMLモデルを同名のSTEPモデルに置き換える」処理のON/OFFを示しており、ONになっていないとPCBエディター上で配置されたVRML(wrl)モデルのSTEPデータ変換が実行されません。

チェックボックスを外す(OFFにする)と、部品のデータが最初からSTEPファイルで割り当てられている部分のみPWB外形データと一緒に1つのSTEPファイルとして出力されます。3Dモデルデータを筐体等の設計に活用したい場合などは、3項目すべてをONにして全ての部品のモデルデータが生成される様にしましょう。

オプション設定が終わったら、下端の「エクスポート」ボタンを押してファイルを生成します。

処理状態を表示するウィンドウが開き、(指定ファイル名)created.の表示がされたらファイルの作成は完了です。

3D-CAD等を使って生成されたSTEPファイルを開いてみましょう。

この様に3Dデータを生成する事が出来れば、部品の大まかな高さを確認して筐体内のスペースを確保する機構設計や、コネクタの位置などを確認する作業で大変重宝します。

但し、この3Dファイルにも注意点が存在します。

2つのCG画像を見比べてもらえば気付く人もいるかと思いますが、書き出し処理されたSTEPファイルには「導体層レイヤー」の情報がありません。

基板上に配置されている各部品は、微小な空間を開けて基板上に浮いた状態で配置されたモデルデータになっています。

KiCAD上で明言されていないので断定は出来ませんが、実際の製造時に塗布する半田ペースト等で生じる厚みを考慮しているのではないかと考えられます。

未だに必須の前提条件が残ってはいますが、KiCAD単体で3Dモデルデータの出力が安定して行える様になりました。

内部のコネクタや表示用LED、外部USBコネクタやメモリーカードスロットといった、機械設計に影響を及ぼす部品が実装された3Dデータを積極的に活用して更に自由度の高いデバイスの設計に挑戦してみましょう。

ABOUT KiCAD MASTER

KiCADの達人
KiCAD歴15年程度。雑誌記事や教育用テキストの執筆経験等複数あり。私大電気電子工学科での指導とフリーランスエンジニアを兼業しながらFab施設の機器インストラクターや企業セミナー講師を歴任し、KiCADの普及と現代の働き方に対応した技術者育成に務める。