オリジナルの実験器具を３Dプリンターで作る企画を始めました。第一弾として3Dプリンターの導入と試しに印刷してみた結果を紹介します。

企画内容

少し前に大きな話題になった3Dプリンターは、現在では5万円以下の低価格な機種がたくさん発売されており、気軽にチャレンジできるDIYの一つになっています。一方、化学実験（特に有機合成）ではたくさんの種類のガラス器具を使うため、いかにそれらの器具を壊さずかつ効率よく取り扱うかが重要となります。特にナスフラスコをはじめとする容器は、自律して置くことができない不安定なものが多く、支えやホルダーが必要です。

もちろんナスフラスコ向けのホルダーも販売されていますが、容量、形、口の数といった様々な形に対してバリエーションがあり、不意に触っても傾かず内容物がこぼれないものは少ないのが現状です。

そこで３Dプリンターでフラスコホルダーなどを作ってみることにしました。他の人の研究例を探してみましたが、意外とフラスコホルダーの例は見つからず、また3Dデータの共有サイトでも自分の理想に近いものは見つからなかったので、世界一安定するフラスコホルダーを自作してみようと考えました。

3Dプリンターってお高いんでしょ？3Dモデルを作るのには専門知識が必要なのでは？そんな誰もが思う疑問を解決すべく、まず３Dプリンターの準備から、とりあえず他の人が作った3Dデータを印刷してみて、さらには自分でモデルをデザインするところまでを記事にしていきます。今回は、第一弾としてとりあえず印刷するところまでを紹介します。

プリンター購入編

3Dプリンターの選定ですが、個人でも購入できる数万円から工業用の数百万円する機種まで様々ありますが、筆者は下記の機種を購入しました。

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まず印刷方式ですが、10万円位までのお手頃価格の３Dプリンターでは、フィラメント樹脂を熱で溶かして造形する熱溶解積層方式と液体状の光硬化樹脂に光を照射して造形する光造形方式の２種類がメジャーです。今回は自宅での使用を考えていましたので、大量の液体を使用する光造形方式は扱いづらく熱溶解積層方式を選択しました。液体材料のハンドリングで困らない化学実験室なら光造形の3Dプリンターを選択することも可能かと思います。光造形の方が、きめの細かな造形物が作りやすいこと、造形速度は比較的速い傾向があるそうです。

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次に機種ですが、発売日と印刷可能サイズで決めました。新しい製品の方が高機能・高品質だと思い、とりあえず新しい物を選定しました。印刷可能サイズが大きいほど自由度は高くなりますがその分場所も取るので、縦横20cmくらいの機種にしました。Youtubeなどを見ていると位置校正に手間がかかるようなので、オートレベリング機能が付いた機種にしました。ただし、最近はどの機種にもついているようです。

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プリンター組み立て・セットアップ編

プリンターが届いたら組み立てを行いました。基本的には付属の工具でねじを締めるだけでしたが、英語の説明書はなかなか分かりにくく、やや苦労しました。

次に電源を入れてのセットアップですが、高さ方向の位置調整とフィラメントの導入だけでした。コントロールパネルは英語表記ですが、分かりやすいインターフェイスになっていると思います。

初めてのプリント編

ではいよいよ印刷ですが、流れとしては3DCADソフトで作ったモデルのファイルを用意し、それを３Dプリンター付属のソフトで変換し、マイクロSDに保存し、プリンターに読み込ませて印刷します。もちろん大きな仕事はモデルのファイルを3DCADソフトで作ることですが、ここでは手っ取り早く印刷するためにモデルの投稿サイトからダウンロードして印刷しました。

次にファイルの変換ですが自分が購入した３DプリンターではUltimaker Curaというソフトが付属しており、こちらで３Dプリンターで読み取ることができるG-codeファイルに変換します。3Dプリンターに読み込ませるG-codeファイルは、造形物の設計図と仕様書のような役割があり、形式の変換だけでなく印刷速度や内部の充填率、プリンターの設定温度を決めたり、ステージから浮いた構造の場合にはサポート材の付加を行うことができます。ただ最初なのでよくわからずデフォルトのままにしました。

 

ファイルを付属のマイクロSDに保存したら、いよいよ印刷に入ります。ステージの温度と印刷ヘッドの温度が上がって印刷始まりました！？！？印刷物がステージに張り付かず、焼きそばが出来上がりました。

この最初の層がステージに張り付かない問題はよくある失敗の様で、ネットに対策がいくつか掲載されていたのでそれを行うことにしました。実際、ステージの温度の変更、スティックのりの塗布、フィラメントの引き込み強度の変更を行いましたが全く変わらず。。。もう自分は3Dプリンターでの造形に向いていないのかと2日ほど悩みました。

しかし、これは合成実験における条件検討と同じだと思い、印刷条件の再検討を行いました。すると、ノズルとステージの距離がだいぶ遠く、樹脂がステージに塗られているというよりかむしろ垂れていることに気が付きました。そこで印刷中にZ軸のオフセットを変え、ノズルとステージの距離を短くすることにしました。すると樹脂がステージに張り付くようになり、モデル通りに作ることはできました。

プチカスタム編

Ultimaker Curaでモデルを一から作ることはできませんが、XYZ方向にサイズを変更することは可能です。そこで、モデルの投稿サイトからダウンロードしたデータの大きさを変えて印刷を行いました。

こちらは、オリジナルよりもXYZ等倍率で150％ほど大きくしたものですが、3つ口のフラスコにちょうど良い大きさです。

こちらは、空きスペースに合わせて大きさを変えた小物入れですが、XとZ方向の大きさをそろえなかったので、回転する部分が真円にならず動きが悪い蓋になってしまいました。

今回は３Dプリンターを購入し、３DCADなしで何が印刷できるのかまでを紹介しました。フラスコ受けといったニッチな物はなかなか投稿例が少ないですが、フラスコ受けに代用できるものはたくさん投稿されており、100均で使えそうなものを探す時と同様に面白かったです。大きさを変えるだけで用途が広がることが分かりました。

次回は、よりフィットする物を作るために3DCADを使ってオリジナルのデザインに挑戦します。

関連書籍

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関連リンク

• Thingiverse：３Dデータの投稿サイト
• テーブルから剥がれないようにする方法！剥がれる・浮く場合の解決方法！：一層目がはがれる場合の対処法が書かれている