[スポンサーリンク]

一般的な話題

始めよう!3Dプリンターを使った実験器具DIY:準備・お手軽プリント編

[スポンサーリンク]

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。

市販のフラスコホルダー、一口のフラスコには最適だが、複数口のフラスコに使用するのは難しいかも。(出典:AXEL)

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。

Greg Grievesさんのモデル (出典:Chemistry Roundbottom Flask Stands)

Greg Grievesさんが印刷してフラスコを乗せた様子、大体のフラスコは乗せられるが、横からぶつけた時の内容物の漏出は避けられないよう。 (出典:Chemistry Roundbottom Flask Stands)

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。

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。

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。

購入した3Dプリンター、テレビ台に乗せて使用

本体購入により無料で入手したフィラメント、購入時は黒い台座にフルに巻かれていたが、すでにだいぶ使用して少なくなっている。

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。

横の写真、組み立てではこのヘッドと支柱を台座に取り付けた。

ステージ、磁石で貼り付けてあり、印刷を始める前はアルコールで拭いてきれいにしている。

取説、取り付けに手間取った箇所もある。

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。

高さ方向を測定する部品(おそらくオレンジ色の物)がヘッドに取り付けられていてオートレベリングが可能。

画面においてLevelingを選び、その中のAuto-levelingを選択すると、ステージ上の複数の点を測定して調整してくれる。

filament Loadでフィラメントをヘッドの上部に差し込むと引き込まれてセットされる。

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。

ソフトのインターフェースと最初に印刷したモデル、印刷速度と充填率などは簡単に変更できる。

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。

詳細設定を開くと細かく設定を変更できる。

 

ファイル変換後の様子、右下に印刷時間とフィラメントの使用量が表示されるので、印刷速度を上げたり、充填率を下げるなどの調整の参考になる。

どのように積層されるかもソフト上で確認できる。

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。

失敗時の再現、円形のプリントを行っているが形にならない。

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。

成功時の再現、ムラはあるものの、円形に印刷されている。

一層目だけ印刷した様子、ムラがあるところもあるが概ね均一に樹脂が塗布されている。

完成第一号の小物入れ

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。

第一号を1.5倍大きくした第二号、大きくなっても品質は同じ

100mlの三ツ口フラスコを入れた様子、サイドの口が入れ物のふちに引っ掛けて転がらない。

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。

隙間の大きさに合わせて大きくしたツールボックス、外側は問題ない。

Y軸とZ軸で拡大率が異なるため、真円とならずうまく回らなくなってしまった。そして印刷速度も速くしたので段差や、ムラが目立つ

オリジナルのサイズで印刷したツールボックスは、蓋が動く。

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

関連リンク

Zeolinite

投稿者の記事一覧

ただの会社員です。某企業で化学製品の商品開発に携わっています。社内でのデータサイエンスの普及とDX促進が個人的な野望です。

関連記事

  1. 最後に残ったストリゴラクトン
  2. 研究者・技術系ベンチャー向けアクセラレーションプログラムR…
  3. 世界の中心で成果を叫んだもの
  4. ハメット則
  5. 化学でカードバトル!『Elementeo』
  6. 標準物質ーChemical Times特集より
  7. キラルアミンを一度に判別!高分子認識能を有するPd錯体
  8. 次なる新興感染症に備える

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. GHS(化学品の分類および表示に関する世界調和システム)
  2. ククルビットウリルのロタキサン形成でClick反応を加速する
  3. ルィセンコ騒動のはなし(後編)
  4. 持続可能な社会を支えるゴム・エラストマー:新素材・自己修復・強靱化と最先端評価技術
  5. 細野 秀雄 Hideo Hosono
  6. 有機EL素子の開発と照明への応用
  7. サッカーボール型タンパク質ナノ粒子TIP60の設計と構築
  8. 論文のチラ見ができる!DeepDyve新サービス開始
  9. 化学の力で名画の謎を解き明かす
  10. 期待のアルツハイマー型認知症治療薬がPIIへ‐富山化学

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2023年1月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

最新記事

Utilization of Spectral Data for Materials Informatics ー Feature Extraction and Analysis ー(スペクトルデータのマテリアルズ・インフォマティクスへの活用 ー 特徴量抽出と解析 ー)

開催日2024年2月28日:申込みはこちら■Background of this seminar…

電解液中のイオンが電気化学反応の選択性を決定する

第595回のスポットライトリサーチは、物質・材料研究機構(NIMS) 若手国際研究センター(ICYS…

第10回 野依フォーラム若手育成塾

野依フォーラム若手育成塾について野依フォーラム若手育成塾では、国際企業に通用するリーダー…

【書評】スキルアップ有機化学 しっかり身につく基礎の基礎

東京化学同人より 2024 年 2 月 16 日に刊行された、「スキルアップ有機…

“逆転の発想”で世界最高のプロトン伝導度を示す新物質を発見

第594回のスポットライトリサーチは、東京工業大学 理学院 化学系 八島研究室の齊藤 馨(さいとう …

第17回日本化学連合シンポジウム「防災と化学」

開催趣旨能登半島地震で罹災された方々に、心からお見舞い申し上げます。自然災害、疾病、火災、事…

溶液中での安定性と反応性を両立した金ナノ粒子触媒の開発

第593回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院工学系研究科(山口研究室)博士後期課程3年の夏 …

DeuNet (重水素化ネットワーク)

Deunet とは?重水素化ネットワーク (The Duteration Network, De…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける分子生成の応用 ー新しい天然有機化合物の生成を目指すー

開催日 2024/2/21 申し込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

有機合成化学協会誌2024年2月号:タンデムボラFriedel-Crafts反応・炭素-フッ素結合活性化・セリウム錯体・コバルト-炭素結合・ホスホロアミダイト法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年2月号がオンライン公開されています。…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP