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ラボでやろう。

分子模型は直観的に構造を理解することに有用です。複雑な構造を持ったタンパク質の分子模型を手軽に印刷し、研究に役立てる日が来ることを目指してブログを開始しました。※2013年9月現在、ほぼその製法を確立出来つつあります。もし自分の研究室でも、と考えていらっしゃる方は、まず川上までご連絡ください。

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ABSかPLAか。

Cube第二世代は両樹脂が使えるそうです。
私は初代Cubeを使っていたのでABSだけでしたが、3DTouchという機種でPLAを使った経験は少しだけあります。

ABSとPLAの違いは、

ABSは基本プラモデルと同じような丈夫さを持った素材で、
溶剤に溶け、
パテや接着剤が乗りやすい、
カッターやヤスリがけもしやすい、
印刷では収縮が大きいので、対策をしないと大きめの造形は難しい
しかし(熱い)カプトンテープ面につきやすく、アセトン法も効くので、それほど困ったことは有りません。

PLAは独特で、硬いのですが、同時に粘っこさも持っていて、
印刷では反りが少ないようですが、第一層が付かなくて良く失敗していました。
マスキングテープが良いと言われていますが、時々まったくつかずに大失敗することが有りました。
ヤスリがけもしにくく、塗料や接着剤の乗りも悪い、カッターなどの工具も
使いにくいと、印刷後の処理に困る素材だという印象です。

ガンプラで育った私は断然ABS樹脂派です。

それから、リボンモデルに関しては、PLAでは細いループ部が力を加えると歪んでしまう恐れがあるので
ABSを使った方が良いと思います。というか、サポートから剥がすのに、PLAでは力を加えないと
切れなさそうなので、細いリボンモデルを取り出すのは難しいのではないでしょうか。

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  1. 2013/07/30(火) 21:36:27|
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糊、カプトンテープ、アセトン。

warpingは主に印刷ステージと印刷物の剥離現象を指します。
実は印刷物内でも、収縮力により、途中で積層面が剥離して、そこからめくれ上がることも起こるのですが、
それは今は置いておき、ステージと印刷物の剥離について述べますと、

Cubeの標準の、ステージと印刷物の接着方法は、Cubeスティックという水糊をステージに薄く塗布し
これが乾いた状態の表面に、最初のABS樹脂レイヤーが乗るという方式です。
確かにお手軽で、印刷後は水洗いするだけ糊が流れ落ち、印刷物が簡単に剥がれてくれるので、良い方法です。
しかし、少しでも大きな(目安として1辺が5センチ以上。立方体でなくとも一辺が長ければwarpingが起こる)
しかも密に詰まったような形状の印刷物を打ち出すと、とたんにこのwarpingを実感すると思います。
つまり糊では接着力が足りないのです。
分子表面模型の様な大きな形状の印刷にはこれは深刻です。出来るだけ印刷物の密度を下げるようにしたいところです。Cube第二世代は、fill密度がhollow,strong,solidと選択できたはずなので、一番薄いhollowで試してみるのが良いかもしれません。
一般的な印刷の話では、実は、直角な四隅があるような印刷物では、円盤状の物体を準備してき、印刷物の
四隅にわざとつなげて印刷するようにし、この円盤状の印刷物がステージにへばりついている力を利用して
(薄いのでwarping起こりにくい)本体の印刷物のwarpingを防ぐ、という戦略が有名(成功例リンク)ですが、分子表面の様な複雑な形状では印刷後、円盤を切り離すのが大変なのでこの手法は通用しないでしょう。

ABS樹脂印刷で有名なのは、カプトンテープ法です。
カプトンテープは、ABS樹脂と良くくっつき、特に高温では顕著です。
これを利用して、ステージにカプトンテープを一様に貼り付けておき、その上にABS樹脂を乗せていく
方式です。これは初代Cubeでは大成功でした。かなり大きな物体でも、剥離なしに印刷が出来ていました。
印刷終了後、十分冷えると、簡単にはがせますし、剥がした後の印刷物表面はカプトンテープ表面と同じで
つるつるです。そのため分子表面模型を2分割して印刷後、両部品を分割面でぴったり張り合わせることが
出来ました。(ラフト無しで印刷する必要が有ります)
また印刷後も、カプトンテープはABSとの接着力が落ちていませんので、何度も繰り返し印刷できていました。
(手の脂などが残っていると接着力が落ちるので、印刷前にエタノールなどでふき取る作業は必要です)

第二世代では、加熱温度が低いそうなので、どこまでこのカプトンテープの接着力があるのかわかりませんが、
試してみる価値はあると思います。
またカプトンテープの表面をあらかじめ紙やすりなどで傷を付け、ABS樹脂との接着面積を
増やしておくと接着力が上がるという報告もあります。試してみるべきでしょう。
カプトンテープのメーカーによる違いもあるかもしれません。私はmonotaroの自社ブランド、格安のテープを
購入して使っていますが、これが高価なテープより接着力が高かったので、もっぱらこれを使っています。

さらに、カプトンテープの上に、直接ABS樹脂の最初の層を乗せるのではなく、あらかじめ、
カプトンテープ面に、ABS樹脂の印刷屑をアセトンで溶かした溶液を塗布しておくとさらに接着力が
増します。これで初代ではほとんどの場合でのwarpingを防ぐことが出来ていました。
もし第二世代に印刷の一時停止機能などが付加されているとしたら、第一層が印刷された際に、剥がれそうな
ところにアセトンかアセトンジュースを塗りつけて、ステージと第一層の接着を強固にしておくことは
非常に有力でしょう。(3DTouchなどはこれを使って剥離を防げました)
  1. 2013/07/27(土) 21:21:22|
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helm, warp nine, engage!

今回はwarpingの話をします。

warpとは、SFで良く聞く(タイトルはエンタープライズ艦長が操舵士に言うセリフですが)と思いますが、
本来の意味はゆがむ、ひずむという意味です。
ある点Aからある点Bまで移動するとき、それが平面地図に書かれていたとすると、普通最短距離は、
その平面上の2点を結ぶ直線で表されますよね。ところが3次元で考えると、紙を折り曲げてA点をB点に近づけてしまえば、ずっと短い距離移動でAからB点に行けてしまう。次元を超える(増やす)ことで、今いる次元では想定できないような移動が出来てしまうというものです。つまり、我々の要る3次元空間でも、ある場所に移動する方法は、3次元で考えると、直線距離を光速で進むのが最短ですが、時空を歪めると、光速を超えた移動ができるというSFのお話です。ワープという言葉が本来の意味よりも、宇宙船の移動手段として有名になってしまったのです。

閑話休題。では3Dプリントにおけるwarping問題について考えてみましょう。

warpingは、樹脂を熱で溶かして固めるFDM形式ではどうしても起きてしまう問題です。
樹脂は熱を加えると柔らかくなると同時に体積も増えてしまいます。ノズルから出て堆積した樹脂は
やがて冷えて収縮し、その収縮力が印刷物を基板から剥がすという現象につながるのです。
昔からこの問題はフォーラムなどで議論されてきた話題で、私がここで詳しく述べるまでもないと思います。

なので、Cubeに限って言います。
初代Cubeは、ABS樹脂を用いていました。ABSは収縮が大きく、warpingは深刻な問題です。
そこでCubeは、印刷ステージを加熱する方法をとっています。ステージは金属製で、
印刷時には120度まで加熱されます。これは印刷後の樹脂が冷えるのを防ぐ意味が有りました。

第二世代はPLA、ABSどちらも使えるようです。PLAの場合、反りがABSほどひどくないので
加熱はあまり要らないようです。そしてPLAを主流にしたいのか、第二世代は加熱ステージをガラス製にし、
加熱温度を初代ほど上げていないらしいです。(いまだ伝聞調)
したがって第二世代でABS樹脂で印刷した場合はwarpingは初代よりも深刻になると思われます。

私個人としては、弾性の小さい、そして力を加え続けると変形してしまうPLA樹脂は分子模型には
向いていないと考えています。しかし、反りが小さくて済むこの樹脂を使う場合も今後出てくるとは
考えておいた方が良いかとも思います。

とはいえ私はABS樹脂しか経験値が無いため、ここではABS樹脂とwarpingの問題について述べていきます。

  1. 2013/07/27(土) 19:34:19|
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Cubeでやろう。

さてCubeで進めます。

初代Cubeを想定して進めます。第二世代もほぼ同じと思って良いかと思いますが、
時々差を気にした表現を含める事にします。私の手元に第二世代が無いので、違いに
気がついていない場合もありますが、その場合はまた気づき次第記事を修正します。

まず必要なハードは
Cube
とびきり速いPC(グラフィックボードが有るとなお良し)

それから、あると便利なものは
超音波カッター
超音波洗浄機

でしょうか。
超音波カッターの使い道は後でまた登場します。
一度この切れ味と使い勝手を知ると世界が変わります。ちょっと大げさですが、
本当に、いつでもどこでも使える道具です。模型以外でも大活躍すると思いますので
研究室で是非一つ買っておきましょう。
本多電子 USW-334 が良いでしょう。
なおこのカッターは刃が思い切り締めつけられていないと回路が切れてしまって
一見故障したように見えますのでくれぐれも注意して下さい。メーカーの説明書に
涙ぐましいほどこのクレームに困った記述が有ります(私も故障と思って送り付けた経験あり)

超音波洗浄機は、印刷後のプレート(初代は金属、第二世代はガラスでしょうか)
の糊を落とすのに便利です。無くても剥がれるかもしれませんが初代の場合
剥がすのに苦労した経験が有ります。

それから、これは第二世代にも通用するか分かりませんが、
「カプトンテープ作戦」というのが超便利です。

これは、ABS樹脂限定ですが(というか分子模型プロジェクトは全てABS使用が前提です)
カプトンテープ、特に熱せられた状態のテープ表面には、ABSがものすごくひっつきやすい、
という性質を利用します。そしてこのひっつきやすさは、室温まで下がるとかなり低下します。
初代は70℃から100℃近くまでステージを加熱しますので、ステージにテープを貼っておくだけで、
糊を必要とせず、ABSがするするとへばりついてくれるのです。
印刷終了後、冷えるのを待って、印刷物を少し傾けると、パキッとステージから剥がれてくれます。
いったんこの便利さを知ると、もう糊方式はバカらしくてやってられません。

ということでカプトンテープを準備しましょう。お勧めはMonotaroの自社ブランド(一番安っぽいやつ)の
出来るだけ幅の太いテープです。15cm幅のステージを埋めるには、もちろん太いテープで少ない
貼り付け数で覆った方が楽です。

それから最後に、小さいラジオペンチ。サポートを剥がすのに一般のラジオペンチでは先が太すぎて
小回りが利きません。HozanのP-37が私の御用達です。
  1. 2013/07/20(土) 00:34:13|
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引き続き3Dプリンタの比較論。

終わりが無いのですが、もう少しだけ。
国産3Dプリンタとして、あと5日でSCOOVOが発売されるそうです。
これはPC周辺機器会社がバックにあり、供給体制、サポートも良さそうです。
ソフトは国産で、印刷精度もよく、期待できそうです。

しかし、分子模型作製に重要なのは、そこじゃありません。
0.1mmの積層精度、分子模型には必要ありません。いたずらに印刷時間を増やすだけです。
ドライバが国産というのは良さそうです。
今後模型が海外に広まる際には障害になりますが、それはまだまだ先の話でしょう。
しかし結局、プリンタドライバの善し悪しが全てを決めるでしょう。
サポートの形状、配置アルゴリズムです。
あ、肝心な条件が有りました。PLAのみサポート、ステージ加熱無しです。
これはかなりマイナス要因です。やはり厳しいです。

以降、新しいプリンタが出てきても、これまでの議論と同じ様にして
適しているかどうかを判断できると思います。

やっぱりCubeでしょうか。「どーですか、カッコイイボディー!」

  1. 2013/07/20(土) 00:20:10|
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3Dプリンターの普及を考える。 他機種の評価。

普及を考えるにあたって、プリンタは供給体制やサポートがしっかりしている必要が有ります。

その点で、現在雨後の竹の子のように(表現が悪くて失礼)
湧いて出ている3Dプリンタ各機種、これらはすべてアウトっぽいです。
国内でもベンチャーがいくつか製作販売していますが、
国外と併せ、やがて淘汰されていきます。ほとんど残らないでしょう。

やはり大手がバックについている機種しか生き残れないと思いますし、
すでにその診断は出ているように思えます。

1.3Dシステムズ社(大手2社の一つ) Cube。
 CubeXはイギリスの会社3DTouchを買収して技術はそのままなので、
 印刷精度や安定性に欠ける、価格が高いので×です。
 Cube3D一択です。

2.ストラタシス(もう一つの大手)が最近買収したMakerbot社製Replicator2。
 3Dプリンタブームを牽引したMakerbot社の売れ筋商品です。
 しかし、価格は高め。ガタイも大きく、研究室には不向きでしょうか。
 入手しやすさもあまりよくないようです。
 なにより、DIY的要素が多すぎて、マニア向けという印象です。
 最新機種のRelicator2Xも売り文句に怖いこと書いてますし、
 やはり一般の人がホイホイ使えそうではないと思います。
 ここも大事だと思いますが、Replicator2はPLA樹脂のみサポート。
 PLA樹脂は印刷時の歪みは少ないのでしょうが、力を加え続けると
 不可逆に変形してしまうという性質が有ります。これは分子模型には不向き。

3.pp3dp社製UP!Plus, UP!mini(アメリカではAfinia Hという名で同機種が販売)
 ダークホースです。中国の会社ですが、ブーム前から地道に販売していたせいか、
 印刷の精度やスピードは目を見張るものが有ります。中国恐るべし。
 価格もUP!miniに至っては899ドルとほぼ半値です。上位機種UP!plus2でも20万を切ります。
 (ごく最近までOPT社が国内代理店で、定価の倍で国内で売られていましたが、ブルレー社が
 販売に参加したことで、値が本来の価格まで落ちました)
 実は今私の一番のお気に入りはこのプリンタです。印刷が綺麗。
 サポートの配置アルゴリズムが良く、サポートが付く側でも綺麗に仕上がります。
 樹脂コストも国内で買うとキロ7千円くらい、直輸入でキロ5千円。
 …さらには、裏ワザをつかうと、楽天などで買える安価(キロ3千円)の樹脂も使えます。
 いよいよこれはCubeにとって代わるか?と思われましたが、ドライバソフトが
 いまいち親切でない、リボンモデル印刷にはちょっと不向き(サポート取り出し時に折れやすい)
 という欠点があります。分子表面模型はこれがいいんですけど。
 しかし樹脂をいろいろ使えるというので、最近機能性ABSやPLA樹脂が試験的に
 出回っていて、ゴムライクや積層面間が丈夫など、リボンモデル印刷に
 適しているものがあるかも知れませんので、今後探してみます。

ちなみにCubeはキロ2万円。ぼったくってますね。しかしそれでも
印刷の安定性や手軽さを考えると仕方ないかもしれません。
  1. 2013/07/19(金) 01:36:02|
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Cubeについて。

Cubeすごい人気です。ヤマダ電機でも販売予定とか。
そのうち「ジャパネットたかた」でも社長が
「今日ご紹介するのはスリーデープリンタでございます」
「どーですかこのメタリックゥボディーッ!」とか言ってそうです。

…さてさて、分子模型製作用のプリンタ、以前はいろいろあるよと書きましたが、
いろいろ調査しましたが、やはりCubeに落ち着きました。

理由はいろいろあります。

1.初心者でも扱える。→これはCubeの一人勝ちです。開封後20分で印刷開始できる、
Cubifyサイトのアプリが豊富、サポートが良いと、初心者に優しいづくめです。

2.プリンタの入手しやすさ→これもCubeは合格です。昨年は4か月待ちでしたが
今はアメリカサイトで翌日出荷らしいです。日本でも7-10日程度で届きます。

3.ドライバソフト→これも大事です。「タンパク質の分子模型を印刷」するのに
適したドライバソフトが必要です。
…どういう事かというと、同じ印刷用オブジェクトファイル(STL方式と言います)でも、
それを印刷に適したように、サポートを自動計算したり、印刷に向いていない、
破損しているポリゴン部分などを自動で修復してくれるのが、このドライバソフトです。
いい意味で、Cubeはこの部分がブラックボックス化されています。
そして修復やコンバートが大変速い。
サポートの配置アルゴリズム、これが非常にリボンモデル作成では大事です。Cube以外は
色々と問題が有り、リボンモデルの作成は実質無理と言っても良いでしょう。

最初にCubeを選んで試行錯誤したのは正解だったと言えます。

次回は他機種の悪い点を挙げてみたいと思います。これも大事なこと。
  1. 2013/07/19(金) 01:11:37|
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新学術でプロジェクト開始。

更新を長らく休んでいました。というかここ見てる人いませんね。宣伝も何もしていませんし。ただの自分の備忘録のようなものです。
いよいよ新学術のプロジェクトが始まりそうです。facebookのページも開設されましたので、そちらで模型の進展具合がアップデートされると思います。
こちらではそこには書けない泥臭い内容をつらつらと書き連ねることにします。
  1. 2013/07/16(火) 20:08:32|
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