とある実験のーと

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化合物の三次元分子構造を取得→3Dプリンタで出力

一応化学系をやってる身としては、化合物の立体構造には興味があります。パソコンの画面だけでクルクルやってるだけじゃ物足りません。

ただ、合成屋さんや有機屋さんでないと、ChemDrawなどの専用ソフトウェアを使いこなすことはないのでは?僕だけ?恐らくこれらのソフトウェアを使用すると、分子式を打ち込めば軌道計算を元にした立体配座とか自動で出してくれて、更にはクルクルあちこちの結合を回転させて・・・ってことが出来るはずです。そしてこのご時世なので3Dプリンタ用のデータ出力も出来るはずです。

 

このようなソフトを初学者や素人が使用するのは難しいし高ぇです。てことで、素人でも比較的簡単に化合物の立体構造を3D出力することができないか、調べて実践してみました。

日本ではこのトピックは需要がないようであまり見当たりませんでした。ということでアメリカ様のサイトを参考にしました。今回は基本的にこのサイトの日本語訳みたいになっています。。。

www.instructables.com

まず、PubChemにアクセスして、化合物を検索します。PubChemはアメリカのNIH(日本の厚生労働省みたいなもの)が運営する化学物質のデータベースです。現在の技術で合成できる、名前が付いているような化合物は殆ど登録されていると思います。

Home - PubChem Compound - NCBI

今回はいつも実験でお世話になっている"Ampicillin"を検索してみました。Ampicillinは大腸菌培養とかでスクリーニングに使用する抗生物質です。検索用語は何でも引っかかると思います。分子式とか略称とか。

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検索結果でAmpicillinをクリックすると上のような画面が出てきます。この情報の中でPubChem CIDをメモ(コピペ)します。

 

次に以下のサイトにアクセスします。

NIH 3D Print Exchange | A collection of biomedical 3D printable files and 3D printing resources supported by the National Institutes of Health (NIH)

どうもこのプロジェクトもNIHが運営しており、PubChemに登録されている化合物や、タンパク質構造の3D出力ファイルが取得できるようです!凄い!凄すぎるNIH!

下図のような画面が出てくるので"CREATE"タブを押します。

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Quick submit機能を使用して3Dモデルを検索します。ここでちょっと手こずったのですが、ユーザ登録しないとこのサービスを使用出来ないようです。下図の"log in"を押して、適宜ユーザ登録、ログインして下さい。ユーザ登録部分は省略しますが、所属とか書く必要も無いし誰でも作れます。

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無事ユーザ登録、ログインに成功すると、右側が下図のように切り替わりPubChem CIDを入力出来るようになります。そこで先ほど検索したAmpicillinのCID"6249"を入力してSubmitします。ここで、既にモデルが構築済みの場合は下右図のようなダイアログが表示されるので、素直に従います。。。

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下図のような画面になるので、"DOWNLOAD"からSTLファイルが取得できます!幾つか表現のカタチがあります。

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以上でSTLファイルの取得は終わりです。後は適宜スライサーで拡大縮小回転させて出力します。私は一回Fusion360にインポートして大きさを整えてから再びSTLファイルを書き出しました。

現在出力中・・・。

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これで、誰でも化合物オブジェが手軽に?作れますね!ただし、後ほど色塗りして原子が区別できるようにしないと教育向けにはならないかもしれません。結合部分を回したりできないのも課題ですね。出力結果などはまた報告します。

タンパク質構造も出せるのは凄い。時間があったらやってみよう。

おわり。

3Dプリンタを持つことで気づく潜在的な意匠権の侵害の危うさ

これは単なるつまらない独り言です。

まだ3Dプリンタを使い始めて1ヶ月ぐらいしか経ってませんが、面白いことに日常生活の中での物のカタチに対する意識が急激に高まったのを感じています。これ面白い形だなーとかどうやって設計しているのかなぁとか、あ、自分でも作れそう・・・とか。

同時に物の形が持つ価値とは、何処までがセーフでどこからがアウトなのか、著作権のある文章や画像など以上に曖昧で難しいのではないかと感じ始めました。

今、自分が作ったSTLファイルを共有できるように準備していますが、現時点で危ういかなと思う物はHelinoxの脚カバーです。

 

azospiran.hatenablog.jp

 純正品とは寸法、素材も違うし、形も私が作ったのは接地面が平ら、さらに入り口はガバガバでちゃんと固定されないというクオリティが到底追いついていない代物ですが、見た目は丸っこくて似ています。果たして、見た目だけが少しでも似ていたら、コピー品なのでしょうか?じゃぁ、形を四角にしたらセーフなのでしょうか?じゃぁ、脚にまるこっこい形状の物が付いている商品は、お互いの価値を全て侵害しているのでしょうか。素人には分かりませんが、このデータの非公開にしました。

 

以下のようなPDFを拾いました。

3D プリンタに関わる法的諸問題

http://www.jpaa.or.jp/activity/publication/patent/patent-library/patent-lib/201510/jpaapatent201510_052-056.pdf

弁護士の先生のご意見ですが、どうも曖昧です。形は似ていても本来の機能をしなければ意匠権の侵害には当たらないとの見解のようですが、形は似ていなくても同じ機能が出来るような時などはどうなのでしょう??

 

3Dデータにしてしまうと、特別な技術が必要な加工以外は簡単に作れてしまう時代だなと改めて感じます。そして、そのデータを自由に公開するサービスは既にあちこちで提供されています。

個人での類似品の作成・利用は販売でもしない限り責められることはないでしょう。しかし、シェアサービスへのアップロードで万人が使用出来るようになるというのは、気づかぬうちに法律などに抵触するなかなか危うい問題をはらんでいると思いました。更に最近は軽々と国を超えるので、より自体を複雑化している気がします。

といっても、私は論文でもデータでも、あらゆる物のオープン化には賛成派です。特に3Dデータのシェアサイト見てると面白いですね。

フィラメントのスムーズな供給に向けて [3Dプリンタ,trinus]

こんにちは。

幾つかtrinusで出力してきたのですが、フィラメントは適当な棒に引っかけて使用していました。ただ、引っかけただけではフィラメントの自重により回転の抵抗が大きく、エクストレーダーが結構な力で引っ張らないとフィラメントが供給されません。将来的に故障の原因となる可能性があるため、スプール台を作成することにしました。

基本的にスプールを縦向きで使用する方が多いようですが、この際にはフィラメント(最大1kg強)の自重に耐えられるだけの軸とスタンドが必要なため図体が大きくなる可能性があります。また、スムーズな供給を可能とするためには、軸とスプールの中心径が上手くかみ合い、軸ごと回転するのが理想と考えられます。ただサードパーティ製が多いフィラメントですから中心径もメーカーによってまちまちで、これらにフィットする軸を作成するのは辛そうだと考えました。

勝手に修理・気ままに工作 - フィラメントリールスタンド(filament spool roller)の製作

この方はこれらの課題を軸に依存しない方法で解決しています。部品自体もかっこいいので、まぁこの方のSTLファイルを頂けば万事解決なのですが、折角ですから練習も兼ねて自分で作ってみました。

イデアは"回る卓上テーブル"です。ちょっとスペースを取りますが、スプールを横向きに置くことで、軸が1点で済み、多少ヤワな作りでも垂直に自重がかかるので折れたり反ったりする可能性はなくなります。そして上の人のアイデアを拝借して、ベアリングを使うことにしました。

Amazon | ミニチュアベアリング 【NSK】 スチール 両シール付 608ZZ 内径8mm×外径22mm×幅7mm | キャスター

NSK製。ベアリングだけ立派です。一個200円くらいです。近所のホームセンターには売ってませんでした。クルクルというよりヌルヌルと回ります。ただ、ちょっと小さめです。外φ=22 mm, 内φ=8mm, H=7 mmです。

以前、プリンタのプリント精度に関してちょっと書いたのですが、今回は産物が大き目なので失敗したときのショックも大きい、部品との組み合わせもあるので、一先ずテストプリントで実際にどれほどのクリアランスを設けたら良いのか、検証してみました。

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上がテストプリントの結果です。出力条件はPLA, 70mm/s, 0.2 mmです。内側に関しては、ベアリング中心のφ8 mmの穴に、モデル上でφ7.8 mm, φ7.7 mmの軸がはまりました。ただ、7.8 mmは結構キツキツで一度填めたら抜けなくなる感じでしたので、7.7 mmを採用することにしました。

次に外側ですが、22 mmのベアリングを填めるために22.2 mmの設計で出力したところピッタリはまりました。キツさも適当で、空回りせずしっかり填まるけど、抜こうと思えば抜けるといった感じでしたので、この径を採用することにしました。

テーブル上側にはコーンのように傾斜をつけた筒を置くことにしました。これによって様々な径のスプールをズレることなく置くことが出来るはずです。

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出力結果です。PLA, 70mm/s, 0.2 mm, 充填率25%で出力しました。ベアリングの外側が填まらなくて焦りましたが、ヤスリでPLA側の縁を少し削ることで解決できました。内側は大丈夫でした。

問題だったのは上のコーン部分でした。テーブル側に幅5 mmの凹を作って、そこに4.8 mm幅の凸をつけたコーンを填める予定でしたが、上手くフィットしませんでした。ヤスリで表面をなめらかにして、なんとかはめた後、ボンドで接着しました。

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本来の目的としての使用ですが、土台側の軸が細くて少し不格好ですが性能は大満足です。弱い力でフィラメントを引っ張ってもクルクル回ります。

 

今回分かった点

○ 円形の場合は目標物とのクリアランスを0.2 mm程度つけた方が良い(四角の場合はまた違うかも)。

○ 出力したもの同士を組み合わせる際には更なる検討が必要

 

リアランスの件ですが印刷のスピードなどの設定によって変化する可能性があります。特に出力物同士を組み合わせる際には、お互いの表面の凸凹が結構効いて、結局はまらないという結果を引き起こしたようでした。検証とチューニングが必要になりそうです。

 

Helinox(ヘリノックス)の足置きを3Dプリンタで作ってみた

ヘリノックスの椅子は最近アウトドアをちょっとかじったことある人なら知らない人は居ないのではないでしょうか。

 

軽量と座り心地を併せ持ち、コピー品はあるのですが結局唯一無二な存在になっています。ただ、その値段からなかなか手が出しづらく、決心するまで時間がかかる商品でもあります。

そのヘリノックスのチェアワンをついにゲットしました。

その日のうちに組み立ててみたら、噂通りとても座り心地が良いのに驚きました。ソファなど部屋に置いていないことから、家でも普段から使おうということになりました。ソファを買うと思ったら安いよね。うん。

ただ、問題が。

此奴の足先には凄く堅いゴム?プラスチック?がはまってます。実はこれ、堅すぎて少し使っただけでフローリングをぼこぼこにしてしまうことが分かりました。応急処置で靴下をはかせて厚い足ふきマットを敷くことでなんとか凌いでいましたが、かっこわるいし、折角の機動性が台無しです。

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実は純正の脚カバーも売っています。ただ3500円もするので、本体を買ったばかりの自分にはツライ出費です。そこで、3Dプリンタで足置きを作る事にしました。要は一点に集中する重さを平面に分散させればいいのです。

作る上で一つ課題がありました。ヘリノックスの脚は角度がついています。よって脚からモデリングしてみました。角度は三平方の定理で出そうと思えば出せるのですが、めんどくさかったので、適当に頂点からの縦・横・高さの距離を測り、CAD上で線を引いてそれに沿うように傾けてみました。精度を求めるものではないので意外と簡単ですね。。。

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前からの図              横からの図

次にこのモデルを元に、以下のようなモノを仮に作ってみました。(この後改良したため、この時点のCADデータがないです)出力条件はPLA, 150 mm/s,0.2mmです。

f:id:azospiran:20170215231731j:plainf:id:azospiran:20170215231725j:plain←上部が折れた・・・。

脚を置いたあと、簡単にズレて外れないようにパイプに引っかけるようになっています。パイプ径がφ=14 mmだったので12 mmのパイプを通す部分を上部に作ったのですが、ちょっと狭すぎてパイプを入れようとしたら折れました・・・。ただ、このテストプリントでモデルがちゃんと実物と合うことが分かりました。

ちょっと大柄だったので、大きさ、パイプ挿入口の幅・位置を改良して出力してみました。出力条件はPLA, 100 mm/s,0.2mmです。

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良い感じ。と自己満足していましたが、一晩寝て改めて見ると、大切なことに気づきました。「可愛くない・・・。」

なかなかこだわったモデルでしたが、原点に戻ることにしました。ただの足置きだし。やっぱりもっとシンプルでいいのでは。ということで、球を基本とした形がsimple is the bestだという結論になりました。

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脚本体と球の内側のクリアランスは2 mmとりました。球の下は平面になってます。片方だけモデリングして、ミラー機能で反対側の脚用を作りました。

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結果としては2 mmの隙間は少しゆるゆるでした。ただ、収まりもいいし、外見も悪くないのでこれで4つ出力して終わることにしました。流石にこの形で固定することはできなかったので、この後全体を布で包んで固定しました。

くだらないですけどxyz以外の軸とか平面の使い方を習得できて個人的には有意義な課題でした。

おわり。

漏斗をモデリングして初出力してみた[trinus]

※ 3D CADも独学&初心者なので、細かいところは多めに見て下さい・・・。

本来、やってみたかったことある自分でモデリングしたデータを出力してみました。私は3Dプリンタの限界とか表面の綺麗さを競うとか余り興味がないので、巷にあるテスト用のデータはまだ出力していません。折角なので使えるモノをと思い、ペットボトルの口に合う漏斗を出力してみました。地味ですみません・・・。

(動機として、米をペットボトルに詰めるときに普通の漏斗だと口が小さく、しょっちゅう詰まってイライラしていました)。

目的としてCADで設計した値と、出力される物の値にどれほどの誤差があるか確認してみたいと思います。

 

Fusion360モデリングしてSTLファイルを出力。Pango2.1.2で直径を大きい方を下にしてスライス。積層=0.15mm, Print speed=30 mm/s, Bottom=Raft, サポート無しでPLA(polymaker)で出力。ヒートベット無し。ノズル温度はいじってません。主な寸法は写真の通りです。印刷に約5時間かかりました。デフォルトのセッティングでしたが、これはちょっと時間がかかりすぎました。仕様を見ると150 mm/sまで挙げられるようなので要調整です。

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 1. 出力の外観

写真の向きに出力しました。内側のサポート材は無しでしたが、このぐらいの傾斜は余裕のようです。全体的に積層痕は目立ちませんでした。大きな径の方では縦筋が立ちますが、実用上は問題無いと考えます。プリンタが動いている様子を見ていたところ、動きを切り替える部位でこのような模様が立つようです。

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スロープの部分の一部に、他とちょっと質感が変わる部分があります。

ちょっと問題だったのはフックに引っかける出っ張り部分が、サポートが無かったので空中に出力する感じになり、汚くなってしまいました。これは設計ミスでした。

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2. 寸法

3Dプリンタがどれほどの精度で出力できるのか、一番興味がありました。3回ずつ測ってます。適当に場所名を付けてますので上図を参考に察して下さい。。。

小さい外径・・・17.97, 17.98, 17.99 [mm]

小さい内径・・・15.93, 15.80, 15.93

小さい径,厚さ・・・1.11, 1.07, 1.06

大きい外径・・・99.89, 99.94, 100.02(ちょっと弾力がある)

大きい径,厚さ・・・1.06, 1.07, 1.06

高さ・・・110.44, 110.56, 11.50

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3. 強度

小さい径の筒は指で力を加えてもびくともしません。大きい方の径はぽよぽよと弾力がありますが壊れるような感じではありません。むしろ径の違いでスロープが付いているる関係で、全体的な強度は高いようです。

 

3dプリンタが思いのほか良い精度で出せることに正直びっくりしました。ぱっと見たところ±0.1 mmには納まっているのでは?φ100mmぐらいの大型になると、mm単位でずれるだろうと思っていました。この程度の精度が安定して出せるなら、例えば部品同士を繋ぐ場合もクリアランスをあまり考慮せず出力して、ちょっとヤスリかけるぐらいではまりそうです(つけるとしても0.05mmぐらいかな?)。高さ方向では少し誤差が大きくなるかな?接地面をヤスリなどで綺麗に処理してないのでその影響かもしれません。

他のプリンタがどれほどのものか本当にしらないので客観的な評価はできません。ただ、自分の使用用途では必要十分なようです。PLAは縮まないので寸法を保持したい用途では良いようですね。室内ですし今後もPLA使いそうです。ヒートベットも今のところ要らないし。

強度や精度を考えると厚さは1mmぐらいが厚さの限界でしょうか。(1 mm以内の精度は悪くなりました)。

課題としてやはり120mm*125mm*125mmのスペース的制限は工夫しないといけなそうです。底面にラフトで接地すると実質100*100*120ぐらいの中に設計しないとだめなようです。

次は何を刷ろうかぼんやり考えながら生活してます。ふと書きながら思ったのですが、3Dプリンタも"印刷"って言って良いんですかね?

 

2017/2/21日追記

STLファイルをThingiverseにUPしました。ご自由に。

www.thingiverse.com

 

3Dプリンタ Kodama Trinus到着。

Kickstarterで初めて出資してみました。経緯をお話しします。

正直3Dプリンタは高額の凄い奴が大学にあるらしいけど、共用だし、怖いおじさん達(技術員)の許可が必要だし、化学系の自分がへんてこりんなCADデータ持って行って刷りたい!と言っても鼻で笑われてしまうのは目に見えていました。基本、研究費からお金を出さないといけないので"変なモノ"を刷ることは許されません。

ただ、3D CADを講義で少し触ったときの衝撃と、画面の中のモノを現実世界に投影してしまう3Dプリンタは一度は触ってみたいと誰もが思うのではないでしょうか。やっぱり失敗したいし、変なの刷ってみたいし・・・買うことにしました。

それからお手頃な3Dプリンタを探す旅にでました。興味を持ち始めた方が最初にするのは勿論、「amazonで検索」です。ダヴィンチ○○は低価格帯の3Dプリンタでは有名で、最初はもうこれで良いのでは?と思っていました。

ただ、皆様のブログを拝見して勉強していくうちに「なんか不具合や故障が多いのでは?」という疑念がわき起こります・・・。そして中華系の3Dプリンタなどを漁り始めます。「安かろう悪かろう」ということわざが脳裏を何十回とかすめます。Bonsai Labも候補に挙がり購入寸前までいきましたが、組み立てるのに丸一日費やし、その後のチューニングに苦労しているのを見ると初心者の私は躊躇しました。

結局、UP! Plus2が良いなぁと思っていましたが、軍資金が10万だったのでこれまた躊躇。そうこうしているうちに、何がいいのか分からなくなりました。

そんな中、Kickstarterで良さげなプロダクツが出資募集中らしいという情報を目にしました。Kickstarterに関しては前から一度出資してみたいという興味がありましたし、trinusのプロトタイプの完成度も高かったので、これはいけるのではないかと見込んで出資しました。レーザー刻印もできる盛り盛りのDELUXタイプ、送料込みで八万弱だったと記憶しています。

事業は見込額の10倍程度の出資を集め、無事GOが出ました。がそれからが長かった。まず進捗報告を1回/2weekぐらいでするよ!という当初の約束は見事に破られ、なにをしているか分からない期間が2ヶ月ほど訪れます。出来たよ!発送するよ!って言ってから2ヶ月ほどオフィシャルな通知が殆どない期間も訪れます。

気になって彼らのウェブをちょこちょこ見に行っていましたが、コメント欄は進捗は発送が遅れていることに対する世界中からの罵詈雑言。ただそれらに時々、中の人が返信しているところをみて生存確認は出来ていましたので踏み倒しはないかなぁと予想してました。

年が明け、流石に現状確認したい衝動にかられメールしてみました。返信を意訳すると「あなたのブツはいま中国でもうできあがってるから、すぐ発送するよ!空輸だよ!」という無駄にテンション高めのメールが。

それから2週間で来ました。ヤッター。出資してから約8ヶ月ぐらいでしょうか。良く待ちました。

てことで、初心者ですが、ちょこちょこ3Dプリンタの状況とかトラブルとか作ったモノとかも載せて共有できたらなぁとおもいます。証拠写真を数枚。

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いまのところの所感

● 写真にはありませんがEnclosureの組み立てに凄い苦労。応急的に一部継ぎ接ぎに・・・。

● 付属のSD刺してもオートプリント開始せず。SDの中身見たらデータが入っていない・・・。Facebookのtrinusサークルから該当ファイルをダウンロードして入れたら無事動作。設定や調整をいじらずにフシ○ダネが一発目で綺麗に印刷されました(Facebookの非公開サークルは登録必須。そこでトラブルシューティングの知恵が蓄積してきています)。

● PC(Mac)との接続はドライバのインストールを試すも上手くいかず。時間もないためこれは一時保留。

● 上の対策として、STLファイルをPangoで読み込み、スライスや設定をして.pcodeファイルを出力、その後ファイル名をautoprint.pcodeに変えてSDカードに保存、Trinusに挿入すればスタンドアロンで刷ってくれます。ひとまずこの方法でソフトウェアがアップデートされるまで様子見。

 

今回学んだ教訓

● Kickstarterは事業が潰れることもあるから高額出資がめっちゃコワい。

● 日本の時間やサービス感覚でいるとイライラが募るので菩薩の心を持つ。

● 遅れたり不備があったからといって皆に混じって暴言を送らない。

3Dプリンタ・・・たのしい。

以上。

 

はてなブログの写真の取り扱いに関して盲点

はてなブログで立ち上げましたが、先ほど写真UPしたらオリジナルからだいぶリサイズされますね??盲点でした。これを設定変更する項目はなさそうです。

色々調べてみましたが、もう引っ越すのもめんどくさいし、高画質が要求されるような写真はPhoto蔵とか外部サービスにオリジナル写真を上げるなどして併用にしようと思います。あとで先ほどの記事も更新しておきます。