Michigan Technological University: Modelli molecolari stampati in 3D per chimica
Nel recente ” Stampa di modelli 3D per chimica “, le autrici Elisabeth Grace Billman-Benveniste, Jacob Franz e Loredana Valenzano-Slough, tutte della Michigan Technological University, hanno prodotto una guida per gli utenti della stampa 3D a tutti i livelli, dal do- hobbisti fai-da-te che lavorano su progetti nel laboratorio di casa agli utenti a livello professionale ed educativo.
Pur sottolineando i numerosi vantaggi della stampa 3D per gli utenti di tutto il mondo, gli autori di questa nuova guida, rivolta ai chimici, mettono anche in chiaro che il potenziale non è ancora prossimo all’essere sfruttato. Man mano che le opzioni di software, hardware e materiali continuano ad espandersi, anche l’innovazione di prototipi, parti e modelli molecolari personalizzati per i chimici. Toccano anche gli attuali produttori come Ultimaker che potrebbero offrire un modo per stampare modelli molecolari in 3D, ma a loro avviso non soddisfano le loro esigenze.
Per questo studio, gli autori hanno considerato l’opzione di cinque diversi filamenti (acido polilattico (PLA), acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS), polietilentereftalato con modifica di glicole (PETG), elastomero termoplastico (TPE) e policarbonato (PC), ma hanno scelto Il PLA alla fine, poiché è facile da lavorare, generalmente affidabile per prestazioni e produzione, sicuro e conveniente.
Per l’hardware, il team di ricerca ha optato per una stampante 3D LulzBot Taz 5 :
“Mentre le macchine in stile FDM sono chiaramente le più appropriate per l’uso in un’aula o in un ambiente di laboratorio sia per la convenienza che per la sicurezza, la Taz 5 è stata scelta in particolare per la sua facilità d’uso e l’equilibrio tra costo e qualità delle stampe prodotte.”
I ricercatori adottano un concetto open source per tutti mentre lavorano per aiutare coloro che lavorano in laboratori, scuole, uffici e altri settori a esplorare il potenziale della stampa 3D nella creazione di modelli chimici. Pongono inoltre una forte enfasi sul valore che i modelli stampati in 3D hanno in quasi tutte le aree perché gli ausili visivi sono così importanti per l’apprendimento e la conservazione delle informazioni.
Mentre i materiali e le stampanti 3D vengono discussi, i ricercatori si prendono anche il tempo per discutere dei veri e propri bulloni per gli utenti; ad esempio, raccomandano quali tipi di strumenti utilizzare per rimuovere oggetti, nonché la post-elaborazione, dai raschiatori per vernice ai coltelli X-Acto. Ancora più importante, discutono degli aspetti di sicurezza e hanno raccomandato azioni da intraprendere in termini di ventilazione, evitando ustioni e altre lesioni come i tagli.
I ricercatori entrano nei dettagli su come costruire file 3D e, di conseguenza, creare modelli molecolari.
“Praticamente qualsiasi interfaccia grafica molecolare può essere utilizzata purché la molecola creata possa essere salvata come file di Banca dati di proteine (PDB). Inoltre, i modelli molecolari possono essere ricavati da database online (incluso il CCDC) e salvati come formato di file PDB “, hanno affermato i ricercatori. “Nella maggior parte dei casi UCSF Chimera7 è stato utilizzato per convertire il file PDB in un formato di file di stereolitografia (STL) o linguaggio di modellizzazione della realtà virtuale (WRL o VRML). Dopo aver convertito i file nel formato file corretto, Blender8 è stato usato per dividere i modelli e impostare pin e fori.
“In questa procedura sono state implementate due diverse affettatrici, Slic3r Prusa Edition10 e Cura Lulzbot Edition11. È importante tenere presente che alcuni pacchetti slicer offrono funzionalità utili che potrebbero non essere disponibili in altri. “
Il diagramma di flusso sopra può essere usato per determinare quale pacchetto software dovrebbe essere usato in ogni fase del processo di preparazione del file g-code
Per questo studio, i ricercatori hanno stampato in 3D un modello molecolare di un frammento di policarbonato. In seguito fu usato durante le presentazioni durante le conferenze per abbreviare le relazioni atomo / molecola. Anche i modelli di molecole d’acqua sono stati stampati in 3D. Hanno anche continuato a descrivere la fabbricazione di modelli più complessi, come quelli utilizzati per la meccanica quantistica.
Gli utenti dovrebbero anche trovare abbastanza utile la sezione dedicata alla risoluzione dei problemi relativi alle stampe non riuscite. Gli autori spiegano che è normale che i principianti abbiano inizialmente dei momenti difficili nel superare gli errori di stampa e scoprire come apportare le correzioni necessarie. Sottolineano che la comunità di utenti della stampa 3D è enorme, oltre che estremamente utile nella maggior parte dei casi, e ci sono anche molti altri punti di apprendimento, dagli articoli online a YouTube, FaceBook e altro ancora.
I ricercatori spiegano che in seguito sperano di esplorare e analizzare sia i pro che i contro di materiali e applicazioni in cui possono essere utili. Possono anche studiare gli usi dei modelli stampati in 3D e come dovrebbero variare a seconda del livello di età o di discipline come la matematica o le scienze della terra.
“Per educatori o ricercatori che potrebbero non avere il tempo o le risorse necessarie per dedicarsi a una stampante 3D e altri materiali richiesti, esistono diversi modi per ottenere stampe 3D con opzioni di personalizzazione simili senza possedere una macchina”, concludono i ricercatori. “L’opzione meno costosa è cercare in una università o scuola una stampante 3D. Makerspace e alcune librerie possono anche fornire accesso a stampanti 3D.
“L’uso di software e firmware in cui tutti i programmi e i relativi codici sorgente sono disponibili gratuitamente e i progetti per i componenti hardware completamente accessibili offrono agli utenti la possibilità di personalizzare completamente sia la progettazione del modello che il processo di fabbricazione. L’enfasi nella filosofia open source sulla condivisione della conoscenza collettiva può essere ben attribuita al rapido progresso della tecnologia di stampa 3D e si prevede che sia una forza potente nell’avvio di una quarta rivoluzione industriale di innovazione e tecnologia. “
