3Dプリンティングによる電子ラボの整理整頓

3Dプリント技術は、電子設計者にとって開発プロセスを改善し、製品モックアップを製作し、さらには製造装置用のカスタムパーツを作成する絶好の機会を提供します。しかし、3Dプリンターの利点はそれだけにとどまりません。設計プロセスにおいてもう一つ同じくらい重要な目的を果たすことができます。つまり、電子機器のラボスペースを整理して、より賢く作業できるようにすることです。

ラボスペースの問題点

典型的な電子機器のラボスペースは、道具、半完成のプロジェクト、予備部品、ランダムなコンポーネント、そして多数のケーブルやワイヤーでいっぱいです。全てが必要であり、そこにあるべきものですが、次にそれを必要とする時に再び見つけられるように全てを置く場所を見つけるのはしばしば困難です。一見すると無秩序な混乱に見えるものが、エントロピーの科学的原則に従って徐々に進化した、高度に組織された混沌であることがあります。

混沌から秩序を生み出す鍵は、全てを置く場所を持つこと、特定のニーズに合った、そしてあなたのラボと共に進化できる収納ソリューションを持つことです。新しいプロジェクトを始めるたびに、必然的に新しいコンポーネントや時には新しいツールが必要になります。プロジェクトを増やすにつれて、収納と整理の要件はより速く増加します。答えは、必要に応じて追加要素を加えることができるオーダーメイドの収納ソリューションです。答えは、3Dプリンターの力を活用することです。組織的な問題を解決するために既に利用可能な能力を持っているので、なぜそれをフルに活用しないのでしょうか？この記事では、始めるためのいくつかのヒントとリソースを共有します。

収納ソリューションのための3Dプリンターの使用

3Dプリンターは、その汎用性、実用性、そして近年の手頃な価格のおかげで、電子開発において一般的なリソースとなっています。3Dプリンターは現在、比較的安価に購入できるだけでなく、同様に重要なのは、消費する原材料が容易に入手可能で、手頃な価格であることです。これらの利点は、趣味人から小規模企業や製造業者まで、誰もがその使用を開放します。

まだ3Dプリンターを購入していない場合、電子ラボに最適ないくつかの人気のあるタイプがあります。最も一般的なタイプはフィラメントプリンターで、本質的にはコンピュータ制御のホットグルーガンです。これらのプリンターは、プラスチックフィラメントの連続したスプールを取り込み、プリントヘッドで溶かして、材料の層を正確に配置して積み上げ、堆積後に固化させることで動作します。層は下から上に積み上げられて3Dオブジェクトを形成します。フィラメントプリンターの主な利点は、異なる機械的特性と色をユーザーに提供する利用可能な材料の範囲です。これにより、ジョブ間で材料を切り替えたり、印刷の途中で色を変えたり、異なる特性を持つオブジェクトを生成したりすることができます。

2番目に一般的なタイプのプリンターは、紫外線（UV）光を使用して液体樹脂を硬化させ、印刷材料を固化させるものです。これらのプリンタータイプは、UVレーザービームを使用して樹脂を正確なポイントで選択的に硬化させるか、またはフォトマスクを使用して樹脂タンクの選択された領域のみを広範囲のUV光にさらすことができます。

パウダーベースの3Dプリンター

さまざまな粉末ベースのプリンターがあり、バインディング剤を別のプリントヘッドを使用して適用するか、またはレーザー源からの熱を利用して必要な領域の粉末を固めます。これらのプリンタータイプは、材料の種類において最大の柔軟性を持ち、機械的特性や表面仕上げの特性を最適化できますが、コストは高価格帯にあり、趣味や小規模ビジネスの小さなラボ設定では一般的に見つけることはできません。

フィラメント3Dプリンター

過去12年間の個人的な経験から、フィラメントプリンターが小規模ラボ設定で最高のパフォーマンスを提供することがわかりました。レジンプリンターの使用は、ポストキュアプロセス中に印刷されたオブジェクトがわずかに歪む問題と、最終製品が脆すぎる問題によって妨げられました。フィラメントプリンターは、デバイスコントロールやここで議論されている特注の保管機器などのアプリケーションに適した、より高品質な製品をより良い機械的特性で生産します。しかし、最近の材料の進歩により、レジンプリンターがより魅力的になっています。近い将来、ラボ作業における適用性でフィラメントプリンターに匹敵するか、それを超える可能性があります。3Dプリンター技術の最新の進展については、このスペースをご覧ください。

実験室でフィラメントプリンターを使用する場合、推奨される印刷材料はポリエチレンテレフタレートグリコール修正体、略してPETGです。PETは、衣類から食品容器、水筒に至るまであらゆるものの製造に広く使用されているポリエステルファミリーの一般的な熱可塑性ポリマー樹脂です。PETGバリアントは、より低い融点を持っており、射出成形やシート押し出しに理想的です。これらの特性は、3Dプリンターで使用するためのフィラメント押し出しにも適しています。

PETGフィラメントは、プリンターヘッドに供給される小さなロールで提供されます。

この材料が実験室印刷に優れている主な理由は、非常に低い熱膨張係数を持っているため、冷却プロセス中に印刷された部品の寸法が安定し、正しいサイズを維持することです。追加の利点として、この材料は比較的安価であり、固化時に機械的な柔軟性を保持するため、部品が厳密に剛直である必要がないアプリケーションに非常に耐久性があります。この耐久性は、道具や部品を取り出し、終わったら元に戻すことを忘れないことを願いつつ、日常の取り扱いに耐えられる材料が必要な実験室スペースの組織にとって完璧です。

3Dプリント用収納パーツのアイデア

3Dプリンターは、必要なストレージパーツを何でも製造できます。必要なものを想像する力と、そのアイデアをプリンターが理解できる設計ファイルに変換するアプリケーションがあればいいのです。私が提案するストレージソリューションに使用しているパーツを、あなたのラボスペースの整理を改善するための提案として紹介します。3Dプリントされた要素の設計ファイルは、ThingiverseとPrintablesのリソースの両方で利用可能ですので、これらをそのまま使用することも、自分のニーズに合わせて適応させることもできます。設計ファイルを使用する場合は、どのように進んだか、そして設計を改善するための提案があれば教えてください。

収納引き出し

最初の提案は、プロトタイピングプロジェクトで定期的に使用するパーツを収納するのに理想的なコンポーネント引き出しの改善です。電子設計者として、利用可能な引き出しよりも多くのコンポーネントが常に存在することを知っています。したがって、簡単な解決策は、小さなピースを分けて収納スペースを最大限に活用するための役立つラベル付きの3Dプリントされた引き出し仕切りを追加することです。

3Dプリントされた引き出し仕切りやツールボックスの仕切りはオンラインで入手可能ですし、自分で作ることもできます。

ケーブルと器具の整理

次の提案は、定期的に使用する電源ケーブル用のハニカムインスパイアされたケーブルオーガナイザーで、必要なときにアクセスしやすく保管します。この積み重ね可能なケーブルオーガナイザーは、引き出しや棚の隣にきれいに収まり、ケーブルを簡単につかむことができ、同じくらい重要なのは、邪魔にならないように戻すことです。

次の提案は、ベンチトップマルチメーターやオシロスコープを含む各チャンネルのテスト機器用の専用マウントです。これらのマウントは、プローブを偶発的な損傷から守り、使用していないときにテストリードやケーブルを整理して保管することで、簡単にアクセスできるように設計しました。このデザインはまだ作業中で、完璧になる前に改良が必要なので、これらを改善するためのフィードバックを求めています。

バッテリーオーガナイザー

次の提案は、充電式バッテリー用の収納で、モジュラーバッテリーホルダーラックを使用して、充電済みのバッテリーをすぐに使える状態で保管し、使用可能なものと混同して放電されたバッテリーが混ざるのを防ぎます。プロジェクトを続ける前にすべてのバッテリーを再充電する必要があることがわかったときほど悪いことはありません。これは、どれが使用準備ができていて、どれが使えない状態かを見失ったためです。バッテリーを縦に取り付けることで、AAAをAAから簡単に選び出すことができ、効率的な作業には最適です。

テープラック

次の提案は、最もよく使用するテープロール用のハンガーで、必要なときに簡単に取り出せるようにしつつ、邪魔にならないように保管することです。これにより、引き出しや棚がテープロールで散らかる典型的な状況や、テープがなくなったと思って新しいテープを注文した後で、引き出しの奥や他の物の下にそのタイプのテープがたくさん隠れているのを見つけるという状況を防ぎます。

この3Dプリントされたテープホルダーの設計は、Printables

にあります。次に素晴らしい機能があります。ドライバーやワイヤーストリッパー、カッターなど、最も頻繁に使用するツールを手の届くところに保管できる便利なツールホルダーです。また、必要に応じて研究室の作業エリアから離れて作業するために持ち運び可能なTorxおよびHexドライバー用のスイングアウトラックも含まれています。この設計は、探している正しいツールを見つけやすくするために、各ツールピースのサイズとタイプが簡単に分かるように段階的なラックを採用しています。

最後の提案は、必要な時に特定の色やゲージを簡単に見つけられるように、異なる色とゲージを分けて保管するための配線用ストレージです。この3Dプリントされたワイヤースプールラックのオプションは、安価なオンラインマーケットプレイスのスプールパックよりも使いやすく、貴重な作業台や棚のスペースを取りません。ラボ内のワイヤーやケーブルを整理することは、すべてが見つけやすく、使用前に5分間の解きほぐしを必要としない、散らかりのない作業スペースを持つための半分の戦いです。さらに、このデザインは各ワイヤーの端をつかみやすくします。 

3Dプリントされた収納パーツの取り付け

これらの3Dプリントされた収納部品を取り付ける鍵は、私が設計した20mmのアルミニウム押し出しを各部品に取り付けることです。このユニバーサルマウントは、すべてを簡単に取り付けることができます。作業スペースを再編成したり移動したりする必要がある場合、アルミニウム押し出しが設置されていれば、すべての要素を一度に動かすことができます。特別に設計された押し出し用ドリルガイドは、この取り付けを簡単にし、すべてがシームレスに合うことを保証します。経験上、押し出しをボルトで固定することは、コーナープレートやブラケットよりもはるかに頑丈です。

結論

この記事では、3Dプリントを使用してカスタム収納ソリューションを作成することで、研究室のスペースを整理し、必要なものをすぐに見つけられるようにする方法を示しています。これにより、絡まった半完成の配線束や結ばれたケーブルの山を探し回る必要がなくなります。また、使用頻度の低いワークスペースの隅に積み重なるコンポーネントの山の中に既に予備部品があるのを忘れて新しい部品を注文する時間と費用を節約することもできます。全体として、整理することのメリットは、通常の混沌とした作業習慣を続ける衝動をはるかに上回ります。

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