Interaktive molekulare Modellbaugruppe mit 3D-Druck

Der 3D-Druck ist eine zunehmend verfügbare und zugängliche Technologie. Dieses Protokoll kann verwendet werden, um physikalische molekulare Modelle zu drucken und zu montieren, die die dynamischen Qualitäten realer molekularer Systeme beibehalten. Interaktivität mit molekularen Modellen ist in der Regel auf die Anzeige von Konnektivität beschränkt.

Der 3D-Druck kann die Erforschung der Konformation in diesem Zug und der molekularen Bewegung in einer Vielzahl von Maßstäben eröffnen. Es ist schwierig, Bewegung in einem statischen Manuskript zu vermitteln. Daher ist es wertvoll zu sehen, wie Modelle gedruckt, montiert und manipuliert werden können.

Um die Modelldateien für den 3D-Druck vorzubereiten, laden Sie die bereitgestellten zusätzlichen Stereolithographie-Dateien herunter und laden Sie die Dateien auf einen Computer mit einem Slicer-Programm hoch. Importieren Sie eine der carbon_atom_SP3-, Wasserstoffatom- oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsdateien in das Slicer-Programm und wählen Sie das Millimeterformat für die Einheiten aus, wenn die Option verfügbar ist. Klicken Sie im Modellfenster des Hauptfensters auf Importieren und importieren Sie sowohl die Wasserstoffatom-Dual-Boden- als auch die Wasserstoffatom-Dual-Top-Dateien aus dem resultierenden Dateibrowser.

Um das importierte Modell auf die gewünschte Größe zu skalieren, doppelklicken Sie auf das grafische Modell in der Hauptanzeige, um ein Modellbearbeitungsfenster zu öffnen, das die Übersetzung, Drehung und Skalierung des Zielmodells ermöglicht. Um die Modelle zu duplizieren, um ein Modellarray zu generieren, wählen Sie im Menü Bearbeiten die Option Doppelte Modelle aus, und geben Sie die Anzahl der Modellteile in das Dialogfeld ein. Klicken Sie im Modellfenster des Hauptfensters auf Mitte und Anordnen, um die Modelle in der Nähe der Mitte der Buildplattform anzuordnen, und verwenden Sie Hinzufügen aus dem Prozessfenster des Hauptfensters, um die entsprechenden Modellverarbeitungseinstellungen für Zieldrucke festzulegen.

Schneiden Sie dann das Modell in Druckebenen auf, um einen G-Code-Toolpath zu generieren, und klicken Sie im Hauptfenster auf die Schaltfläche Drucken vorbereiten. Um den Drucker für den Modelldruck vorzubereiten, beschichten Sie die Oberfläche des unbeheizten Druckerbettes mit blauem Malerband und verwenden Sie einen Klebestift, um eine dünne Polymerschicht auf das Band aufzutragen. Legen Sie dann ein belüftetes Gehäuse über das Druckerbett, um Luftströme zu minimieren, die das Druckglühen stören können.

Entfernen Sie nach dem Drucken die gedruckten Teile aus dem Druckerbett, und entfernen Sie die Floß- oder Krempenstrukturen von der Basis der Teile, falls sie verwendet werden. Die Basis des Modellteils mit mittlerem bis feinem Schleifpapier gerieben, um alle verbleibenden befestigten Floßfilamente zu entfernen. Und sanddien Sie die Basis der carbon_atom_SP3 Modellteile mit 120 bis 320 Sandpapier, um Oberflächenfehler zu entfernen.

Als nächstes glätten Sie die Oberfläche mit dem 320-Grit-Schleifpapier und polieren Sie die Oberfläche mit einem polierten Tuch auf die gewünschte Oberfläche. Wenn alle Teile poliert sind, legen Sie die Steckerenden der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung und die Wasserstoff-Atom-Modellteile gemäß der gewünschten Bindungstopologie in die Buchsen der carbon_atom_SP3 Modellteile ein. Die Modellteile zusammendrücken, bis ein hörbarer Klick zu hören ist.

Einmal verbunden, sollte sich die einzelne Bindung frei um diese Verbindung drehen, ohne sich zu trennen, und dann die restlichen Druckteile entsprechend der gewünschten molekularen Struktur zusammenbauen, die jede offene Buchse mit einem Wasserstoffatom-Modellteil füllt, um alle carbon_atom_SP3 Modellteile zu sättigen. Für ein ringartiges Cyclohexan stellen Sie den Ring mit einem Carbon-Carbon-Bindungsmodellteil zwischen carbon_atom_SP3 Modellteilen. Hier sind die Teile, die für die Konstruktion eines interaktiven molekularen Modells notwendig sind, dargestellt.

Sechs Kohlenstoffatome, sechs Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen und 12 Wasserstoffatome. Diese einfarbigen Wasserstoffe drucken in etwa 50 bis 60% weniger Zeit aufgrund des Fehlens einer neuen Saugenschildstruktur und fehlender Polymerrückzüge beim Umschalten zwischen aktiven Extrudern. Die montierten Cyclohexanstrukturen sind funktional gleichwertig, auch wenn die Doppelextruderdrucke mäßig raffinierter aussehen.

Die PLA-Modelle sind relativ verfeinert als ABS-Modelle direkt neben dem Drucker. Die Acetonbehandlung führt zu einem glatten und hochglänzenden Finish. Beachten Sie, dass Aceton auch innere Stützstrukturen und Modelle mit Schichtdefekten auflösen kann, was jedoch zu einem Modellkollaps führt.

Die montierten Cyclohexanstrukturen sind alle in der Lage, relevante Konformatoren auf die gleiche Weise zu biegen, zu verzerren und zu übernehmen. Das kleinste dieser Modelle ist am anfälligsten für Druckfehler, so dass diese Größe potenziell zu klein ist und nicht empfohlen wird, ohne die relative Größe der Teile zu optimieren. Obwohl das Drucken langsam ist, sind große Modelle potenziell effektiver für die Kommunikation in Vorlesungseinstellungen.

Da sich die Atome leicht relativ zueinander drehen können, können die Strukturen verzerrt werden, um in verschiedene repräsentative Konformer von Cyclohexan einzurasten. Wie bei molekularen Simulationen ist das Stuhlkonformationsbecken eingeschränkt, wodurch verfügbare Bewegungen begrenzt werden, während Strukturen im Bootsbecken fließend auf eine Vielzahl von Boots- und Drehboot-Konformationen zugreifen können. Die Vorbereitung des Druckerbettes ist wichtig, um eine gut verkonierte erste Schicht zu gewährleisten.

Ohne diese Ebene schlägt der Druck wahrscheinlich fehl. Dieses Protokoll bietet ein Cyclohexanmodell als Beispiel, aber jedes interaktive gesättigte Kohlenwasserstoffmodell kann gedruckt und mit den mitgelieferten Stl-Dateien zusammengesetzt werden.