GGの挑戦

3Dプリンターライフを楽しんでいます

曲げ試験やってみました

 約2か月ぶりの投稿です。最近は、印刷頻度も減り、目新しい成果もなく投稿も控えていました。

 そんな中でも、一つテーマを設けて準備を進め、やっと実践することが出来ました。

そのテーマが「曲げ試験」です。

 「曲げ試験」とは、プラスチック材料の機械的強度を評価する方法の一つで、今回の目的はのフィラメント材質の違いによる印刷物の強度を評価します。

 

試験を行おうと思った理由

  3Dプリンター(Ender-3)での印刷可能材質としてはPLA、PETG、ABS、TPUとなっています。

 何れもエンプラに要求される高強度、高耐久性、耐熱性というには物足らない。やはり、理想はPC(ポリカーボネート)で造形できることです。PCといえば280℃ぐらいで造形するものと思っていたので、Ender-3の最高ノズル温度設定が260℃なのであきらめていました。

 そんな中、Amazon印刷温度235-255℃、しかも約3,000円のPCを謳うフィラメントがあるのを見つけ、怪しいと思いながらも購入してしまいました。

 様々な評価もありましたが、自分が使う上で納得できるものか?高強度が得られるのか?試したくなりました。評価するには色々な方法がありますが、まずは「プラスチックの曲げ試験」を行ってみようと思い立ったわけです。

 

曲げ試験の方法

  本来、「プラスチックの曲げ試験」はJIS K7171に定められた方法で行い、応力-ひずみの関係破壊応力や温度特性なども評価できると思います。工業試験所などへ行けば、ちゃんとした試験機があると思いますが、私の場合、お金も掛けられず、自宅の部屋であるものを使って実験できないかと思案し、次の方法で実験することにしました。

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試験の概要図

JIS K7171に準じられるところは、次のようにしました。

・試験片: 幅10×高さ4×長さ80mmの直方体

・支点間距離:  64mm

・支点及び圧子の先端形状:  半円柱型でR5(mm)

 

試験片(サンプル)の種類と製作

 サンプルは次のフィラメント材料を使用しました。

PLA: TINMORRY 白色

PETG: PepRapper クリア

ABS: PeachClover 黄色

PC: Longsell クリア

 また、造形姿勢として、平らに寝かした状態(横とする)と立てた状態(縦とする)の2種類を作成しました。

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サンプルの出力姿勢

 この意図は横向きと縦向きで下図のように積層時のノズル動作が異なるため、印刷後の強度に影響があるのか否かを調べるためです。

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造形姿勢の違いによるノズルの動作

試験をする上での制約

 サンプルの条件設定は出来たのですが、問題は荷重をどのように掛けるか?

試験機の様に圧子の移動速度(試験速度)を設定できることもできず、単に荷重(重り)を順次変えながら圧子に加え、たわみ量をさし目で計るという何ともアバウトな方法しか思いつきません。

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実際の試験状態(支持台と圧子は先にプリンターで作成)

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試験の様子(荷重は近くにあったペットボトルで)

 結局、何とも原始的な方法ですが、身近にあるものを使ったらこうなってしまいました。
 とりあえず、このようにサンプル、重りを取り換えてサンプル中央部のたわみ量を物差しで測りました。 

試験結果と評価

 試験結果を下のグラフに示します。横方向と縦方向それぞれのサンプルで加えた荷重(kg)とサンプル中央底面のたわみ量(mm)の関係で表しています。

 本来であれば、応力-ひずみ量の関係図で示すものですが、簡易的な試験で破壊応力までも荷重を掛けられなかったこともあり、今回は傾向を評価することにしました。

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サンプル横向き印刷の場合のグラフ

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サンプル縦向き印刷の場合のグラフ


上図の結果グラフから次のような傾向があるものと判断されます。

1.曲げの強度として、次のような傾向がある。

  PLA>ABS≒PC>PETG

2.積層方向では、横向きより縦向きの方がやや強度がある

まとめ

 結果的には、何となく予想された通りの結果かな思います。PCにもっと期待したのですが、ABSと同等レベルでもっと強度が欲しかった。本物のPCではありませんが、耐候性や耐熱性が優れているのであれば応用できる用途もあると思います。また気が向いたらこの辺の試験もやってみようと思います。

 

格安エンクロージャーを自作しました

 こんにちは。相変わらず3Dプリンターと共に過ごす日々を送っています。孫達への名前入りキーホルダープレゼントや細々した改造(実はあまり効果がなかったので記載できませんが・・・)等々試行錯誤の挑戦を続けています。

 そしてこの度、簡単なエンクロージャーを自作しましたので紹介します。

エンクロージャーって?

 格安3Dプリンターのほとんどは、簡単なオープンフレーム構造になっています。(私のEnder-3もそうです)作業性や改造等の自由度は大きいのですが、室温の影響を受け易いという大きな欠点があります。ABS樹脂など収縮率が大きい樹脂の場合、成形中にヒートベッドから剥がれてしまうトラブルが発生し易くなります。

 そこで効果的な対策として、3Dプリンターを保温BOXに入れて、室温の影響を受け難い環境で造形できるようにするものです。エンクロージャー(囲い)とはこの保温BOXのことで、ネットでも多くの製品が販売されています。

格安のエンクロージャーを作るために

 格安3Dプリンターに高価なエンクロージャーを購入したんでは、本末転倒で私の改 造思想(格安改造)に反すると・・。(Amazonでは、最安で5千円程度で販売されているものもありますが、もっと安くしたい。)

 と言うことで、次の要件を満たす構造として検討しました。

1.格安であること。

2.作業性が良いこと。

3.運転中も内部の状況が見やすいこと。

4.エンクロージャーの着脱が容易であること。

5.安全な構造であること。

そして本来必要な基本機能として「保温性が良いこと。」なのですが、ここは「格安」を優先し、まず作ってみることにしました。

製作材料

 製作に使用した主な材料は以下の通りです。

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園芸用支柱

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園芸用支柱内容物

 園芸用の支柱をフレーム材料として使用します。Φ6.6x1100mmが4本、Φ6.6x600mmが4本の鉄製チューブに樹脂を被覆したものが入ってます。これで丁度全てのフレームを製作できます。
 直方体フレーム構造にするため、各隅に取り付けるコーナージョイントを印刷します。

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コーナージョイント(8個)

  エンクロージャー全体を囲うために、少しでも安全を考慮して、難燃シート(1.8mx1.8m)を購入しました。

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難燃シート

また、前面のカバー用に、半透明のクリアホルダーA3判(ダイソー)を使います。ポリプロピレン製なので耐熱性もそこそこあります。

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クリアホルダーA3判

その他にも、小物として樹脂パイプやダブルクリップ、マグネットバー、接着剤、ガムテープなどを使って作ります。

 

購入品一覧(価格は税込み)

・園芸用支柱:組み立て式トレリス(ダイソー)---220円

・難燃シート(1.8mx1.8m)(Amazon)ーーー666円

・クリアホルダーA3判(ダイソー)---110円

・ABS樹脂パイプ(Φ9xΦ7)(近所のホームセンター)---206円

・マグネットバー30cm2本入り(ダイソー)---110円

その他小物は自宅にあったものを使ってます。

よって、出費は1,312円

組み立て

フレームを組み合わせると、

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エンクロージャーフレーム

実際の装置に設置します。

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エンクロージャーフレーム設置状態

手前フレームの上辺部分には、予めΦ9xΦ7の樹脂パイプを通しておきます。これは丁番の役目で、手前にカバーを付けるときの開閉用に使います。

 次に難燃シートで作ったカバーを掛けます。

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カバーを掛け前面カバーを開けた状態

カバーはダブルクリップで手前4か所固定します。フィラメントを外側から入れるための切込みも入れています。

クリアホルダーで作った前面カバーは上部の樹脂パイプに固定します。これにより、開放時は上部にはね上げておき、運転時は手前に垂らすようにしました。

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エンクロージャー前カバー運転時

カバーがバタバタしないように下部にマグネットバーを付けました。

外観は不細工ですが、これで一応完成です。広い間口で作業性も問題なし!

保温効果の評価方法と結果

 一応完成したので、保温効果を評価することにしました。さて、効果をどのように評価するか?BOX内部温度といっても各部位で全く違うし、実際の造形状態といってもアバウト過ぎる。

 評価基準って在るのか無いのか分かりませんが、とりあえず私なりに次の評価方法を設定しました。前提として、このエンクロージャーは温度調節機能がなく、外気の流出流入を抑える構造のものとして評価する必要があります。造形時に積層中の造形物が外気の影響を受けることに注目して、温度測定場所を次の位置に設定しました。

・X軸:+100mm

・Y軸:+100mm

・Z軸:+100mm

これは造形範囲のほぼ中央となります。

Ender-3では、「Auto Home」実行の後に、「Move Axis」で各軸を上記の位置に移動します。

そして、まず、通常状態としてエンクロージャーを取り外した状態にしておきます。

 次に温度設定ですが、「Temparature」で「Bed: 0」を100℃に設定します。

Nozzle:は0℃のまま)この状態で通常表示状態に戻り、Nozzle温度の現在値に注目します。30分程放置すればほぼ安定状態になり温度値を読み取ります。

 次に、エンクロージャーを設置した状態で、同様の温度測定をします。結果は、

・室温(ベッド加温前のノズル温度値):21℃

・エンクロージャー無しでベッド加温 :25℃

・エンクロージャー設置でベッド加温 :37℃

単純にエンクロージャー有無で12℃の温度上昇効果があったことになります。

まとめ

 以前の改造記事で、作業性向上を目的として配置変更を行いました。制御系パーツ(電源BOX、コントロールBOX、操作パネル)を装置の左側アルミフレーム外に配置したことで、制御系パーツを加温することなくエンクロージャー化する構想を持っていました。今回これを実現したことにもなります。

 今回の結果が、実際の造形でどの程度の効果があるのかは分かりませんが、今後時間を掛けて確認していくことにします。本当なら冬場のほうが室温も低く効果が出やすいと思います。

 改善点としては、保温効果を上げるために、隙間をこまめに塞ぐ処理とか、ペラペラのカバーを改善するとかありますが、とりあえず当初の目標はクリアできたのでいいかと思っています。

 

 

 

 

 

 

 

 

 




 

 

ブログ公開します

ご挨拶

 初めまして。私は67歳男、ブログなんて全く縁も興味もなかったのに、この度初めてブログを開設することを決めました。きっかけは、

 今年2月、youtubeの紹介動画で3Dプリンターが格安でも結構性能が良くなっていることを知り、一念発起し購入する決断をしました。

そしてそれ以降というもの、その面白さにどっぷりとはまってしまい、毎日が新しい発見・興奮の日々を送っています。ただ、身近な知人に使っている人もなく、ネット情報を頼りに何とか使いこなそうと孤軍奮闘を続けています。

 全く自己流の改造や対処法など手探りで模索しながら取り組んできました。果たして自分が行っていることが、正しいことなのか否か、諸先輩方のご意見を頂くことも必要ではないかと思い、この度、ブログの公開を決断しました。

 私が購入した3Dプリンターは、Creality Ender-3Xです。2万円台と格安で世界で最も普及しているものということで、ネット情報がたくさんあることから決めました。

 よって私が改造する上でも、「格安で効果が大きい」ことをコンセプトに、3Dプリンターライフを楽しもうと決めました。今だからわかりますが、今買うなら、プラス5千~1万円出してでもEnder-3 V2だなと思います。でも、この旧機種でもこれはこれで勉強材料としては十分に楽しませて頂いているし、手を掛けると素直に答えてくれます。

まだまだ、やりたいことも残っていますので、しばらくは付き合えそうです。

 過去記事(とはいっても、先月からですが・・)も参照して頂けたら幸いです。

  私のこのブログは3Dプリンター関係(特にEnder-3)に特化していますが、出来る限り更新を続けられればと思っています。温かいコメントなど頂ければ幸いです。

 

 

 

筐体フレームの直角度・平行度を測定

筐体構造ってどうなんだろう?

 ネット上の他の方の評価などを見ると、3DプリンターEnder-3の筐体の問題としてZ軸フレームの直角度やX軸のフレームを上下に駆動するZ軸駆動に関しての不安定さが問題視され、デュアルZ軸のアップグレードキットも多く販売されています。

 前回の記事では、Ender-3を使っている中で作業性の不満があった点を解消する変更を行っていましたが、筐体構造がスッキリと見やすい状態になったので、筐体フレームの直角度や各フレームの平行度がどうなっているのか測定してみることにしました。

 

測定の実施と結果

 筐体フレームの直角度と平行度をどのように何処を計れば良いのか?

家にあるのがL型曲尺とノギスのみ。これだけですが、2次ゲージを作成したりして、とりあえず下図のような測定結果を得ました。

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筐体フレームの直角・平行度測定

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正面図(5/7追記)

 上記の結果で、Z軸フレームの後側への傾きは確かにありましたが、フィラメントスプール(約1kg)を上に乗せた状態でも変化がなかったので、調整しませんでした。土台の4040フレームのH型に組まれた構造の平面度(ねじれ具合い)は計ることは出来ていませんが、直角度はほぼぴったりでした。ただ、ヒートベッドを駆動するY軸のフレームが前後で2mm程の差があり、さすがにこれはY軸フレームを取り付け再調整しました。

(5/7追記)正面図にて、Z軸フレームの横方向への傾きはありません。X軸フレームは右側が下がり傾向になっていますが、詳細の計測は出来ず目視表現です。デュアルZ軸へのアップグレードで改善されると思いますが、とりあえずこのまま使っていきます。

測定結果について 家庭用格安3Dプリンターとしては、この程度の差は甘受するしかないのでしょう。

(ただ、Y軸フレームの組付けはもう少し気を付けてほしかった。)

Ender-3は、初心者向けのDIY機として評価の高い3Dプリンターですが、本当に勉強になりますし、とにかく手を入れ易く私として非常に気に入っています。

今日の製作品

 前回記事の配置変更を行ったことにより、右側手前の操作パネルがあった場所に空きが出来たので、ここにEnder-3付属工具類のツールホルダーを作ることにしました。

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ツールホルダー(自作)

 

この場所はメンテナンスする時に一番便利な場所で作業性が格段に向上しました。(自己満足ですが・・)ところで、製作後に思ったのですが、私の場合スクレーパーを使うことがほぼ皆無なので不要でした。

 更に、フィラメントスプールをフレームの上に置いていましたが、Z軸への安定性も考慮して下に置くことにしました。よって、下置き用のスタンド台も作っています。

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現在の配置状態

まとめ

 Ender-3は自分の使い易いようにアレンジし易く、色々な改良・改造の意欲を駆り立ててくれます。これからも、当分は楽しめそう。

 私のコンセプトとして、とにかく出費を極力控えて満足な改良結果を得るかということに精力を注いでいきたいと思います。なのでアップグレードキット類を購入することはせずに、格安で身近にあるもので改造、改良を行っていく方法を今後も見つけていきたいと思っています。

 

 

 

 

 

 

3Dプリンター(Ender-3)の不満を少し解消しました

Ender-3作業性の不満

 Ender-3を使われている多く方が次のような操作性の不満を感じていると思います。

microSDカードを挿入し辛い

・ベッドのレベリング調整ノブを回し辛い

更に感じることは、

・Y軸のレールやローラを清掃し辛い

・ベッド下の奥が配線などで清掃し辛い

・レベリング作業などで、Y軸を手動で動かす時に強化ガラスを止めているクリップを持つと、滑って外れそうになる。

これらのことを簡単に格安で解消する方法はないものかと思案し、遂に思い切って以下の変更を実行しました。

設置スペースをやや広くする必要あり

 次の改善変更を行うと、装置本体(Ender-3)左側に約150mm程度の空きスペースが必要です。

主な購入品

 近くのホームセンター、ダイソーで次のもの購入しました。(税込み価格)

・ゴムシート(100x100xt20mm) ---272円

・ゴムシート(100x100xt5mm)  ---107円

・シリコンゴム製鍋敷き     ---110円

これだけです。

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ゴムシート

製作品

 製作としては、ゴムシートをカッターナイフでカットしますが、t20mmゴムシートの幅40mmを4個、t5mmのゴムシートを▢40mmを1個そして、鍋敷き(シリコンゴム)10x30mm程度を2個作成します。

 また、操作パネルの台座を予め造形しておきます。自作ですが、単独で置けて安定した構造にしました。底面は小さなゴム足を張り付けています。

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変更後の状態

 まず、写真をご覧ください。

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変更後の外観

変更内容は次の通りです。
・コントロール基板のBOXを180度左側へ移動しました。

・電源BOXは取り外して、単独で置いてます。

・操作パネルも単独で置いています。

・配線引き回しは、各軸動作範囲にてストレスなく追従できるように、結束バンドで留め直しています。

・コントロール基板のファン噴き出し口が下向きで接地面に当たる対処として、装置全体を20mmのゴム板でかさ上げしました。

・元々操作パネルを固定していたアルミフレームの断面が丸見えになるので、t5mm厚のゴムシートを接着しました。

・コントロール基板BOXのパンチング穴が上面に出てしまうので、とりあえず簡単なカバーを付けました。(仮でちょっと不細工ですが・・)

なお、各ケーブルについては、元の長さのままで一切加工を加えていません。

(Y軸のリミットスイッチ用ケーブルがギリギリでしたが・・)

更に、強化ガラス固定用のクリップ安定化ですが、クリップの裏面に当たる所にシリコンゴムシートを挟みます。(矢印箇所)

この処理により、ヒータ面への傷防止効果もあり、一石二鳥です。

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ヒートベッドの手前底面

変更後の感想

 非常に旨く変更できたと思います。とにかく、ベッド下の作業(上記不満点参照)が格段にやり易くなりました!手が余裕でベッド下に入ります。

 microSDカードの抜き差しもやり易くなります。

制御系(電源、コントロール基板、操作パネル)と駆動系(メカ部品)が左右に分離でき、全体構成がスッキリと分り易く、トラブル時の原因発見にも有効と思います。

 また、強化ガラスクリップ部のちょっとした改善で、レベリング作業時や清掃時などその効果を実感できます。 

 

まとめ

 今回の変更は私として非常に気に入っています。今後はこの状態で造形を続けていき、また異変等あれば更新します。

精度について(軸と穴)

家庭用3Dプリンターにどれだけの精度を求める?

 3Dプリンターで機械系の部品を印刷する場合、一番気になるのが「どれぐらいの精度があるの?」だと思います。実際、私も穴部品に軸部品を通すという場合があり、何度も作った後穴径をやすりでガリガリと削ったりしていました。

 25,000円程度で購入した格安3Dプリンターなので高い精度を求めるのは酷ですが、実態を把握することで、設計時に誤差を考慮した寸法設定ができるのではないかと思い、穴と軸の通り具合いを調べてみました。今回は、簡単なサンプルピースを標準印刷設定で作り寸法測定、軸穴の通り具合いを確認しました。

サンプル作り

 サンプルは、私が使い易い軸径(Φ10)に絞り、次のような設定の部品(全6種類)にしました。

・穴径:10.0、10.1、10.2

・軸径:10.0、  9.9、  9.8

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サンプルピース

印刷設定(Curaでの設定)

・材料:PLAフィラメント(白色)

・ノズル径:Φ0.4mm
・プロファイル:Standard Quality(積層ピッチ0.2mm)
 以下defultからの変更箇所
・壁の厚さ:1.6mm
・上部底面の厚さ:1.6mm
・印刷温度:210℃
・ビルドプレート温度:70℃
・サポート開始:無し
・ビルドプレート接着タイプ:ブリム
・ブリム幅:4mm

印刷後の状態

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寸法測定と軸穴の通り具合い比較

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結果から大まかな傾向としては、

・軸径も穴径も設定値に比べ、約0.1mm小さ目になった。

・軸の穴への通り具合いの感触としては、0.2mmの差で設定するのが良好だった。

 

 サンプルを横向きに出力したらどうなるか?

 上記と同一のサンプルを横に倒した状態で印刷したら軸と穴の通り具合いはどうなるのか・・。サンプルのような円柱形状を横に倒して印刷するとサポートの影響を受けたり、積層ピッチなども影響が大きいのでは、という印象を持ちます。なので、ほとんどの場合は立てた状態での印刷設定をすると思います。

 ただ、パイプのエルボや3方向ジョント部品のように、横向きに穴や軸を印刷する必要もあります。私の場合、Φ10程度の軸径・穴径を想定しているため、とりあえず横向き印刷を行ってみました。

 印刷条件は、上記印刷設定に次の変更を加えています。

・サポート開始:あり
・サポート配置:ビルドブレードにタッチ(穴はサポート無し)

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出来上がった結果では、

外形寸法は、サポートの影響を受けて歪やバリが発生し評価するに至りませんでした。

ただ、穴径については縦向きで印刷した穴径サンプル部品と遜色ない寸法で、軸径と0.2mmの差で適度の通り具合いとなりました。

 よって、Φ10程度の横穴ならば、サポートは不要と判断できます。

 

まとめ

印刷設定では、軸穴の径をΦ10に設定していること、材質はPLAとし標準の品質で出力するものとしています。自分の用途範囲での簡単なテストとなりましたが、今後もこのプリンターと付き合うための色々なチャレンジを行っていきたいと思います。

 

 

 

フィラメント乾燥BOXを作りました

フィラメントの吸湿性

 私はまだフィラメントの吸湿に関わるトラブルには遭遇していませんが、吸湿により印刷時に「プチプチ」音がしたり、印刷物の品質が低下したりというトラブル記事をよく見かけます。

 要はフィラメントを長期間出したままにせず、乾燥BOXに入れる必要があるそうです。ということで、極力費用を掛けずに作ってみました。

 

製作材料

 まずケースですが、使わずに保管していた衣装ケースが家にありました。スプールが結構入りそう。ただ、気密性ということでは蓋との間にかなりの隙間があるので、ここの処理が必要です。ということで、Amazonで以下のものを購入しました。

乾燥剤なんでも除湿シリカゲル 1kg (878円)

防湿テープTRUSCO 気密防水パッキンテープ ブラック 10mm×2m TWST1010 (200円)

・温湿度計dretec(ドリテック) 温湿度計 温度 湿度 デジタル O-257WT(ホワイト) (604円) 

 

製作・完成状態

 製作といっても、蓋の溝部分に気密テープを貼るだけなので、10~15分でできてしまいます。温湿度計は、ケース内側に外から見えるようにテープで貼るだけ。シリカゲルは半分ほど(約500g)をキッチンのシンク用のゴミ取りネットに入れて輪ゴムで縛るだけ。

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乾燥BOX完成状態

結果、部屋の湿度50%台が乾燥BOX内20%台に一気に下がりました。強力すぎるので、今はシリカゲルをインスタントコーヒーの空き瓶で蓋なし状態にしています。

 さて、この状態でどれだけ乾燥能力が維持できるのか、様子を見ていきます。

 

今日の製作品

 LEDライトホルダー

 15mm✖15mm✖30cmのLEDライトを持っていたので、これを邪魔にならないところに取り付けようと、ライトホルダーを製作しました。ライトの脱着もし易く非常に使い勝手がいいです。

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ライトホルダー製作