Name: design of an open-source, low-cost bioink and food melt extrusion 3d printer
Uploaded: 2020-03-02T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design of an Open-Source, Low-Cost Bioink and Food Melt Extrusion 3D Printer at JoVE.com

Dit onderzoek heeft geen specifieke subsidies ontvangen van financieringsinstellingen in de sectoren openbare, commerciële of niet-winstoogmerk. Speciale dank aan Florian Schmittner, Sandro Gorka, Gurinder Singh, Vincent Tran en Dominik Vu voor hun bijdrage aan een eerder prototype van het ontwerp.

LET OP: Er bestaat een risico op brandwonden veroorzaakt door hete soldeerstrijkijzers en verwarmingspatronen. De verwarmingspatroon mag nooit worden aangedreven wanneer deze niet in het verwarmingsjack is bevestigd. Er bestaat ook een risico op knijpen of snijwonden van de bewegende 3D-printeras.
1. Overzicht en voorbereiding
OPMERKING: Figuur 1A toont een door de computer gegenereerde weergave van de printer en <strong ...

<ol>
	<li>Brettel, M., Friederichsen, N., Keller, M., Rosenberg, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+Virtualization,+Decentralization+and+Network+Building+Change+the+Manufacturing+Landscape:+An+Industry+4.0+Perspective.">How Virtualization, Decentralization and Network Building Change the Manufacturing Landscape: An Industry 4.0 Perspective.</a> World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Information and Communication Engineering. 8 (1), (2014).</li><li>Gilchrist, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Introducing+Industry+4.0.">Introducing Industry 4.0.</a> Industry 4.0. , 195-215 (2016).</li><li>Petrick, I. J., Simpson, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Printing+Disrupts+Manufacturing:+How+Economies+of+One+Create+New+Rules+of+Competition.">3D Printing Disrupts Manufacturing: How Economies of One Create New Rules of Competition.</a> Research-Technology Management. 56 (6), 12-16 (2013).</li><li>Wong, K., Hernandez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+of+Additive+Manufacturing.">A Review of Additive Manufacturing.</a> ISRN Mechanical Engineering. 10, (2012).</li><li>Lanaro, M., Desselle, M. R., Woodruff, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Printing+Chocolate:+Properties+of+Formulations+for+Extrusion,+Sintering,+Binding+and+Ink+Jetting.">3D Printing Chocolate: Properties of Formulations for Extrusion, Sintering, Binding and Ink Jetting.</a> Fundamentals of 3D Food printing and Applications. , (2018).</li><li>Godoi, F. C., Prakash, S., Bhandari, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3d+printing+technologies+applied+for+food+design:+Status+and+prospects.">3d printing technologies applied for food design: Status and prospects.</a> Journal of Food Engineering. 179, 44-54 (2016).</li><li>Stansbury, J. W., Idacavage, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+with+polymers:+Challenges+among+expanding+options+and+opportunities.">3D printing with polymers: Challenges among expanding options and opportunities.</a> Dental Materials. 32 (1), 54-64 (2016).</li><li>Zhu, W., Ma, X., Gou, M., Mei, D., Zhang, K., Chen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+functional+biomaterials+for+tissue+engineering.">3D printing of functional biomaterials for tissue engineering.</a> Current Opinion in Biotechnology. 40, 103-112 (2016).</li><li>Lanaro, M., Booth, L., Powell, S. K., Woodruff, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrofluidodynamic+technologies+for+biomaterials+and+medical+devices:+melt+electrospinning.">Electrofluidodynamic technologies for biomaterials and medical devices: melt electrospinning.</a> Electrofluidodynamic Technologies (EFDTs) for Biomaterials and Medical Devices. , 37-69 (2018).</li><li>Malone, E., Lipson, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fab@Home:+the+personal+desktop+fabricator+kit+Article+information.">Fab@Home: the personal desktop fabricator kit Article information.</a> Rapid Prototyping Journal. 13 (4), 245-255 (2007).</li><li>Vilbrandt, T., Malone, E., Lipson, H., Pasko, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universal+Desktop+Fabrication.">Universal Desktop Fabrication.</a> Heterogeneous Objects Modelling and Applications. , 259-284 (2008).</li><li>Jones, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RepRap-the+replicating+rapid+prototyper.">RepRap-the replicating rapid prototyper.</a> Robotica. 29, 177-191 (2011).</li><li>Lanaro, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+complex+chocolate+objects:+Platform+design,+optimization+and+evaluation.">3D printing complex chocolate objects: Platform design, optimization and evaluation.</a> Journal of Food Engineering. , (2017).</li><li>Wu, W., DeConinck, A., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Omnidirectional+Printing+of+3D+Microvascular+Networks.">Omnidirectional Printing of 3D Microvascular Networks.</a> Advanced Materials. 23 (24), H178-H183 (2011).</li><li>Paxton, N., Smolan, W., B&#246;ck, T., Melchels, F., Groll, J., Jungst, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proposal+to+assess+printability+of+bioinks+for+extrusion-based+bioprinting+and+evaluation+of+rheological+properties+governing+bioprintability.">Proposal to assess printability of bioinks for extrusion-based bioprinting and evaluation of rheological properties governing bioprintability.</a> Biofabrication. 9 (4), 044107 (2017).</li></ol>

Dit protocol bevat gedetailleerde instructies voor het bouwen van een goedkope smeltextrusie-gebaseerde 3D-printer. De constructie van de 3D-printer kan worden opgesplitst in ondersecties, waaronder frame, y-as/bed, x-as, extruder, elektronica en software. Deze onderafdelingen worden gepresenteerd met gedetailleerde diagrammen, tekeningen, bestanden en onderdelenlijsten. De totale prijs van een ADDME 3D-printer komt op $ 343 AUD ($ 245 USD vanaf 01/17/2019), waardoor dit de goedkoopste, reservoir-gebaseerde smeltextrusie...

Additive manufacturing is een krachtige productietechnologie die het potentieel heeft om aanzienlijke waarde te bieden aan het industriële landschap1,2. De aantrekkelijke kenmerken van additieve productie omvatten geen gereedschapskosten, hoge niveaus van aanpassing, complexe geometrieën en verminderde belemmeringen voor toegangskosten. Geen retooling kosten zorgen voor de snelle productie van prototypes, die wenselijk is bij het proberen om "time-to-market" te verminderen, dat is een kritisch doel van industrieën in ontwikkelde landen proberen concurrerend te blijven tegen lage lonen concurrenten1. Hoge niveaus van maatwerk zorgen voor een breed scala van producten worden vervaardigd met complexe geometrieën. Wanneer deze factoren worden gecombineerd met de lage kosten voor de opzet, materialen en de specialisatie van de operator, is er een duidelijke waarde van additieve productietechnologieën3.
Additive manufacturing, ook wel 3D-printen genoemd, omvat laag-voor-laag fabricage van een object in een computer numeriek gestuurd (CNC) systeem3. In tegenstelling tot traditionele CNC-processen zoals frezen, waarbij materiaal laag voor laag uit een plaat of blok materiaal wordt verwijderd, voegt een 3D-printsysteem materiaal laag voor laag toe aan de gewenste structuur.
3D-printen kan worden vergemakkelijkt door middel van een reeks methoden, waaronder laser, flitser, extrusie, of jetting technologieën4. De gebruikte specifieke technologie bepaalt de vorm van de grondstof (d.w.z. poeder of smelt), evenals de rheologische en thermische eigenschappen die nodig zijn voor de verwerkingvan 5. De op extrusie gebaseerde 3D-printmarkt wordt gedomineerd door filamentgebaseerde systemen, wat te wijten is aan filamenten die gemakkelijk te hanteren, te verwerken zijn en continu grote hoeveelheden materiaal aan de extrusiekop te leveren. Dit proces wordt echter beperkt door het type materiaal dat kan worden gevormd tot filamenten (voornamelijk thermoplasten). De meeste materialen bestaan niet in filamentvorm, en het gebrek aan moderne goedkope platforms in de markt vormt een opmerkelijke kloof.
Dit protocol toont de constructie van een uitreservoirgebaseerd extrusiesysteem waarmee materialen in een spuit kunnen worden opgeslagen en geëxtrudeerd door een naald. Dit systeem is bij uitstek geschikt voor de productie van een breed scala aan materialen, waaronder voedingsmiddelen6,polymeren7, en biomaterialen8,9. Bovendien zijn extrusietechnieken op basis van reservoirs doorgaans minder gevaarlijk, goedkoper en gemakkelijker te bedienen dan andere 3D-printmethoden.
Er is een groeiend aantal door de universiteit geleide teams die open-source 3D-printsystemen ontwerpen en vrijgeven aan het publiek. Beginnend met de Fab@Home op extrusie gebaseerde printer in 200710,11, streefden de onderzoekers ernaar om een eenvoudig en goedkoop platform te creëren om snelle uitbreiding in 3D druktechnologie en toepassingen te drijven. Later in 2011, de RepRap project gericht op een filament-based 3D-printplatform ontworpen met onderdelen gemaakt door 3D-printen te creëren, met als doel om een zelfreplicerende machine te creëren12. De kosten van 3D-printers is gedaald door de jaren heen, van $ 2300 USD voor een Fab@Home (2006), $ 573 USD voor een RepRap v1 (2005), en $ 400 USD voor v2 (2011).
In vorig werk hebben we aangetoond hoe een off-the-self 3D-printsysteem kan worden gecombineerd met een op een aangepast uitreservoir gebaseerd extrusiesysteem om complexe 3D-objecten uit chocolade te maken13. Verder ontwerponderzoek heeft aangetoond dat aanzienlijke kostenbesparingen kunnen worden gerealiseerd in vergelijking met dit prototypeontwerp.
Het doel van dit protocol is om instructies te geven voor de bouw van een low-cost reservoir-gebaseerde smelt extrusie 3D-printer. Hier gepresenteerd zijn gedetailleerde diagrammen, tekeningen, bestanden en componentlijsten om de bouw en werking van een 3D-printer met succes mogelijk te maken. Alle componenten worden gehost op het open-source (creative commons noncommercial) platform <a href="https://www.thingiverse.com/Addme/collections" target="_blank">https://www.thingiverse.com/Addme/collections</a>, waarmee gebruikers naar wens extra functies kunnen wijzigen of toevoegen. Viskeuze crème, chocolade en Pluronic F-127 (een model voor bioinks) worden gebruikt om de prestaties van ADDME te evalueren en de toepassing van de ADDME 3D-printer aan te tonen op de biomedische en voedselprintindustrie.
Voor dit protocol is een lasersnijder nodig die acryl kan snijden en een desktop 3D-printer die PLA- of ABS-filamenten kan afdrukken. Een bewerkte verwarmingsjas en verwarmingspatroon of siliconenkachel kan worden gebruikt om het materiaal te verwarmen, afhankelijk van tot welke apparatuur de bediener toegang heeft. Alle CAD-bestanden zijn te vinden op <a href="https://www.thingiverse.com/Addme/designs" target="_blank">https://www.thingiverse.com/Addme/designs</a>. Voor firmware en software om de 3D-printer te bedienen, <a href="http://marlinfw.org/meta/download/" target="_blank">http://marlinfw.org/meta/download/</a> en <a href="https://www.repetier.com/" target="_blank">https://www.repetier.com/</a> worden verstrekt middelen, respectievelijk. Zie <a href="https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4" target="_blank">https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4</a>voor gedetailleerde instructies over het bedieningsbord.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>15 W 12V DC 50x100mm Flexible Silicon Heater</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>1280175</td>
			<td>Optional; AU$4.46</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>Lulzbot</td>
			<td></td>
			<td><a href="https://download.lulzbot.com/TAZ/6.02/documentation/manual/9780989378482_interior_r6.02.pdf" target="_blank">https://download.lulzbot.com/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>Ultimaker</td>
			<td>Ultimaker 2+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AC 100-240V to DC 12V 5A 60W Power Supply</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>994870</td>
			<td>AU$12.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic Sheet White Continuous Cast 1200x600mm</td>
			<td>Mulford Plastics</td>
			<td></td>
			<td>AU$36.95</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allen Keys</td>
			<td>Metric</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino MEGA2560 R3 with RAMPS 1.4 Controller</td>
			<td>Geekcreit</td>
			<td>984594</td>
			<td>AU$28.91</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon Steel Linear Shaft 8mm x 350mm</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>1119330</td>
			<td>AU$13.44</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon Steel linear Shaft 8mm x 500mm</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>1276011</td>
			<td>AU$19.42</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chocolate</td>
			<td>Cadbury</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer with internet access</td>
			<td>Dell</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coupler 5-8mm</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>1070710</td>
			<td>AU$6.93</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand Cream</td>
			<td>Nivea</td>
			<td>80102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Cartridge</td>
			<td>Creality 3D</td>
			<td>1192704</td>
			<td>AU$4.75</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K Type Temperature Sensor Thermocouple</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>1212169</td>
			<td>AU$2.37</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Cutter</td>
			<td>trotec</td>
			<td>Speedy 300</td>
			<td><a href="https://www.troteclaser.com/fileadmin/content/images/Contact_Support/Manuals/8047-speedy-400-redesign-manual-EN.pdf" target="_blank">https://www.troteclaser.com/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M10 1mm Pitch Thread Metal Hex Nut + Washer</td>
			<td>UXCELL</td>
			<td></td>
			<td>AU$8.84</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M10 1mm Pitch Zinc Plated Pipe 400mm Length</td>
			<td>UXCELL</td>
			<td></td>
			<td>AU$11.62</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M2 - 0.4mm Internal Thread Brass Inserts</td>
			<td>Ebay</td>
			<td></td>
			<td>AU$5.65</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M2 Nuts</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1239291</td>
			<td>AU$9.17</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M2 x 10 mm Button Hex Screws</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1239291</td>
			<td>AU$9.17</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M2 x 5mm Button Hex Screws</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1239291</td>
			<td>AU$9.17</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 - 0.5mm Internal Thread Brass Inserts</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1262071</td>
			<td>AU$7.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 Nuts</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1109208</td>
			<td>AU$7.85</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 Washer</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>1064061</td>
			<td>AU$3.05</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 x 10mm Button Hex Screws</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1109208</td>
			<td>AU$7.85</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 x 20mm Button Hex Screws</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1109208</td>
			<td>AU$7.85</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 x 6mm Button Hex Screws</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1109208</td>
			<td>AU$7.85</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 x 8mm Button Hex Screws</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1109208</td>
			<td>AU$7.85</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M4 x 8mm Button Hex Screws</td>
			<td>Suleve</td>
			<td>1273210</td>
			<td>AU$4.32</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle Luer Lock 18 - 27 Gauge</td>
			<td>Terumo</td>
			<td>TGA ARTG ID: 130227</td>
			<td>AU$3.57</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEMA 17 Stepper Motor</td>
			<td>Casun</td>
			<td>42SHD0001-24B</td>
			<td>AU$54</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEMA Stepper Motor Mounting Bracket</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>ptNema17br90</td>
			<td>AU$4.79</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pillow Block Flange Bearing 8mm</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>KFL08</td>
			<td>AU$5.04</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLA Filament</td>
			<td>Creality 3D</td>
			<td>1290153</td>
			<td>AU$24.95</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluronic F127</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P2443-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SC8UU 8mm Linear Motion Ball Bearing</td>
			<td>Toolcool</td>
			<td>935967</td>
			<td>AU$21.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SG-5GL Micro Limit Switch</td>
			<td>Omron</td>
			<td>1225333</td>
			<td>AU$4.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soldering Station</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Solder, Wires, Heat shrink e.c.t.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spring</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>995375</td>
			<td>AU$2.53</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe 3ml Luer Lock Polypropylene</td>
			<td>Brauhn</td>
			<td>9202618N</td>
			<td>AU$3.14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Timing Pulley GT2 20 Teeth and Belt Set</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>10811303</td>
			<td>AU$11.48</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trapezoidal Lead Screw and Nut 8mm x 400mm</td>
			<td>Banggood</td>
			<td>1095315</td>
			<td>AU$29.02</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable Spanner</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design of an open-source, low-cost bioink and food melt extrusion 3d printer

Driedimensionaal (3D) printen is een steeds populairder wordende productietechniek waarmee zeer complexe objecten kunnen worden vervaardigd zonder retoolingkosten. Deze toenemende populariteit wordt deels gedreven door dalende toetredingsdrempels zoals systeemopstelkosten en bedieningsgemak. Het volgende protocol presenteert het ontwerp en de constructie van een Additive Manufacturing Melt Extrusie (ADDME) 3D printer voor de fabricage van aangepaste onderdelen en componenten. ADDME is ontworpen met een combinatie van 3D-geprinte, lasergesneden en online geproduceerde componenten. Het protocol is gerangschikt in gemakkelijk te volgen secties, met gedetailleerde diagrammen en onderdelen lijsten onder de koppen van framing, y-as en bed, x-as, extrusie, elektronica en software. De prestaties van ADDME worden geëvalueerd door extrusietesten en 3D-printen van complexe objecten met viskeuze crème, chocolade en Pluronische F-127 (een model voor bioinks). De resultaten geven aan dat ADDME een geschikt platform is voor de fabricage van materialen en constructies voor gebruik in een breed scala van industrieën. De combinatie van gedetailleerde diagrammen en video-inhoud vergemakkelijkt de toegang tot goedkope, eenvoudig te bedienen apparatuur voor personen die geïnteresseerd zijn in 3D-printen van complexe objecten uit een breed scala aan materialen.

De prestaties van ADDME tijdens 3D-printen werden geëvalueerd met behulp van een viskeuze crème (150 mL, Nivea handcrème), chocolade (Cadbury, gewone melk) en Pluronic F-127 (Sigma Aldrich). De viskeuze crème en chocolade werden gebruikt zoals het is, en de Pluronic werd opgelost in een 20% wt oplossing met ultrazuiver water en opgeslagen gekoeld bij 5 °C totnodig 14,15.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-pag...

Watch this Scientific Journal Video about Design of an Open-Source, Low-Cost Bioink and Food Melt Extrusion 3D Printer at JoVE.com

Design of an Open-Source, Low-Cost Bioink and Food Melt Extrusion 3D Printer

Het doel van dit werk is het ontwerpen en bouwen van een reservoir gebaseerde smeltextrusie driedimensionale printer gemaakt van open-source en low-cost componenten voor toepassingen in de biomedische en food printing industrie.

Ontwerp van een Open-Source, Low-Cost Bioink en Food Melt Extrusie 3D Printer

Three-dimensional (3D) printing is an increasingly popular manufacturing technique that allows highly complex objects to be fabricated with no retooling ...

In deze procedure zullen we laten zien hoe addme te bouwen, een lage kosten, open source, smelt extrusie en bioink 3D-printer. Smelt extrusie en bioink 3D-printers kunnen duizenden dollars kosten en zijn meestal gesloten bron. ADDME is een open source, aanpasbaar 3D-printplatform dat minder dan 350 kost.ADDME maakt de productie van complexe 3D-geometrieën mogelijk met een breed scala aan materialen voor toepassingen binnen voedselverwerking, polymeercomposietmateriaalproductie en bioprinting. Deze video biedt een hands-on demonstratie van hoe de verschillende componenten samenkomen om ADDME te construeren en te testen. Na het aansluiten van de ene door middel van negen acryl onderdelen, controleer de figuur labels om ervoor te zorgen dat elk stuk correct is gelegen en gebruik M3 schroeven en een M3 Allen sleutel om de stukken te beveiligen.Plaats vervolgens de M10 schroefdraad staaf door het doel gemaakt gaten in acryl leden zes, acht en 10, en zet de staaf met M10 ringen en moeren, aanscherping van de moeren met een variabele moersleutel. Om de Y-as en het drukbed te monteren, schuift u twee kussenblokken op elke acht millimeterschacht en schuift u de eindstop op een van de acht millimeter assen. Gebruik M2 schroeven en een Allen-toets om de mechanische eindstop vast te zetten en gebruik M4-schroeven om alle vier de kussenblokken aan het montagebed te beveiligen.Bevestig de riemklem met behulp van de M3-schroeven en een Allen-toets op het bevestigingsbed op het bevestigingsbed met behulp van een M3-schroef, moer en veerarrangement. Gebruik vervolgens M2-schroeven en een Allen-toets om twee van de ashouders aan zowel de achter- als de voorste panelen te beveiligen en M3-schroeven te gebruiken om de steppermotorhouder aan het achterpaneel te beveiligen. Gebruik vervolgens extra M3-schroeven om de steppermotor aan de steppermotorhouder te beveiligen en de gordelhouder aan het voorpaneel te beveiligen.Als u het printbed sub-assemblage in het frame wilt plaatsen, koppelt u elk uiteinde van een acht millimeter schacht aan een schachthouder. Om de linkerkant van de X-as subassemblage te monteren, plaatst u een koperen moer in de moerhouder en gebruikt u M3-schroeven en de Allen-toets om de moer aan het X-assige kussen links te beveiligen. Met behulp van M4 schroeven en een Allen-toets, zet het kussenblok vast aan het X-assige kussen links en zet de X-assige idler een vast aan het X-assige kussen links met M3 schroeven.Lijn de middelste gaten van de stationair, de X-as idler een, en de X-as idler twee en bevestig deze materialen samen met M3 schroeven en de Allen-toets. Om de rechterkant van de X-as subassemblage te monteren, plaatst u een koperen moer in de moerhouder en bevestigt u de moer met M3-schroeven aan het X-assige kussen. Zet het kussenblok met M4-schroeven rechts vast aan het X-askussen en zet de X-as rechts vast aan het X-assige kussen met M3-schroeven.Gebruik extra M3 schroeven om de stepper motor vast te zetten aan de X-as rechts en draad elk van de schroefdraad staven in elk van de koperen moeren. Schuif twee van de acht millimeter assen in elk van de kussenblokken verticaal en schuif twee van de acht millimeter assen horizontaal. Gebruik vervolgens M2-schroeven om twee van de schachthouders vast te stellen aan zowel het bovenste paneel als aan de bovenkant van de elektronicabehuizing en gebruik M3-schroeven om de kussenbloklagers op het bovenste paneel te beveiligen.Zet de steppermotoren met M3-schroeven op de bovenblad van de elektronicabehuizing en gebruik de M2 Allen-toets om de onderste rupsschroef aan te draaien om de koppeling over de assen van de steppermotoren te beveiligen. Als u de X-assubassemblage in het frame wilt plaatsen, lijnt u de verticale acht millimeterschachten uit met de schachthouder en trekt u de assen aan met M2-schroeven en de Allen-toets. Gebruik vervolgens de M2 Allen-toets om de bovenste rupsschroef aan te spannen om de schroefdraad in het andere uiteinde van de koppeling te beveiligen.Voor de extrusie van de subassemblage gebruikt u M4-schroeven om de twee kussenblokken op de extruderachterplaat te zetten en M3-schroeven te gebruiken om de extrudergordelklem tussen de kussenblokken op de extruderachterplaat te zetten. Gebruik M3 hex schroeven om de extruder achterplaat vast te zetten op de extruder motorhouder en om de twee stepper motoren vast te zetten op de extruder motor houder. Draai de onderste rupsschroef aan met een M2 Allen-toets om de koppelingen over de assen van de steppermotoren te beveiligen en draai de bovenste rupsschroef aan om de schroefdraad in de koppelingen te beveiligen.Schuif het verwarmingsjack in de extrudermotorhouder en gebruik M3-schroeven om de koperen moeren in het plungerslot te beveiligen. Om de extrusiekop op de X-as te monteren, schuift u de acht millimeter assen op de X-as in de kussenblokken op de extruderkop en wikkelt u de aandrijfriem door de stationier in stationair getand op de linker- en rechterassamenstellingen. Gebruik vervolgens M3 hex schroeven om de aandrijfriem in de extruder riemklem te beveiligen.Wanneer de framemontage is voltooid, gebruik maken van M3 schroeven om de Arduino monteren in het acryl deel zeven elektronische lijkwade en voegt een RAMPS boord op de top van de Arduino boord met de USB-stekker tegenover de acryl deel zes achterpaneel. Monteer de DC-voedingsaansluiting in het acrylgedeelte zes achterpaneel en bevestig de connector aan de voeding. Vervolgens, met behulp van een bedrading diagram en etiketten om te voorkomen dat het installeren van de aansluitingen in een omgekeerde manier, sluit de motor controllers, stepper motoren, eindstops, kachel, en thermocouple, om hun respectieve pinnen.Line testing omvat het gebruik van een reeks bewegingsopdrachten, genaamd G-code, om een gloeidraad heen en weer af te drukken op de bouwplaat in een basispatroon om individuele filamenteigenschappen te evalueren, zoals dikte of consistentie. De afdrukparameters die worden gebruikt voor de lijntests zijn opgenomen in de tabel. Als u complexe 3D-objecten wilt maken, moet het te printen object in een standaardtaalbestand in Repetier worden ingevoerd en in 3D-afdrukbare G-code worden gesneden.De parameters voor het afdrukken van de 3D-objecten zijn opgenomen in de tabel. Om de dimensionale nauwkeurigheid van de additieve fabricageextrusieprinter te bepalen die voor deze experimenten in de X-, Y- en Z-richtingen wordt gebruikt bij het afdrukken van een semi-vast materiaal, werd een kubus van één centimeter bij één centimeter afgedrukt. De kubus werd vervolgens 3D gescand en dimensionaal vergeleken met de oorspronkelijke kubus computer geholpen opstellen van gegevens.Het originele model en de 3D-scan werden vervolgens vergeleken met behulp van het open source Cloud Compare-softwareprogramma. Voordat u het systeem aansluit of de voeding inschakelt, moet u ervoor zorgen dat de bedrading correct is uitgevoerd en dat het is gecontroleerd door een gekwalificeerde technicus. ADDME is een open source en aanpasbaar platform voor het bestuderen van het smeltextrusieproces met toepassingen in voedsel en het blokkeren van 3D-printen.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Low-Cost Cryo-Light Microscopy Stage Fabrication for Correlated Light/Electron Microscopy

Low-Cost Cryo-Light Microscopie Stage Fabrication voor Gecorreleerde Light / Electron Microscopy

The coupling of cryo-light microscopy (cryo-LM) and cryo-electron microscopy (cryo-EM) poses a number of advantages for understanding cellular 
dynamics ...

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

High Throughput Microfluidic Rapid en Low Cost Prototyping Verpakking

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

Rapid and Low-cost Prototyping of Medical Devices Using 3D Printed Molds for Liquid Injection Molding

Snelle en Low-cost Prototyping van medische hulpmiddelen met behulp van 3D-Gedrukt Mallen voor Liquid Injection Molding

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using ...

Bioprinting of Cartilage and Skin Tissue Analogs Utilizing a Novel Passive Mixing Unit Technique for Bioink Precellularization

Bioprinting van kraakbeen en huid weefsel analogen met behulp van een roman passief mengen eenheid techniek voor Bioink Precellularization

Bioprinting is a powerful technique for the rapid and reproducible fabrication of constructs for tissue engineering applications. In this study, both ...

Development of an Electrochemical DNA Biosensor to Detect a Foodborne Pathogen

Ontwikkeling van een elektrochemische DNA Biosensor te detecteren een Foodborne Pathogen

Vibrio parahaemolyticus (V. parahaemolyticus) is a common foodborne pathogen that contributes to a large proportion of public health problems globally, ...

Applications for Open Source Microplate-Compatible Illumination Panels

Toepassingen voor open source Microplate-compatibele verlichtings panelen

Microplates are commonly used in the modern laboratory environment for a wide variety of tasks both in small-scale laboratory benchtop operations as well ...

Pancreatic Tissue-Derived Extracellular Matrix Bioink for Printing 3D Cell-Laden Pancreatic Tissue Constructs

Pancreatic weefsel-afgeleide extracellulaire matrix Bioink voor het afdrukken van 3D Cell-beladen alvleesklier weefsel constructies

The transplantation of pancreatic islets is a promising treatment for patients who suffer from type 1 diabetes accompanied by hypoglycemia and secondary ...

An Open Source Technology Platform to Manufacture Hydrogel-Based 3D Culture Models in an Automated and Standardized Fashion

Een open source technologieplatform om op Hydrogel gebaseerde 3D-cultuurmodellen op een geautomatiseerde en gestandaardiseerde manier te produceren

Current mixing steps of viscous materials rely on repetitive and time-consuming tasks which are performed mainly manually in a low throughput mode. These ...

Low-Cost, Volume-Controlled Dipstick Urinalysis for Home-Testing

Goedkope, volumegestuurde peilstok urineonderzoek voor thuistests

Dipstick urinalysis provides quick and affordable estimations of multiple physiological conditions but requires good technique and training to use ...

Open-source Toolkit: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array for Nerve Recording

Open-source Toolkit: Benchtop Carbon Fiber Microelectrode Array voor zenuwopname

Conventional peripheral nerve probes are primarily fabricated in a cleanroom, requiring the use of multiple expensive and highly specialized tools. This ...