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

Diese Forschung erhielt keine spezifischen Zuschüsse von Förderstellen in den Bereichen öffentliche, kommerzielle oder gemeinnützige Zwecke. Besonderer Dank geht an Florian Schmittner, Sandro Gorka, Gurinder Singh, Vincent Tran und Dominik Vu für ihren Beitrag zu einem früheren Prototyp des Designs.

VORSICHT: Es besteht die Gefahr von Verbrennungen durch heiße Lötkolben und Heizpatronen. Die Heizpatrone sollte niemals mit Strom versorgt werden, wenn sie nicht im Inneren des Heizmantels befestigt ist. Es besteht auch die Gefahr von Kneifungen oder Zerrungen von der sich bewegenden 3D-Druckerachse.
1. Übersicht und Vorbereitung
HINWEIS: Abbildung 1A zeigt ein computergeneriertes Rendering des Druckers und <strong cl...

<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>

Dieses Protokoll enthält detaillierte Anweisungen zum Erstellen eines kostengünstigen 3D-Druckers auf Schmelzeextrusionsbasis. Die Konstruktion des 3D-Druckers kann in Unterabschnitte wie Rahmen, Y-Achse/Bett, x-Achse, Extruder, Elektronik und Software unterteilt werden. Diese Unterabschnitte werden mit detaillierten Diagrammen, Zeichnungen, Dateien und Teilelisten präsentiert. Der Gesamtpreis eines ADDME 3D-Druckers beträgt 343 AUD (245 USD per 17.01.2019), was dies zum billigsten, reservoirbasierten Schmelzextrusio...

Additive Fertigung ist eine leistungsstarke Fertigungstechnologie, die das Potenzial hat, einen signifikanten Wert für die Industrielandschaft zu bieten1,2. Die attraktiven Eigenschaften der additiven Fertigung beinhalten keine Werkzeugkosten, hohe Anpassungsmöglichkeiten, komplexe Geometrien und reduzierte Eintrittsbarrieren. Keine Umrüstkosten erlauben die schnelle Herstellung von Prototypen, was wünschenswert ist, wenn man versucht, die "Time to Market" zu verringern, was ein kritisches Ziel der Industrien in den Industrieländern ist, die versuchen, gegenüber Niedriglohnkonkurrenten wettbewerbsfähig zu bleiben1. Eine hohe Anpassbarkeit ermöglicht die Herstellung einer Vielzahl von Produkten mit komplexen Geometrien. Wenn diese Faktoren mit den niedrigen Kosten für Einrichtung, Materialien und Spezialisierung des Bedieners kombiniert werden, gibt es einen klaren Wert der additiven Fertigungstechnologien3.
Additive Fertigung, auch 3D-Druck genannt, beinhaltet Schicht-für-Schicht-Fertigung eines Objekts in einem computernumerischen gesteuerten (CNC) System3. Im Gegensatz zu herkömmlichen CNC-Prozessen wie dem Fräsen, bei denen Material aus einem Blech oder Materialblock entfernt wird, fügt ein 3D-Drucksystem Material Schicht für Schicht Material in die gewünschte Struktur ein.
Der 3D-Druck kann durch eine Reihe von Methoden wie Laser-, Blitz-, Extrusions- oderJetting-Technologien4 erleichtert werden. Die eingesetzte spezifische Technologie bestimmt die Form des Rohmaterials (d.h. Pulver oder Schmelze) sowie die rheologischen und thermischen Eigenschaften, die für die Verarbeitung erforderlich sind5. Der extrusionsbasierte 3D-Druckmarkt wird von filamentbasierten Systemen dominiert, die darauf zurückzuführen sind, dass Filamente einfach zu handhaben, zu verarbeiten und kontinuierlich große Materialmengen an den Extrusionskopf liefern. Dieser Prozess wird jedoch durch die Art des Materials begrenzt, das zu Filamenten (hauptsächlich Thermoplasten) geformt werden kann. Die meisten Materialien existieren nicht in Filamentform, und der Mangel an modernen Low-Cost-Plattformen auf dem Markt stellt eine bemerkenswerte Lücke dar.
Dieses Protokoll zeigt den Aufbau eines reservoirbasierten Extrusionssystems, mit dem Materialien in einer Spritze gelagert und durch eine Nadel extrudiert werden können. Dieses System ist ideal geeignet, um eine breite Palette von Materialien einschließlich Lebensmittel6, Polymere7und Biomaterialien8,9. Darüber hinaus sind reservoirbasierte Extrusionstechniken in der Regel weniger gefährlich, kostengünstiger und einfacher zu bedienen als andere 3D-Druckverfahren.
Es gibt eine wachsende Anzahl von universitären Teams, die Open-Source-3D-Drucksysteme entwerfen und veröffentlichen. Beginnend mit dem Fab@Home Extrusionsdrucker im Jahr 200710,11, wollten die Forscher eine einfache und kostengünstige Plattform schaffen, um eine schnelle Expansion in der 3D-Drucktechnologie und -anwendungen voranzutreiben. Später im Jahr 2011 zielte das RepRap-Projekt darauf ab, eine filamentbasierte 3D-Druckplattform zu schaffen, die mit Teilen aus 3D-Druck entworfen wurde, mit dem Ziel, eine sich selbst replizierende Maschine zu erstellen12. Die Kosten für 3D-Drucker sind im Laufe der Jahre gesunken, von 2300 USD für eine Fab@Home (2006), 573 USD für einen RepRap v1 (2005) und 400 USD für v2 (2011).
In früheren Arbeiten haben wir gezeigt, wie ein selbstabgelassenes 3D-Drucksystem mit einem benutzerdefinierten reservoirbasierten Extrusionssystem kombiniert werden kann, um komplexe 3D-Objekte aus Schokolade zu erstellen13. Eine weitere Konstruktionsuntersuchung hat gezeigt, dass im Vergleich zu diesem Prototypenentwurf erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden können.
Ziel dieses Protokolls ist es, Anweisungen für den Bau eines kostengünstigen, auf Reservoir basierenden Schmelzextrusions-3D-Druckers zu geben. Hier sind detaillierte Diagramme, Zeichnungen, Dateien und Komponentenlisten dargestellt, um den erfolgreichen Aufbau und Betrieb eines 3D-Druckers zu ermöglichen. Alle Komponenten werden auf der Open-Source-Plattform (Creative Commons noncommercial) <a href="https://www.thingiverse.com/Addme/collections" target="_blank">https://www.thingiverse.com/Addme/collections</a>gehostet, die es Benutzern ermöglicht, nach Belieben zusätzliche Funktionen zu ändern oder hinzuzufügen. Viskose Creme, Schokolade und Pluronic F-127 (ein Modell für Bioinks) werden verwendet, um die Leistung von ADDME zu bewerten und die Anwendung des ADDME 3D-Druckers in der Biomedizin- und Lebensmitteldruckindustrie zu demonstrieren.
Für dieses Protokoll sind ein Laserschneider zum Schneiden von Acryl und ein Desktop-3D-Drucker erforderlich, der PLA- oder ABS-Filamente drucken kann. Je nachdem, zu welchem Gerät der Bediener Zugang hat, kann ein bearbeiteter Heizmantel und eine Heizpatrone oder eine Silikonheizung verwendet werden. Alle CAD-Dateien finden Sie unter <a href="https://www.thingiverse.com/Addme/designs" target="_blank">https://www.thingiverse.com/Addme/designs</a>. Für Firmware und Software zur Steuerung des 3D-Druckers werden <a href="http://marlinfw.org/meta/download/" target="_blank">http://marlinfw.org/meta/download/</a> und <a href="https://www.repetier.com/" target="_blank">https://www.repetier.com/</a> Ressourcen bereitgestellt. Ausführliche Anweisungen zur Leitstelle finden Sie <a href="https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4" target="_blank">unter https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4</a>.

<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

Der dreidimensionale (3D) Druck ist eine immer beliebter werdende Fertigungstechnik, mit der hochkomplexe Objekte ohne Umrüstkosten hergestellt werden können. Diese zunehmende Popularität ist zum Teil auf sinkende Eintrittsbarrieren wie Systemaufbaukosten und einfache Bedienung zurückzuführen. Das folgende Protokoll stellt die Konstruktion und Konstruktion eines ADDME-3D-Druckers (Additive Manufacturing Melt Extrusion) für die Herstellung von kundenspezifischen Teilen und Komponenten vor. ADDME wurde mit einer Kombination aus 3D-gedruckten, lasergeschnittenen und Online-Komponenten entwickelt. Das Protokoll ist in leicht verständliche Abschnitte mit detaillierten Diagrammen und Teilelisten unter den Überschriften Framing, y-Achse und Bett, x-Achse, Extrusion, Elektronik und Software angeordnet. Die Leistung von ADDME wird durch Extrusionstests und 3D-Druck komplexer Objekte mit viskoser Creme, Schokolade und Pluronic F-127 (ein Modell für Bioinks) bewertet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ADDME eine leistungsfähige Plattform für die Herstellung von Materialien und Konstrukten für den Einsatz in einer Vielzahl von Branchen ist. Die Kombination aus detaillierten Diagrammen und Videoinhalten erleichtert Personen, die sich für den 3D-Druck komplexer Objekte aus einer Vielzahl von Materialien interessieren, den Zugang zu kostengünstigen, einfach zu bedienenden Geräten.

Die Leistung von ADDME beim 3D-Druck wurde mit einer viskosen Creme (150 ml, Nivea Handcreme), Schokolade (Cadbury, Klarmilch) und Pluronischer F-127 (Sigma Aldrich) bewertet. Die viskose Sahne und Schokolade wurden wie besprochen verwendet, und der Pluronic wurde in eine 20%ige Gew-Lösung mit reinstem Wasser aufgelöst und bei 5 °C gekühlt bis zum Bedarf14,15gelagert.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="1...

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

Ziel dieser Arbeit ist es, einen behälterbasierten Schmelzextrusions-Dreidimensionaldrucker aus Open-Source- und Low-Cost-Komponenten für Anwendungen in der Biomedizin- und Lebensmitteldruckindustrie zu konstruieren und zu konstruieren.

Design eines 3D-Druckers für Open-Source- und Low-Cost-Bioink und Lebensmittelschmelzextrusion

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

In diesem Verfahren zeigen wir, wie ADDME, ein kostengünstiger, Quell-, Schmelzextrusions- und Bioink-3D-Drucker, hergestellt wird. Schmelzextrusion und Bioink 3D-Drucker können Tausende von Dollar kosten und sind in der Regel geschlossene Quelle. ADDME ist eine Open-Source-, anpassbare 3D-Druckplattform, die weniger als 350 kostet.ADDME ermöglicht die Herstellung komplexer 3D-Geometrien mit einer Vielzahl von Materialien für Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung, der Polymerverbundwerkstoffproduktion und dem Bioprinting. Dieses Video zeigt, wie die verschiedenen Komponenten zusammenkommen, um ADDME zu konstruieren und zu testen. Nachdem Sie die ein bis neun Acrylteile angeschlossen haben, überprüfen Sie die Abbildungsbeschriftungen, um sicherzustellen, dass jedes Stück richtig lokalisiert ist, und verwenden Sie M3-Schrauben und einen M3-Allen-Schlüssel, um die Teile zu sichern.Legen Sie dann die M10 Gewindestange durch den Zweck gemacht Löcher in Acryl-Elemente sechs, acht und 10, und sichern Sie die Stange mit M10 Unterlegscheiben und Muttern, Die Muttern mit einem variablen Spanner zu straffen. Um die Y-Achse und das Druckbett zu montieren, schieben Sie zwei Kissenblöcke auf jede Acht-Millimeter-Welle und schieben Sie den Endanschlag auf eine der acht Millimeter-Wellen. Verwenden Sie M2-Schrauben und einen Allen-Schlüssel, um den mechanischen Endanschlag zu sichern und verwenden Sie M4-Schrauben, um alle vier Kissenblöcke am Befestigungsbett zu befestigen.Befestigen Sie die Gurtklemme mit den M3-Schrauben und einem Allen-Schlüssel auf dem Montagebett und sichern Sie das Druckbett mit einer M3-Schraube, Mutter und Federanordnung auf dem Montagebett. Als nächstes verwenden Sie M2-Schrauben und einen Allen-Schlüssel, um zwei der Wellenhalter sowohl an der Rückseite als auch an der Frontplatte zu befestigen und m3-Schrauben zu verwenden, um den Schrittmotorhalter an der Rückseite zu befestigen. Verwenden Sie dann zusätzliche M3-Schrauben, um den Schrittmotor am Schrittmotorhalter zu befestigen und den Gurtidler an der Frontplatte zu befestigen.Um die Druckbett-Unterbaugruppe in den Rahmen einzufügen, passen Sie jedes Ende einer Acht-Millimeter-Welle mit einem Wellenhalter an. Um die linke Seite der X-Achsen-Unterbaugruppe zu montieren, legen Sie eine Messingmutter in den Mutternhalter und verwenden Sie M3-Schrauben und den Allen-Schlüssel, um die Mutter am X-Achsenkissen links zu befestigen. Mit M4-Schrauben und einem Allen-Schlüssel sichern Sie den Kissenblock am X-Achsenkissen links und sichern Sie den X-Achsen-Idler mit M3-Schrauben am X-Achsenkissen.Richten Sie die Mittellöcher des Idlers, des X-Achsen-Idlers und des X-Achsen-Idlers zwei aus und fixieren Sie diese Materialien zusammen mit M3-Schrauben und der Allen-Taste. Um die rechte Seite der X-Achsen-Unterbaugruppe zu montieren, legen Sie eine Messingmutter in den Mutternhalter und befestigen Sie die Mutter mit M3-Schrauben rechts am X-Achsenkissen. Sichern Sie den Kissenblock mit M4-Schrauben rechts am X-Achsenkissen und sichern Sie die X-Achse rechts am X-Achsenkissen rechts mit M3-Schrauben.Verwenden Sie zusätzliche M3-Schrauben, um den Schrittmotor an der X-Achse rechts zu befestigen und jede der Gewindestangen in jede der Messingmuttern einzufädeln. Schieben Sie zwei der acht Millimeter Wellen vertikal in jeden der Kissenblöcke und schieben Sie zwei der acht Millimeter Wellen horizontal. Als Nächstes verwenden Sie M2-Schrauben, um zwei der Wellenhalter sowohl an der Oberen als auch an der Elektronikgehäuseplatte zu befestigen und m3-Schrauben zu verwenden, um die Kissenblocklager auf der Oberseite zu befestigen.Befestigen Sie die Schrittmotoren mit M3-Schrauben an der Elektronikgehäuseplatte und ziehen Sie die untere Grubschraube mit dem M2-Allen-Schlüssel fest, um den Koppler über den Wellen der Schrittmotoren zu befestigen. Um die X-Achsen-Unterbaugruppe in den Rahmen zu legen, richten Sie die vertikalen Acht-Millimeter-Wellen mit dem Wellenhalter aus und ziehen Sie die Wellen mit M2-Schrauben und dem Allen-Schlüssel fest. Verwenden Sie dann den M2-Allen-Schlüssel, um die obere Grubschraube festzuziehen, um die Gewindestange am anderen Ende des Kopplers zu befestigen.Für die Extrusion der Unterbaugruppe verwenden Sie M4-Schrauben, um die beiden Kissenblöcke auf der Extruder-Rückplatte zu befestigen und mit M3-Schrauben die Extrudergurtklemme auf der Extruder-Rückplatte zwischen den Kissenblöcken zu befestigen. Verwenden Sie M3-Sechskantschrauben, um die Extruder-Rückwand am Extrudermotorhalter zu befestigen und die beiden Schrittmotoren am Extrudermotorhalter zu befestigen. Ziehen Sie die untere Grubschraube mit einem M2-Allen-Schlüssel fest, um die Kupplungen über den Wellen der Schrittmotoren zu sichern, und ziehen Sie die obere Grubschraube fest, um die Gewindeschraube in den Kupplungen zu befestigen.Schieben Sie die Heizjacke in den Extrudermotorhalter und verwenden Sie M3-Schrauben, um die Messingmuttern im Kolbenschloss zu befestigen. Um den Extrusionskopf auf die X-Achse zu montieren, schieben Sie die acht Millimeter-Wellen der X-Achse in die Kissenblöcke am Extruderkopf und wickeln Sie den Antriebsriemen durch den Idler in Idler-Verzahnung auf der linken und rechten Achse. Dann verwenden Sie M3 Sechskantschrauben, um den Antriebsriemen in der Extruder-Gürtelklemme zu befestigen.Wenn die Rahmenbaugruppe abgeschlossen ist, verwenden Sie M3-Schrauben, um den Arduino in das elektronische Acrylteil sieben zu montieren und legt eine RAMPS-Platine auf die Oberseite des Arduino-Boards mit dem USB-Stecker gegenüber dem Acrylteil sechs Rückseite. Montieren Sie die DC-Netzteilbuchse in die 6-Rückwand des Acrylteils und befestigen Sie den Stecker am Netzteil. Schließen Sie dann mithilfe eines Schaltplans und Beschriftungen die Dreharbeiten zu den Anschlüssen in umgekehrter Weise an, und schließen Sie die Motorsteuerungen, Schrittmotoren, Endanschläge, Heizung und Thermoelement an die jeweiligen Pins an.Linientests umfassen die Verwendung einer Reihe von Bewegungsbefehlen, g-Code, um ein Filament in einem Grundmuster hin und her auf die Bauplatte zu drucken, um einzelne Filamenteigenschaften wie Dicke oder Konsistenz zu bewerten. Die für die Linientests verwendeten Druckparameter sind in der Tabelle enthalten. Um komplexe 3D-Objekte zu erstellen, muss das zu druckende Objekt in eine Standard-Tesselationssprachendatei in Repetier eingegeben und in 3D-druckbaren G-Code aufgeteilt werden.Die Parameter zum Drucken der 3D-Objekte sind in der Tabelle enthalten. Um die Maßgenauigkeit des additiven Schmelzextrusionsdruckers zu bestimmen, der für diese Experimente in X-, Y- und Z-Richtung beim Drucken eines halbfesten Materials verwendet wird, wurde ein Zentimeter mal ein Zentimeter mal ein Zentimeter Würfel gedruckt. Der Würfel wurde dann 3D gescannt und dimensional mit den ursprünglichen Cube-Computer unterstützt Zeichnungsdaten verglichen.Das Originalmodell und der 3D-Scan wurden dann mit dem Open Source Cloud Compare Softwareprogramm verglichen. Stellen Sie vor dem Anschließen des Systems oder dem Einschalten des Netzteils sicher, dass die Verdrahtung korrekt durchgeführt und von einem qualifizierten Techniker überprüft wurde. ADDME ist eine Open-Source- und anpassbare Plattform für die Untersuchung des Schmelzextrusionsprozesses mit Anwendungen im Lebensmittel- und 3D-Druck.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

Biotechnik

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

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

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