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

מחקר זה לא קיבל מענקים מסוימים מסוכנויות מימון במגזר הציבורי, המסחרי או לא למטרות רווח. תודות מיוחדות לפלוריאן שמיטטנר, סנדרו גורקה, גורנדר סינג, וינסנט טראן ודומיניק וו על תרומתם לגבי הדגם הקודם של העיצוב.

התראה: יש סיכון לכוויות הנגרמות על ידי אזיקי הלחמה חמים ומחסניות חימום. מחסנית חימום לא צריך להיות מופעל כאשר לא מאובטח בתוך המעיל חימום. קיים גם סיכון של צביטות או חתכים מציר המדפסת העובר בתלת-ממד.
1. סקירה והכנה
הערה: איור 1a מציג עיבוד ...

<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>

פרוטוקול זה מספק הוראות מפורטות לבניית מדפסת תלת-ממד המבוססת על שחול בעלות נמוכה. ניתן לחלק את בניית המדפסת התלת-ממדית לסעיפים קטנים כולל מסגרת, ציר y/מיטה, ציר x, הבלטת ממד, אלקטרוניקה ותוכנה. סעיפים קטנים אלה מוצגים עם דיאגרמות, ציורים, קבצים ורשימות חלקים מפורטים. מחירו הכולל של מדפסת 3D ADDME...

ייצור מוספים הוא טכנולוגיית ייצור רבת עוצמה, שיש לה פוטנציאל לספק ערך משמעותי לנוף התעשייתי1,2. התכונות האטרקטיביות של הייצור הכולל אינן כרוכות בעלויות החריטת, רמות גבוהות של התאמה אישית, גאומטריות מורכבות וחסימות מופחתות לעלויות כניסה. אין עלויות הנוסע מחדש מאפשרים ייצור מהיר של אב טיפוס, אשר רצוי כאשר מנסים להקטין את "זמן לשוק", שהוא מטרה קריטית של תעשיות מדינות מפותחות מנסה להישאר תחרותי נגד מתחרים בעלי שכר נמוך1. רמות גבוהות של יכולת ההתאמה האישית מאפשרות מגוון רחב של מוצרים להיות מפוברק עם גיאומטריות מורכבות. כאשר גורמים אלה משולבים עם עלויות נמוכות עבור הגדרת, חומרים, והתמחות המפעיל, יש ערך ברור של טכנולוגיות ייצור מוספים3.
ייצור מוספים, המכונה גם הדפסת תלת-ממד, כרוך בייצור של שכבה על-ידי האובייקט במחשב בשליטה מספרית (CNC) מערכת3. בניגוד לתהליכי CNC מסורתיים כגון טחינה, שבה החומר מוסר מגיליון או מבלוק של חומר, מערכת הדפסה תלת-ממדית מוסיפה חומר לתוך המבנה הרצוי שכבה-אחר-שכבה.
הדפסה תלת-ממדית ניתן להקל באמצעות מגוון שיטות כולל לייזר, flash, שחול או טכנולוגיות מתקדמות4. הטכנולוגיה הספציפית המועסקים קובע את הצורה של חומר גלם (כלומר, אבקה או להמיס), כמו גם את התכונות הרטיולוגית והתרמית הנדרשים לעיבוד5. שוק ההדפסה תלת-ממד המבוסס על-ידי שחול נשלט על-ידי מערכות מבוססות-חוט, הנובע מסיבים קלים לטיפול, תהליך, ומספקים ברציפות כמויות גדולות של חומר לראש ההבלטה. עם זאת, תהליך זה מוגבל על-ידי סוג החומר שניתן ליצור לסיבים (בעיקר תרמופלטיקה). רוב החומרים אינם קיימים בצורת פילמנט, והיעדר פלטפורמות בעלות נמוכה מודרנית בשוק מייצג פער בולט.
פרוטוקול זה מציג את הבנייה של מערכת שחול מבוסס-מאגר המאפשר חומרים להיות מאוחסן במזרק הבלטה באמצעות מחט. מערכת זו מתאימה באופן אידיאלי לייצור מגוון רחב של חומרים כולל מאכלים6, פולימרים7, ו ביואטיאריאלס8,9. יתר על כן, שיטות שחול מבוסס אגירה בדרך כלל פחות מסוכנים, נמוך בעלות, וקל יותר לפעול מאשר שיטות הדפסה תלת-ממד אחרות.
יש מספר גדל והולך של צוותי האוניברסיטה הובילו לעצב ושחרור מערכות הדפסה תלת-ממד מקור פתוח לציבור. החל מFab@Home שחול מבוססי מדפסת ב 200710,11, החוקרים שנועדו ליצור פלטפורמה פשוטה וזולה לנהוג התרחבות מהירה בטכנולוגיית הדפסה תלת-ממד ויישומים. מאוחר יותר בשנת 2011, פרוייקט RepRap שמטרתו ליצור פלטפורמת הדפסה תלת-ממדית מבוססת-חוט מעוצבת עם חלקים שבוצעו על-ידי הדפסה תלת-ממדית, עם המטרה ליצור מכונת שכפול עצמי12. העלות של מדפסות תלת-ממד כבר להפיל את השנים, מ $2300 USD עבור Fab@Home (2006), $573 USD עבור RepRap v1 (2005), ו $400 USD עבור v2 (2011).
בעבודה הקודמת, הדגמנו כיצד מערכת הדפסה מחוץ לעצמי 3D יכול להיות משולב עם מערכת מותאמת אישית המבוססת על מאגר ההבלטה כדי ליצור אובייקטים תלת-ממדיים מורכבים משוקולד13. חקירה בתכנון נוסף הראו כי חיסכון ניכר בעלויות ניתן להשיג בהשוואה לעיצוב אב טיפוס זה.
מטרת פרוטוקול זה היא לספק הוראות לבניית המדפסת בעלות נמוכה מבוסס מאגר ממיסים תלת-ממד שחול. להלן מוצגים דיאגרמות, ציורים, קבצים ורשימות רכיבים מפורטים כדי לאפשר בנייה ותפעול בהצלחה של מדפסת תלת-ממדית. כל הרכיבים מתארחים על הקוד הפתוח (לא מסחרי) פלטפורמה <a href="https://www.thingiverse.com/Addme/collections" target="_blank">https://www.thingiverse.com/Addme/collections</a>, אשר מאפשר למשתמשים לשנות או להוסיף תכונות נוספות כרצונך. שמנת צמיגה, שוקולד וצורת הריבוי של F-127 (מודל לביודיו) משמשות להערכת הביצועים של ADDME ולהדגים את היישום של המדפסת התלת-ממדית של ADDME לתעשיות הביו-רפואית והמזון.
חותך לייזר המסוגל לחתוך אקריליק ומדפסת שולחנית תלת-ממדית המסוגלת להדפיס מכונת PLA או ABS, נדרשות עבור פרוטוקול זה. מעיל חימום מאצ ומחסנית חימום או מחמם סיליקון ניתן להשתמש כדי לחמם את החומר, בהתאם לציוד המפעיל יש גישה. כל קבצי CAD ניתן למצוא ב <a href="https://www.thingiverse.com/Addme/designs" target="_blank">https://www.thingiverse.com/Addme/designs</a>. עבור קושחה ותוכנה לשלוט במדפסת תלת-ממד, <a href="http://marlinfw.org/meta/download/" target="_blank">http://marlinfw.org/meta/download/</a> ו- <a href="https://www.repetier.com/" target="_blank">https://www.repetier.com/</a> מסופקים משאבים, בהתאמה. לקבלת הוראות מפורטות אודות לוח הבקרה, ראה <a href="https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4" target="_blank">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

הדפסה תלת ממדית (3D) היא טכניקת ייצור פופולרית יותר ויותר המאפשרת אובייקטים מורכבים מאוד להיות מפוברק ללא עלות הקורה מחדש. הפופולריות הגוברת היא מונעת חלקית על ידי מחסומים נופלים לכניסה כגון עלויות הגדרת מערכת וקלות הפעולה. הפרוטוקול הבא מציג את העיצוב והבנייה של מדפסת הייצור של שחול תוסף (ADDME) תלת-ממד לייצור חלקים ורכיבים מותאמים אישית. הרכיב ADDME תוכנן עם שילוב של רכיבים תלת-ממדיים, מודפסים לייזר וממקורות מקוונים. הפרוטוקול מסודר למקטעים קלים למעקב, עם דיאגרמות מפורטות ורשימות חלקים תחת הכותרות של מסגור, ציר y ומיטה, ציר x, שחול, אלקטרוניקה ותוכנה. הביצועים של ADDME מוערכים באמצעות בדיקות שחול והדפסה תלת ממדית של עצמים מורכבים באמצעות שמנת צמיגה, שוקולד, ו-הריבוי של F-127 (מודל עבור ביודיו). התוצאות מצביעות על כך ש-ADDME היא פלטפורמה מסוגלת לייצור חומרים ובנייה לשימוש במגוון רחב של תעשיות. השילוב של דיאגרמות מפורטות ותוכן וידאו מאפשר גישה לציוד בעלות נמוכה, קל לתפעול עבור אנשים המעוניינים בהדפסת תלת-ממד של אובייקטים מורכבים ממגוון רחב של חומרים.

הביצועים של ADDME במהלך הדפסה תלת-ממדית הוערכו באמצעות שמנת צמיגה (150 mL, קרם ידיים Nivea), שוקולד (קדבורי, חלב רגיל), והפלורליסטית F-127 (סיגמא אולדריץ '). הקרם והשוקולד הצמימו שימשו, והפלורליסטית הייתה מומס לפתרון של 20% wt עם מים באולטרטהורים ומאוחסן בקירור ב-5 ° c עד לצורך14</s...

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

מטרת העבודה היא לעצב ולבנות מדפסת תלת מימדית מבוססת-מאגר, העשויה מרכיבים בעלי מקור פתוח ובעלות נמוכה עבור יישומים בתעשיות הדפוס הביו-רפואית והמזון.

עיצוב של מקור פתוח, ביודיו בעלות נמוכה ומזון נמס ההבלטה מדפסת תלת-ממד

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

בהליך זה נדגים כיצד לבנות ADDME, עלות נמוכה, קוד פתוח, הבלטה נמסה ומדפסת ביו-ינק תלת-ממד. מדפסות הבלטה נמסות ומדפסות ביו-ינק תלת-ממד יכולות לעלות אלפי דולרים והן בדרך כלל מקור סגור. ADDME היא פלטפורמת הדפסה תלת-ממדית הניתנת להתאמה אישית בקוד פתוח, שעולה פחות מ- 350.ADDME מאפשר ייצור גיאומטריות תלת-ממדיות מורכבות עם מגוון רחב של חומרים ליישומים בעיבוד מזון, ייצור חומר מרוכב פולימרי והדפסה ביולוגית. וידאו זה מציע ידיים על הדגמה של איך הרכיבים השונים מתאחדים כדי לבנות ולבדוק ADDME. לאחר חיבור החלק האחד עד תשעה חלקים אקריליים, בדוק את תוויות הדמות כדי לוודא שכל חלק ממוקם כראוי ולהשתמש בברגים M3 ומפתח M3 Allen כדי לאבטח את החלקים.לאחר מכן, מניחים את המוט M10 מושחל דרך המטרה עשה חורים חברים אקריליק שש, שמונה, ו 10, ולאבטח את המוט עם מוצצים ואגוזים M10, הידוק האגוזים עם ספנר משתנה. כדי להרכיב את ציר ה-Y ואת מיטת ההדפסה, החלק שני גושי כריות על כל פיר של שמונה מילימטרים והחלק את עצירת הקצה לאחד מהפירים של שמונה המילימטרים. השתמש בברגים M2 ומפתח אלן כדי לאבטח את עצירת הקצה המכנית ולהשתמש בברגים M4 כדי לאבטח את כל ארבעת קוביות הכרית למיטת ההרכבה.אבטח את מהדק החגורה על מיטת ההרכבה באמצעות ברגים M3 ומפתח אלן ואבטח את מיטת ההדפסה על מיטת ההרכבה באמצעות בורג M3, אגוז וסידור קפיץ. לאחר מכן, השתמש בברגים M2 ובמפתח Allen כדי לאבטח שניים מהמחזיקים בפיר הן בלוחות האחוריים והן בלוחות הקדמיים ולהשתמש בברגים M3 כדי לאבטח את מחזיק המנוע של הצעדים בלוח האחורי. לאחר מכן השתמש בברגים נוספים של M3 כדי לאבטח את מנוע הצעד למחזיק המנוע של הצעד ולאבטח את מחזיק החגורה בלוח הקדמי.כדי להכניס את תת-ההרכבה של מיטת ההדפסה למסגרת, התאם כל קצה של פיר של שמונה מילימטר למחזיק פיר. כדי להרכיב את הצד השמאלי של הרכבת המשנה של ציר X, מניחים אגוז פליז בתוך מחזיק האגוזים ולהשתמש בברגים M3 ומפתח אלן כדי לאבטח את האגוז לכרית ציר X שמאלה. באמצעות ברגים M4 ומפתח אלן, לאבטח את בלוק הכרית לכרית ציר X שמאלה ולאבטח את idler ציר X אחד לכרית ציר X שמאלה עם ברגים M3.יישר את החורים המרכזיים של האידילר, האידיילר של ציר ה- X ואת האידילר של ציר ה- X 2 ותקן חומרים אלה יחד עם ברגים M3 ומפתח אלן. להרכבת הצד הימני של תת-ההרכבה של ציר ה-X, מניחים אגוז פליז בתוך מחזיק האגוזים ומאבטחים את האגוז לכרית ציר X בדיוק עם ברגים M3. אבטחו את בלוק הכרית לכרית ציר ה-X ימינה עם ברגים M4 ואבטחו את ציר ה-X הזכות לכרית ציר X ימינה עם ברגים M3.השתמש ברגים נוספים M3 כדי לאבטח את מנוע הצעד לציר X ימינה חוט כל אחד מוטות מושחל לתוך כל אחד אגוזי פליז. החלק שניים מתוך פירי שמונה המילימטרים לתוך כל אחד מבלוקי הכרית אנכית והחלק שניים מתוך פירי שמונה המילימטר אופקית. לאחר מכן, השתמש בברגים M2 כדי לאבטח שניים מהמחזיקים בפיר הן לפאנל העליון והן לראש מארז האלקטרוניקה ולהשתמש בברגים M3 כדי לאבטח את מסבי בלוק הכרית בלוח העליון.אבטחו את מנועי הצעדים על גבי מארז האלקטרוניקה עם ברגים M3 ולהשתמש במפתח M2 Allen כדי להדק את בורג הזחל התחתון כדי לאבטח את המצמד מעל פירי מנועי הצעדים. כדי למקם את מכלול המשנה של ציר ה- X בתוך המסגרת, יישר את הפירים האנכיים של שמונה מילימטרים עם מחזיק הפיר והדק את הפירים באמצעות ברגים M2 ומפתח אלן. לאחר מכן, השתמש במפתח M2 Allen כדי להדק את בורג הזחל העליון כדי לאבטח את המוט המוברג לקצה השני של המקשר.עבור הבלטה של הרכבת המשנית, השתמש בברגים M4 כדי לאבטח את שני בלוקי הכרית על הלוח האחורי extruder ולהשתמש ברגים M3 כדי לאבטח את מהדק חגורת extruder על הלוח האחורי extruder בין קוביות הכרית. השתמש בברגים הקסדציציים M3 כדי לאבטח את הלוחית האחורית של האקסטרודר למחזיק מנוע האקסטרודר ולאבטח את שני מנועי הצעדים על מחזיק המנוע האקסטרודר. הדקו את בורג הזחל התחתון בעזרת מפתח M2 Allen כדי לאבטח את המגשרים מעל פירי מנועי הצעדים והדקו את בורג הזחל העליון כדי לאבטח את הבורג התפתל בתוך המגשרים.החלק את ז'קט החימום לתוך מחזיק המנוע extruder ולהשתמש ברגים M3 כדי לאבטח את אגוזי פליז בתוך מנעול בוכנה אחד. כדי להרכיב את ראש ההבלטה על ציר ה- X, החלק את פירי שמונה המילימטרים שנמצאו על ציר ה- X לתוך גושי הכרית על ראש האלט ועטוף את חגורת הכונן דרך האידילר באידלר השן במכלולי הציר השמאלי והימין. לאחר מכן השתמש בברגים הקסדצישיים M3 כדי לאבטח את חגורת הכונן במהדק חגורת האקסטרודר.כאשר הרכבת המסגרת הושלמה, השתמש בברגים M3 כדי לטעון את Arduino לתוך החלק האקרילי שבע תכריכים אלקטרוניים ומכניס לוח RAMPS על גבי הלוח Arduino עם תקע USB מול החלק האקרילי שישה לוח אחורי. הר את שקע אספקת החשמל DC לתוך החלק האקרילי שש הלוח האחורי ולתקן את המחבר לאספקת החשמל. לאחר מכן, באמצעות דיאגרמת חיווט ותוויות כדי להימנע מהתקנת החיבורים בצורה הפוכה, חבר את בקרי המנוע, מנועי הצעדים, עצירות הקצה, התנור והתרמוקופול, לסיכות המתאימות שלהם.בדיקות קו כרוכות בשימוש בסדרה של פקודות תנועה, הנקראות G-code, כדי להדפיס תכלת הלוך ושוב על לוחית הבנייה בתבנית בסיסית כדי להעריך מאפייני תריס בודדים, כגון עובי או עקביות. פרמטרי ההדפסה המשמשים עבור בדיקות הקו נכללים בטבלה. ליצירת עצמים תלת-ממדיים מורכבים, יש להזין את העצם להדפסה בקובץ שפת tesselation סטנדרטי ל- Repetier ולפרוס אותו לקוד G תלת-ממדי להדפסה.הפרמטרים להדפסת עצמים תלת-ממדיים כלולים בטבלה. כדי לקבוע את הדיוק הממדי של מדפסת הבלטת ההמסה של ייצור התוסף המשמשת לניסויים אלה בכיווני X, Y ו- Z בעת הדפסת חומר מוצק למחצה, הודפסה קוביית הבלטה של סנטימטר אחד בסנטימטר אחד. הקובייה נסרקה אז תלת מימדית והשוותה באופן ממדי מול מחשב הקוביה המקורי בסיוע נתוני טיוטה.הדגם המקורי וסריקת תלת-ממד הושוו לאחר מכן באמצעות תוכנת Cloud Compare בקוד פתוח. לפני חיבור המערכת או הפעלת ספק הכוח, ודא כי החיווט נעשה כראוי ו שהוא נבדק על-ידי טכנאי מוסמך. ADDME היא פלטפורמה פתוחה הניתנת להתאמה אישית ללימוד תהליך ההמסה עם יישומים במזון וחסם הדפסה בתלת-ממד.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

בעלות נמוכה cryo-Light Stage מיקרוסקופית ייצור עבור אור בקורלציה / מיקרוסקופית אלקטרונים

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

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

דיגום מהיר ועלות נמוכה של מכשירים רפואיים באמצעות 3D מודפס תבניות להזרקת נוזלים

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 של הסחוס, תחליפי רקמת העור ניצול פסיבים הרומן ערבוב טכניקה יחידה עבור 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

התפתחות ביוסנסור אלקטרוכימי דנ א כדי לזהות חיידק והקאה

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

יישומים ללוחות תאורה בקוד פתוח מיקרופלייט

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

רקמת הלבלב הנגזר מטריקס Bioink עבור הדפסת 3D Cell לאדן רקמות הלבלב בנייה

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

פלטפורמת טכנולוגיית קוד פתוח לייצור דגמי תרבות תלת-ממדית מבוססי הידרוג'ל באופן אוטומטי ומתוקנן

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

עלות נמוכה, דיפסטיק מבוקר נפח שתן לבדיקה ביתית

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

ערכת כלים בקוד פתוח: מערך מיקרו-אלקטרוניקה של סיבי פחמן עבור הקלטת עצבים

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