3D Printer


Title : 3D printer for tissue engineering

Date: November-2014


Ιορδανίδης Χάρης facebook email

Κότσιρας Ηλίας facebook email

Μάντζος Αργύρης facebook email

Στέφος Γιώργος facebook email






10979225_10206528779600831_1037420043_n.jpg



Short abstract : Κατασκευή 3D printer σχεδιασμένο ώστε να δέχεται κεφαλές biopen.

Acknowledgements: Αρχικά θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε το σύνολο του Biolab για την βοήθεια και την υπομονή τους όλο αυτόν τον καιρό
Ιδιαίτερες ευχαριστίες θα θέλαμε να δώσουμε:
Στον Γιώργο Βασιλείου, του εργαστηρίου στοιχείων μηχανών
Στο Νίκο Καβαλόπουλο
Στον Αλέξανδρο Πόλεσιουκ για την πολύτιμη βοήθεια του
και στον κο. Λεωνίδα Αλεξόπουλο

Εισαγωγή:
Ο στόχος μας ήταν η κατασκευή ενός 3D printer ο οποίος να μπορεί να εκτυπώνει ιστό. Για να γίνει αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα υλικό εκτύπωσης το οποίο να είναι βιοσυμβατό και να μπορεί να στερεοποιείται ώστε να συγκρατούνται τα κύτταρα στη θέση του χώρου όπου έχουμε ορίσει. Στην δικιά μας περίπτωση το υλικό αυτό είναι το αλγινικό νάτριο πολυμερισμένο με χλωριούχο ασβέστιο. Αρχικά το σχέδιο βασίστηκε ώστε ο printer να είναι συμβατός με το biopen που διέθετε το εργαστήριο, αλλά μπορεί εύκολα να δεχτεί διαφόρων τύπων κεφαλές.


Τεχνικά Χαρακτηριστικά:
  • 3 axis movement
  • printing area : 120mmx80mmx200mm
  • precision on z axis movement : 0.03mm
  • precision on xy axis movement: 0.02mm
  • controller: arduino mega
  • firmware: Marlin
  • software: Pronterface, Cura
final.png
Βάση-Πλαίσιο:
Η βάση του printer είναι φτιαγμένη από προφίλ αλουμινίου 50x50, και η κίνηση του κατά xy βασίζεται σε μια αυτοσχέδια πλατφόρμα κίνησης κατά xy, όσο για την κίνηση στον άξονα z βασίζεται στον γραμμικό επενεργητή misumi lx20. Η βάση και το πλαίσιο όπου είναι δομημένος ο printer είναι κατασκευασμένες με τέτοιον τρόπο ώστε να υπάρχει μεγάλη προσαρμοστικότητα όσον αφορά το calibration των αξόνων.

Ακολουθούν κάποιες φωτογραφίες από την πορεία της κατασκευής:


ilias-platform.jpg




pc-platform.jpeg

profil-cut.jpeg

profil-assempley.jpeg


Ηλεκτρονικά:

Για τα ηλεκτρονικά χρησιμοποιήθηκε ένας microcontroller adruino mega, 3 stepper drivers smc11 nanotech, 1 easydriver και 3 stepper motors+1 για τον extruder. Αυτά δέθηκαν πάνω σε μια αυτοσχέδια πλακέτα από plexi glass και αφού προσαρμόστηκε και η παροχή ρεύματος, βιδώθηκαν όλα μαζί στο πλαίσιο του printer.

h.jpg


Software:
Όσον αφορά το λογισμικό, ως firmware για τον arduino χρησιμοποιήθηκε το Marlin. Για μετατροπή του αρχείου .stl σε g-code χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Cura, ενώ για την αποστολή των εντολών στον controller χρησιμοποιήθηκε το pronterface. Παρατίθενται στο τέλος σχετικά αρχεία.



Alginate:

Παράλληλα με την κατασκευή του 3D printer, ασχοληθήκαμε με την λειτουργία του Biopen που βρισκόταν στο εργαστήριο, παλαιότερη εργασία συμφοιτητών μας. Αρχικά ακολουθήσαμε τα ίδια βήματα προκειμένου να δούμε πώς συμβαίνει ο πολυμερισμός του αλγινικού νατρίου με το χλωριούχο ασβέστιο. Πράγματι, κατά την ανάμειξη των διαλυμάτων των δύο ουσιών είδαμε ότι σχηματίζεται στερεό προϊόν. Δοκιμάσαμε διάφορες αναλογίες κατά την ανάμειξη των διαλυμάτων, όπως επίσης και διαφορετικές πυκνότητες για το καθένα. Δοκιμάσαμε το πείραμα με κορεσμένο διάλυμα χλωριούχου ασβεστίου και είδαμε πως τα αποτελέσματα ήταν καλύτερα. Προχωρήσαμε και σε άλλες μεθόδους ανάμειξης των ουσιών (σύριγγες, πιπέτες κ.α.) και καταλήξαμε σε μέθοδο που επιτυγχάνει ιδιαίτερα ικανοποιητικά τον πολυμερισμό αλλά και την εκτύπωση σε layers της παραγόμενης ουσίας.

Επόμενα Βήματα:

Σκέψεις και ιδέες για το μέλλον:
  • Κατασκευή αξιόπιστης κεφαλής που να εξάγει αλγινικό νάτριο και χλωριούχο ασβέστιο
  • Κατασκευή ευέλικτης διάταξης πάνω στον άξονα z που να μπορεί να υποδέχεται πληθώρα κεφαλών (μια πρώτη δική μας διάταξη υπάρχει ήδη, αλλά επιδέχεται πολλών βελτιώσεων)