Un hackerabile, multi

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 12294 (2022) Citare questo articolo

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La stampa tridimensionale (3D) è emersa come un potente strumento per la ricerca e lo sviluppo di materiali, alimenti e scienze della vita, dove la democratizzazione della tecnologia richiede il progresso di piattaforme open source. Qui, abbiamo sviluppato una stampante 3D a estrusione modulare, multifunzionale e hackerabile per materiali morbidi, soprannominata Printer.HM. I moduli multi-testina di stampa sono basati su un braccio robotico per la creazione di strutture eterogenee, in cui la stampabilità dell'inchiostro può essere regolata da accessori come moduli di riscaldamento e UV. Il software associato a Printer.HM è stato progettato per accettare input geometrici inclusi modelli di progettazione assistita da computer, coordinate, equazioni e immagini, per creare stampe con caratteristiche distinte. Printer.HM potrebbe inoltre eseguire operazioni versatili, come l'erogazione di liquidi, la stampa non planare e il prelievo e posizionamento di meso-oggetti. Utilizzando impostazioni software e hardware "mix-and-match", Printer.HM ha dimostrato la stampa di attuatori morbidi sensibili al pH, idrogel funzionali a base vegetale e modelli macroanatomici di organi. Integrando convenienza e design aperto, si prevede che Printer.HM democratizzi la stampa 3D per architetture di materiali morbidi, biologici e sostenibili.

L’avvento della stampa 3D offre libertà potenziali per creare rapidamente materia dall’architettura arbitraria da un’ampia varietà e combinazione di materiali morbidi e funzionali, rivoluzionando diversi campi di ricerca, dall’alimentazione all’ingegneria dei tessuti, all’elettronica morbida e alla robotica1,2,3,4,5 ,6. Tra le diverse modalità di stampa 3D per materiali morbidi, la stampa basata su estrusione è probabilmente la modalità più utilizzata grazie alla sua ampia compatibilità con i materiali, al basso utilizzo di materiale, ai bassi sprechi e alla sua capacità di controllare spazialmente le proprietà della costruzione2,3,7,8,9 , come composizione10, proprietà fotoniche11, orientamento delle fibre incapsulate12,13 e proprietà ferromagnetiche14. Tuttavia, le innovazioni in corso nella stampa 3D a estrusione devono superare la barriera dei costi e la limitata adattabilità associata ai sistemi commerciali esistenti. Sebbene siano state segnalate diverse stampanti 3D a estrusione personalizzate e open source15,16,17,18,19, i materiali e le architetture stampabili erano limitati da un set incompleto di strumenti ausiliari e opzioni del percorso di stampa (come riepilogato nella Tabella supplementare I e Figura supplementare 1). Per democratizzare la stampa per estrusione multifunzionale, segnaliamo lo sviluppo di una stampante 3D basata su estrusione multi-testina e altamente personalizzabile per materiali morbidi. Nel presente documento chiameremo la stampante "Printer.HM", dove HM sta per Hackable e Multifunzionale. Printer.HM può accettare facilmente diversi input geometrici, come coordinate, equazioni e immagini, oltre all'input del codice G convenzionale di progettazione assistita da computer (CAD). I costi totali per creare una versione di Printer.HM sono compresi tra £ 900 e £ 1.900 (richiedendo tra 2 e 4 ore di installazione, escluso il tempo di stampa delle parti), a seconda del numero di servizi equipaggiati. Printer.HM offre un'eccellente compatibilità di stampa con un'ampia varietà di materiali liquidi e morbidi (da mPa s a kPa s); e possono essere eseguite una miriade di operazioni, tra cui l'erogazione di liquidi, la stampa multi-materiale, la stampa a velocità variabile, la stampa non planare e l'applicazione pick-and-place. In virtù del design modulare di "Printer.HM" e dell'uso di un braccio robotico come controllo del movimento, gli utenti possono facilmente assemblare e riconfigurare la configurazione ed espandere le sue funzionalità, in base alle esigenze sperimentali individuali. Nel complesso, prevediamo che la natura hackerabile, espandibile e conveniente di Printer.HM può promuovere l’adattabilità diffusa della tecnologia di stampa 3D a estrusione, facilitando innovazioni aperte nelle comunità di ricerca che utilizzano materiali morbidi, biologici e sostenibili.