La stampa 3D consente ai ricercatori e agli inventori di tutte le discipline di indagare su applicazioni che non possono essere eseguite con altre tecnologie. L’industria della stampa 3D ha avviato una revisione periodica della letteratura disponibile sull’argomento per offrire ai nostri lettori gli sviluppi più all’avanguardia.
In questa edizione quasi 30 articoli di ricerca e brevetti che esplorano la micro stampa 3D, l’ingegneria tissutale e i materiali compositi di artisti del calibro di Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, Argonne National Laboratory e Siemens.
Grazie alla sua capacità di creare scaffold cellulari complessi che diventano tessuti viventi, il bioprinting 3D è un argomento molto popolare nella letteratura di ricerca corrente.
Presso l’ Università di Sydney , in Australia, il Dr. Qing Li et al. recentemente testato gli effetti di un bioink composito collageno / osseo per la sua capacità di incoraggiare la crescita delle cellule del midollo osseo umano (hBMSCs). Stampato in 3D come scaffold di supporto cellulare, questa miscela di materiali si è rivelata più efficace del solo collagene nella stimolazione della crescita delle cellule ossee. Di conseguenza, le conclusioni affermano che i bioinks “sarebbero adatti per […] essere un sostituto osseo personalizzato poroso” e che “gli scaffold per la stampa 3D sarebbero un candidato futuro per l’applicazione clinica in futuro”.
La sperimentazione completa e le conclusioni sono pubblicate online nella rivista Tissue Engineering , nel documento intitolato ” Impalcature stampate con idrossiapatite / collagene 3D e i loro effetti osteogenici su hBMSC “.
Anche in Tissue Engineering, la parte A di Tyler Hoffman, il dott. Alireza Khademhosseini e il dott. Robert S. Langer offrono una rassegna di come il campo sia cambiato negli ultimi 25 anni. ” Chasing the Paradigm: Traduzione clinica di 25 anni di ingegneria tissutale ” è accessibile qui.
Il paradigma dell’ingegneria dei tessuti come descritto da Hoffman, Khademhosseini e Langer, oltre a una dimostrazione di come gli articoli di ingegneria tissutale pubblicati siano aumentati negli ultimi anni. Immagine via giornale di ingegneria del tessuto
Il paradigma dell’ingegneria dei tessuti come descritto da Hoffman, Khademhosseini e Langer, oltre a una dimostrazione di come gli articoli di ingegneria tissutale pubblicati siano aumentati negli ultimi anni. Immagine via giornale di ingegneria del tessuto
Passando ad altri organi, ed esaminando in particolare la capacità di sviluppare tessuti renali, una squadra del principale Istituto di Wake Forest per la Medicina Rigenerativa (WFIRM) ha recentemente pubblicato un documento in Advanced Healthcare Materials. In questo studio, il ricercatore Mohamed Ali, Anil Kumar PR, James J. Yoo, Faten Zahran, Anthony Atala e Sang Jin Lee sviluppano un bioink reticolabile adatto alla bioprinting cellulare che potrebbe portare a una migliore formazione del tessuto.
Maggiori informazioni su ” Un Bioink derivato da ECM retinico Photo-Kidney accelera la formazione di tessuti renali “.
In un altro documento di un altro team della WFIRM, i pensatori innovativi dell’istituto descrivono anche la necessità di una maggiore compatibilità tra i dosaggi ad alta produttività, utilizzati per i test e le colture cellulari 3D, come creati dal bioprinting 3D. La discussione, ” Bioprinting 3D per screening ad alto rendimento: screening dei farmaci, modellazione delle malattie e applicazioni di medicina di precisione ” può essere letta integralmente qui.
Formazione sui chirurghi e comprensione del cancro
Altrove nella stampa 3D medica, i ricercatori stanno anche studiando la produzione di modelli anatomici (per la pianificazione chirurgica e l’addestramento) e di dispositivi microfludici (da utilizzare per lo screening dei farmaci).
In primo luogo, in un’indagine condotta dalla Ostbayerische Technische Hochschule Regensbur e dall’Ospedale universitario di Regensburg , in Germania, gli scienziati sostengono che “un fantoccio a mano stampato in 3D non deve essere solo geometricamente ma anche tatticamente corretto”. Come tale, il team sviluppa un flusso di lavoro software per progettare meglio la struttura dei modelli anatomici stampati in 3D per l’uso in allenamento. Questo è ulteriormente discusso in ” Imitare il tessuto molle umano sulla base di una stampa 3D bimateriale usando un metamateriale pieno di supporto per fornire tattile bimanuale per un sistema di allenamento per la chirurgia della mano “.
Passando allo screening dei farmaci, nelle ultime ricerche del Massonic Cancer Center dell’Università del Minnesota , è stata stampata una struttura del tumore vascolare microfluidica in 3D che consente ai ricercatori di esaminare la crescita di un tumore e testare nuovi farmaci antitumorali. I risultati, ” Modelli metastatici in vitro bioprintessi 3D attraverso la ricostruzione di microambienti tumorali ” sono pubblicati online nella rivista Advanced Materials .
Schema che mostra come proliferano le cellule renali all’interno di diverse cellule di test e “Foto di una camera di coltura stampata in 3D per test di migrazione cellulare guidata”. Immagine tramite giornale Materiali avanzati.
Diagramma schematico che mostra come proliferano le cellule renali all’interno di diverse cellule di test e “Foto di una camera di coltura stampata in 3D per test di migrazione guidata delle cellule”. Immagine tramite la rivista Advanced Materials.
Comprensione dell’additivo metallico e della sua applicazione nello spazio
In uno studio presentato come il primo del suo genere, una collaborazione della Northwestern University e dell’Argonne National Laboratory ha rivelato come l’interazione laser influenzi il flusso di polvere e la formazione della porosità nella produzione additiva. Utilizzando l’imaging a raggi X ad alta velocità, il team studia gli effetti di fusione di un laser a basso costo sulla polvere soffiata, con l’obiettivo di comprendere la fisica sottostante dell’interazione laser nella deposizione di energia diretta (DED).
“L’ imaging radiografico in-situ ad alta velocità della produzione di additivi per la deposizione di energia diretta piezoelettrica ” è pubblicato come accesso aperto nella rivista Scientific Reports . Di seguito una delle serie di immagini registrate nello studio di Northwestern e Argonne.
Il movimento di due particelle di polvere tracciate da raggi X ad alta velocità a Argonne / Northwestern. “Interazione di due particelle che ruotano nel pool di fusione durante un esperimento in modalità keyhole in cui la potenza del laser è di 250 W e la velocità di scansione è di 300 mm / s. ” Immagine e didascalia tramite rapporti scientifici
L’interazione di due particelle che ruotano nel pool di fusione durante un esperimento in modalità buco della serratura in cui la potenza del laser è di 250 W e la velocità di scansione è di 300 mm / s. “Immagine e didascalia tramite rapporti scientifici
Nel frattempo, al Chongqing Institute of Green e Intelligent Technology (CIGIT), Cina, i ricercatori sono alla ricerca di una stampante 3D in metallo che può produrre parti in condizioni di bassa gravità. Usando una materia prima metallica a base di filo metallico, il team ha sviluppato un sistema a 8-laser e prevede di testarlo in volo parabolico nel prossimo futuro. Fai attenzione a Made In Space .
” Produzione avanzata di additivi per laser a filo metallico nello spazio ” è pubblicato da SPIE ed è co-autore di Xueping Ding, Farui Du, Qi Zhang, Guoyu Wang, Shuqian Fan e Xuanming Duan.
Fantastici stampati 3D in plastica e materiali compositi
Poiché la domanda di più severe resine stampabili 3D cresce, Georgia Tech e Southwest Jiaotong University i ricercatori hanno sviluppato un materiale adatto per processi di scrittura inchiostro diretta (DIW). Un polimero a memoria di forma, la resina ad alta resistenza è adatta anche per applicazioni di stampa 4D. Secondo l’abstract “Questa stampa 3D DIW assistita da UV tramite un metodo di indurimento a due stadi può ampliare l’applicazione della stampa 3D per fabbricare materiali termoindurenti con maggiore robustezza e proprietà sintonizzabili per applicazioni funzionali e ad alte prestazioni.”
“La produzione di resina epossidica resistente con effetti di memoria di forma mediante stampa di scrittura con inchiostro diretto assistita da UV ” è disponibile qui.
Trasformazione del logo Georgia Tech stampato 3D DIW realizzato utilizzando i polimeri a memoria di forma dura del team. Immagine tramite giornale Soft Matter.
Anche per SLA, lo studente del North Dakota State University (NDSU), Patrick Glenn Simpson, ha presentato un metodo per la produzione additiva di compositi a fibre corte .
Inoltre, affrontando la necessità di materiali in polvere di grandi volumi per SLS, Case Western Reserve University presenta un metodo semplice per combinare PA12 con nero di carbonio. Leggi ” Stampa 3D di un robusto composito di poliammide-12-nero di carbonio tramite sinterizzazione laser selettiva: conduttività termica ed elettrica ” in materiali e ingegneria macromolecolare.
Altrove, presso l’Università Aeronautica di Embry-Riddle (ERAU), gli scienziati stanno studiando la stampabilità 3D dei materiali compositi a cambiamento di fase (PSM). I PCM sono una classe di materiali in grado di assorbire e rilasciare grandi quantità di calore / energia, in quanto tali, rappresentano un’alternativa utile a più applicazioni di gestione termica convetional. All’ERAU Thomas Freeman, David Spitzer, Patrick Currier, Virginie Rollin e Sandra Boetcher hanno condotto uno studio preliminare sulla temperatura del fuso e l’estrusione FFF di un tipo di PCM.
Le immagini SEM e le misurazioni della temperatura di fusione del filamento sono riportate nel Journal of Thermal Science e nelle applicazioni di ingegneria come ” Filamento composito PCM / HDPE: un primo passo verso l’uso con la stampa 3D per applicazioni di gestione termica “.
Ora dalla macro al micro. ” Un quadro guida per la produzione additiva di microestrusione ” è stato descritto da Edidiong Nseowo Udofia e Wenchao Zhou presso l’ Università dell’Arkansas . In questo documento, Udofia e Zhou delineano una roadmap per una stampa 3D di successo a risoluzione eccellente e descrive alcune delle sfide future del processo.
In alternativa, adottando l’ approccio di polimerizzazione a due fotoni non estrusione (TPP), un altro team di CIGIT, in collaborazione con l’Istituto tecnico di fisica e chimica, ha presentato il funzionamento di una nuova stampante 3D micro. Un oggetto di prova stampato in 3D su questo sistema misura solo 1,6 mm ed è stato realizzato con una precisione di 10 μm. Leggi ” Produzione additiva di strutture 3D di micron-accuratezza su scala millimetrica ” in Front Matter: Volume 10842 .
Il software completa hardware e materiali
Completando il trifecta di stampa 3D, quest’ultima selezione di documenti si concentra sugli sviluppi del software.
Concentrandosi sulla progettazione strutturale dei nuclei delle macchine elettriche, un team dell’Università di Nottingham ha sviluppato un’ottimizzazione della topologia basata sull’analisi degli elementi finiti (FEA) che potrebbe essere adatta alla produzione tramite produzione additiva. Il lavoro è stato condotto in collaborazione con Michele Garibaldi, Additive Manufacturing Engineer presso Siemens in Belgio. Il lavoro può essere rivisto online sul Journal of Mechanical Design .
Anche l’utilizzo di FEA, Qingpeng Chen, Jiwen Chen, Yanhua Zhao, Chen Wang e Xian Chen propongono un metodo per bilanciare il rapporto peso / resistenza nella progettazione di produzione additiva. Il team della Shandong Jianzhu University utilizza il software ANSYS Workbench per eseguire la progettazione e un motore a farfalla viene utilizzato come esempio. Leggi ” Tecnologia di ottimizzazione della topologia cellulare per la nesting della macchina per la trazione di stampa 3D leggera ” negli Atti di ISBDAI ’18 .
Nuovi brevetti relativi alla stampa 3D e alla produzione additiva sono pubblicati quasi quotidianamente, quindi sarebbe meglio darvi una lista di alcuni tra i più recenti che sono venuti alla luce.
- Archiviato da Concept Laser GmbH nel 2018 e assegnato a CL Schutzrechtsverwaltung GmbH: un ” Apparecchio per la produzione additiva di oggetti tridimensionali “
- Per la California Space Systems Loral : un ” modulo RF additivo fabbricato “
- E, a Lawrence Livermore National Security, LLC , questo ” Metodo per la produzione additiva migliorata ” utilizzando un sottosistema HVLAD (High Velocity Laser Accelerated Deposition)