La stampa 3D di soluzioni di cellulosa gelificata e reticolata; un’esplorazione dei parametri di stampa e del comportamento dei gel

Analisi di bioprinting: cellulosa gelificata e reticolata per Bioink

Ricercatori neozelandesi hanno studiato tecniche di fabbricazione digitale e materiali di bioprinting, illustrando in dettaglio le loro scoperte nella recente stampa 3D di soluzioni di cellulosa gelificata e reticolata; un’esplorazione dei parametri di stampa e del comportamento dei gel . “

Poiché la stampa 3D è cresciuta in appello per gli utenti mainstream di tutto il mondo, gli impatti sono stati significativi a tutti i livelli: dai progetti fai-da-te alla produzione di componenti automobilistici , innovazioni nel settore aerospaziale , energia e molto altro; tuttavia, anche di fronte a tanti vantaggi e nuovi modi per risparmiare sui profitti, ci sono ancora sfide in corso nell’ottimizzazione.

L’ABS e il PLA sono ancora più comunemente utilizzati nella stampa 3D, ma poiché il regno della bioprinting continua ad espandersi, i ricercatori stanno iniziando a fare maggiormente affidamento sui bioink.

“Un aspetto chiave dello sviluppo del materiale a bioinchiostro è la cosiddetta finestra di biofabbricazione, un tentativo di descrivere i compromessi che devono essere fatti per raggiungere la massima fedeltà di stampa senza compromettere la capacità del materiale stampato di funzionare come impalcatura di tessuto, “Hanno spiegato i ricercatori. “Questa finestra non è specifica solo per il materiale bio-inchiostro utilizzato, ma dipende anche dall’hardware utilizzato inclusa l’impostazione di stampa utilizzata, ad esempio la pressione di estrusione, la velocità di stampa o l’altezza e la larghezza della linea.”

Finora, solo diversi solventi sono stati utilizzati con successo nella lavorazione della cellulosa. La mancanza di idoneità in viscosità è stata un problema in corso per quanto riguarda la bioprinting. Sebbene i ricercatori siano stati in grado di utilizzare la cellulosa disciolta nell’acetato 1-etil-3-metilimidazolio liquido ionico, non sono disponibili altre soluzioni note. C’è anche pochissima ricerca o lavoro di successo notato con soluzioni gelificate.

Elenco delle prove di stampa condotte con impostazioni diverse per la pressione di estrusione e la velocità di stampa.

Cubetti campione con misure laterali di 10 mm sono stati stampati per le prove di ricerca, fabbricati e quindi collocati in acqua deionizzata per la rigenerazione della cellulosa. I ricercatori hanno stampato complessivamente 27 campioni, analizzando lo stress da taglio.

Risultati dei test e delle misurazioni della matrice ortogonale L9.

I cubi ottimali dovrebbero avere superfici piane con le seguenti misure:

10 mm 2 alle superfici più vicine
Angoli di 90 °
Larghezza vista laterale di 10 mm
Altezza vista laterale di 10 mm
Mentre variavano le impostazioni di stampa, i ricercatori hanno notato differenze nei campioni da 156,09 mm 2 a 60,12 mm 2 . La pressione di stampa ha causato il maggiore impatto sulle parti, mentre la velocità ha comportato il “minor impatto sui parametri”. Complessivamente, le impostazioni migliori erano la pressione di 14 psi e la velocità di 5 mm / s.

Per verificare le impostazioni, è stata creata una stampa di esempio a forma di orecchio con sporgenze. I risultati sono stati buoni, lasciando i ricercatori a verificare il successo della loro tecnica e confermare il potenziale del loro nuovo bioink.

“Uno studio più dettagliato che coinvolge altre variabili, come il diametro dell’ugello e l’accelerazione, può migliorare ulteriormente la precisione e la risoluzione della stampa. Le impostazioni ottimali per la pressione e la velocità sono state trovate e utilizzate per stampare una forma organica complessa (orecchio umano). La stampa di questa struttura mostra che il gel di cellulosa è stato in grado di gestire lievi sporgenze senza materiale di supporto, pur mantenendo la fedeltà della forma “, hanno concluso i ricercatori.

“Questo nuovo materiale bio-inchiostro offre un’alternativa meno tossica meno costosa alla bioprinting usando uno dei materiali più abbondanti presenti sulla terra. Nel complesso, la stampabilità di questo nuovo materiale bio-inchiostro è incredibilmente promettente come alternativa economica agli attuali materiali bio-inchiostro a base di cellulosa. Come per tutti i nuovi materiali bio-inchiostro, per garantire la migliore stampa possibile sono necessarie l’ottimizzazione non solo della formulazione ma anche delle impostazioni della stampante. Qui, è stata testata solo una formulazione; tuttavia, molte varianti sono possibili e saranno testate in lavori futuri. “