L’innovazione open source apre nuove prospettive nella stampa 3D su microscala
Una ricerca condotta nel laboratorio del professor Paul Dalton ha presentato un piano di istruzioni per realizzare stampanti 3D in microscala accessibili e open source, aprendo nuove possibilità nell’ingegneria dei tessuti e nello sviluppo di biomateriali.
Descritto sulla rivista Additive Manufacturing, il lavoro del pioniere del laboratorio di elettroscrittura a fusione (MEW), Paul Dalton, professore presso il Dipartimento di Bioingegneria del Phil and Penny Knight Campus for Accelerating Scientific Impact, rende ora disponibile ai ricercatori di tutto il mondo una tecnologia avanzata di stampa 3D su microscala utilizzata nell’ingegneria dei tessuti, nella ricerca sul cancro e nella biofabbricazione.
Pubblicato il 5 giugno 2023, l’articolo ha suscitato un grande interesse nella comunità della produzione additiva. Il focus è sul MEW, una forma unica di produzione additiva inventata da Dalton che consente la creazione di strutture fibrose e porose ad alta risoluzione utilizzando polimeri fusi caricati elettricamente. Tuttavia, l’alto costo delle stampanti 3D MEW commerciali, che possono raggiungere i 100.000 dollari, e la mancanza di opzioni personalizzate standardizzate hanno rappresentato un ostacolo alla ricerca nel settore. Il nuovo documento fornisce un piano di istruzioni completo per convertire una stampante 3D standard in una valida stampante di ricerca per la bioingegneria con un costo inferiore ai 3.000 dollari, aprendo così nuove possibilità nell’ingegneria dei tessuti e nello sviluppo di biomateriali.
“Le tecnologie di produzione avanzate dovrebbero essere accessibili a tutti i ricercatori”, afferma Dalton. “Questo progetto dimostra come la libertà intellettuale guidi l’innovazione e come l’hardware open source riduca i costi e aumenti l’accessibilità. Abbiamo uno strumento potente per la ricerca biomedica e il divertimento è appena cominciato”.
Il finanziamento iniziale per il progetto è stato fornito dal Phil and Penny Knight Campus per accelerare l’impatto scientifico. Il team di ricercatori del Knight Campus include l’ingegnere ricercatore Simon Luposchainsky, i dottorandi visitatori Paula González Saiz e Ander Reizabal López-Para e i ricercatori visitatori Sönke Menke e Taavet Kangur.
Attraverso una modifica di una stampante 3D open source economica, è possibile ottenere impalcature molto più sottili e complesse, afferma Dalton. Una delle principali innovazioni del dispositivo è attribuita a Luposchainsky, che ha sviluppato un sistema di alimentazione del filamento per la stampa 3D, aprendo ampie possibilità e consentendo ai ricercatori di produrre nuovi tipi di materiali. Insieme al sistema di alimentazione a filamento, il team ha utilizzato un sistema di alimentazione pneumatica MEW convenzionale con un serbatoio per siringa. La configurazione MEWron a filamento convertito consente un controllo preciso del flusso, consentendo la combinazione di diverse fibre di diametro in impalcature ad alta risoluzione. D’altro canto, la siringa MEWron offre una piattaforma economica e facilmente modificabile per i ricercatori interessati a strutture ad alta risoluzione.
Oltre ai ricercatori del Knight Campus, il progetto ha coinvolto anche ricercatori della Scuola di Ingegneria dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) di Losanna, in Svizzera, e del Centro basco per i materiali dell’Università dei Paesi Baschi. Luposchainsky, coautore dell’articolo, afferma che la natura collaborativa del progetto aprirà la strada a progressi accelerati nella ricerca in tutto il mondo.
“Stiamo lanciando una rete globale di collaborazione nel campo della stampa 3D in fibra”, afferma Luposchainsky. “Con questo hardware, testare nuovi approcci alla stampa 3D di polimeri su scala micron non è mai stato così facile”.
Durante lo sviluppo del dispositivo, il team ha dato la priorità a componenti convenienti e facilmente reperibili sul mercato. Hanno convertito un kit di stampante 3D Fused Filament Fabrication (FFF) disponibile in commercio, una stampante FFF Voron 0.1 open source, in un versatile dispositivo di elettroscrittura a fusione soprannominato “MEWron”.
Il progetto ha incluso anche un’importante componente educativa e formativa, coinvolgendo studenti come Taavet Kangur, studente di robotica presso l’EPFL, e Sönke Menke, studente di biofabbricazione presso l’Università di Würzburg. Entrambi hanno partecipato al progetto come parte delle loro tesi di master. Inoltre, i dottorandi visitatori Paula González Saiz e Ander Reizabal López-Para di BCMaterials hanno acquisito competenze nell’assemblaggio di stampanti 3D e nell’uso della nuova tecnologia di stampa 3D, portando le loro conoscenze al loro istituto di ricerca.
Questa iniziativa del professor Dalton nella stampa 3D su microscala e il suo impegno nel tradurre le scoperte scientifiche in tecnologie accessibili stanno aprendo la strada a future innovazioni biomediche, afferma Robert Guldberg, vicepresidente e direttore esecutivo del Robert e Leona DeArmond Knight Campus. Facendo delle tecnologie di produzione avanzate accessibili a tutti i ricercatori, il Knight Campus sta diventando un leader nella biofabbricazione, migliorando al contempo l’innovazione della ricerca condotta in Oregon.
I collaboratori internazionali del progetto includono Jürgen Brugger, capo del Microsystems Laboratory (LMIS1), il professor Christophe Moser, capo del laboratorio di dispositivi fotonici applicati (LAPD), e numerosi studenti.
