محققان دانشگاه استنفورد فرآیند چاپ سه بعدی رزینی با وضوح بالا را توسعه داده اند. این رویکرد جدید خطر سخت شدن بیش از حد رزین را در فضاهای منفی مانند کانال ها یا حفره ها حذف می کند و آن را برای دستگاه های میکروسیال پرینت سه بعدی ایده آل می کند.
جوزف ام. دسیمون، یکی از بنیانگذاران و مدیر عامل سابق شرکت تولید کننده چاپگرهای سه بعدی کربن مستقر در کالیفرنیا، این مقاله را به نگارش درآورده است.
DeSimone که اکنون عضو هیئت مدیره این شرکت است، نقشی کلیدی در توسعه فناوری تولید رابط مایع پیوسته (CLIP) ثبت شده کربن ایفا کرد. تیم استنفورد در تحقیقات خود از نسخه اصلاح شده CLIP به نام CLIP تزریقی (iCLIP) استفاده کردند.
DeSimone در کنار رهبران پروژه Ian A. Coates و Gabriel Lipkowitz، به عنوان مخترع در یک درخواست ثبت اختراع در حال انتظار برای روش‌های مربوط به حفظ فضای منفی با استفاده از iCLIP فهرست شده است. پتنت ها و درخواست های ثبت اختراع CLIP و iCLIP به یک شرکت جدید واکسن و دارورسانی به نام PinPrint که توسط DeSimone تأسیس شده است، مجوز داده می شود.
رویکرد iCLIP تیم استنفورد به طور مداوم جریانی از رزین قابل پلیمریزاسیون تازه را در فضای منفی در طول پرینت سه بعدی تغذیه می کند. این امر باعث جابجایی رزین در خطر سخت شدن بیش از حد می شود و به کانال هایی با ارتفاع و قطر بسیار کوچکتر اجازه می دهد.
اندرو سینک، مهندس کاربردهای کارکنان در کربن، با ارسال پستی در X، این فرآیند پرینت سه بعدی رزین مبتنی بر تزریق را “جهش جدیدی در افزودنی” نامید. به گفته سینک، “این چیزهای باورنکردنی را در فضای فتوپلیمری فعال می کند.”
به گفته محققان، iCLIP طراحی بهبود یافته و آزادی مواد را برای دستگاه‌های میکروسیستم با وضوح بالا مانند تخت‌های عروقی و میکروسوزن‌های پشت میکروسیالی باز می‌کند.
این مطالعه با عنوان “استریولیتوگرافی با وضوح بالا: فضاهای منفی فعال شده با کنترل مکانیک سیالات” در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شد.
نحوه جلوگیری از پخت بیش از حد در پرینت سه بعدی رزین
فضاهای منفی برای دستگاه های میکروسیال، دستگاه های زیست پزشکی، شبکه های عروقی، رسانه های جداسازی و مدارهای الکترونیکی حیاتی هستند. آنها کنترل دقیق جریان سیال را تسهیل می کنند، دقت سنسور را بهبود می بخشند و راندمان جداسازی را افزایش می دهند.
روش‌های تولید افزودنی برای تولید این میکروسیستم‌ها به طور فزاینده‌ای اتخاذ شده‌اند. چاپ سه بعدی استریولیتوگرافی، از جمله پردازش نور دیجیتال (DLP)، در این زمینه محبوبیت خاصی پیدا کرده است. چاپگرهای سه بعدی DLP از برجستگی های دو بعدی اشعه ماوراء بنفش استفاده می کنند تا لایه های لایه به لایه رزین فوتوپلیمریزاسیون پذیر را خشک کنند.
اگرچه چاپ سه بعدی CLIP مربوط به DLP است، در عوض به تجدید رزین در سطح ساخت متکی است. این فرآیند از یک پنجره تراوا به اکسیژن استفاده می کند، که یک ناحیه بدون پلیمریزاسیون در انتهای مخزن رزین ایجاد می کند. این “منطقه مرده” از سخت شدن و چسبیدن رزین مایع به پنجره طرح ریزی جلوگیری می کند و زمان چاپ سه بعدی کوتاه تر و ایجاد قسمت های سبز شکننده تر را امکان پذیر می کند.
در استریولیتوگرافی، اپتیک با وضوح بالا برای هدایت دقیق نور UV و پخت دقیق هر لایه از رزین در صفحه XY استفاده می شود. با این حال، دستیابی به وضوح بالا در محور Z (عمودی) چالش برانگیزتر است.
در اینجا، محدود نگه داشتن نور در یک لایه، با نشت UV به لایه های چاپ سه بعدی قبلی، می تواند دشوار باشد. این منجر به رزولوشن پایین تر می شود و رزین در فضاهای منفی که قبلا ایجاد شده بود بیش از حد پخت می شود.
تلاش‌های کنونی برای غلبه بر این موضوع شامل افزودنی‌های کاهش‌دهنده نور UV در رزین‌ها است که ضخامت لایه را برای بهبود دقت چاپ سه بعدی کنترل می‌کند. با این حال، این افزودنی ها برای سخت شدن رزین به نور قوی تری نیاز دارند و فرآیند چاپ سه بعدی را کند می کنند. آنها همچنین اغلب دارای خواص سمی هستند که آنها را برای کاربردهای پزشکی یا علوم زیستی نامناسب می کند.
بنابراین، محققان به چاپ سه بعدی iCLIP روی آوردند. این تیم به طور مداوم رزین های اکسیژن دار طبیعی (ممانعت شده) را از طریق پلت فرم ساخت پمپ می کردند و رزین های باقیمانده ای را که ممکن بود در کانال های چاپ سه بعدی بیش از حد پخته شوند، خارج می کردند. این روش به تیم اجازه داد تا فضاهای منفی با وضوح بالا را با مواد مختلف با موفقیت چاپ سه بعدی کند.
iCLIP 3D کانال های میکروسیالی با وضوح بالا را چاپ می کند
برای آزمایش فرضیه خود، تیم استنفورد در ابتدا میکروکانال هایی با قطر 200 میکرومتر را در زوایای 0 تا 90 درجه چاپ سه بعدی کردند.
با استفاده از چاپ سه بعدی استریولیتوگرافی معمولی، کانال 90 درجه بسیار مستعد خشک شدن بیش از حد است. هنگامی که کانال ها با استفاده از iCLIP ساخته شدند، تصاویر میکروگراف نوری نشان داد که تمام زوایا با وضوح بالا به صورت سه بعدی چاپ شده اند.
در مرحله بعد، تیم تیم یک شبکه میکروسیال را با زاویه 30 درجه با قطر کانال بین 50 میکرومتر و 200 میکرومتر پرینت کرد. هر دو تصویربرداری و میکروسکوپ الکترونی وضوح دقیق را در تمام فضاهای منفی در هنگام استفاده از فرآیند iCLIP تأیید کردند.
محققان همچنین بررسی کردند که چگونه نرخ تزریق رزین تازه بر وضوح کانال در طول پرینت سه بعدی iCLIP تأثیر می گذارد. آنها یک “عدد گردش مالی” (Tu) ایجاد کردند تا نسبت بین سرعت تزریق رزین تازه و سرعت چاپ فضای منفی (یا کانال) را اندازه گیری کنند.
هنگامی که هیچ رزینی تزریق نمی شد، کانال های پرینت سه بعدی بیش از حد پخته شده و به طور نامناسب شکل گرفتند. با افزایش Tu، و تزریق رزین بیشتر، کانال ها بیشتر با طراحی مورد نظر مطابقت داشتند. با این حال، افزایش بیش از حد نرخ جریان می تواند باعث گشاد شدن یا ترک خوردن کانال ها شود.
رابطه بین Tu و عمق نفوذ رزین (Dp)، مسافتی که نور ماوراء بنفش می تواند قبل از بی اثر شدن به داخل رزین طی کند، نیز ارزیابی شد. تیم دریافتند که با افزایش Dp، Tu نیز برای دستیابی به وضوح کانال دقیق مورد نیاز است. این تضمین می کند که رزین تازه جایگزین رزین قدیمی قبل از قرار گرفتن بیش از حد در معرض اشعه ماوراء بنفش شود و تشکیل لایه مناسب در طول پرینت سه بعدی حفظ شود.
با نگاهی به آینده، محققان بر این باورند که چاپ سه بعدی iCLIP ارزش قابل توجهی برای دستگاه های پزشکی شخصی و کاربردهای میکروالکترومکانیکی دارد.
برای نشان دادن این موضوع، آنها طیف وسیعی از میکروسیستم‌های مجهز به iCLIP را چاپ کردند، از جمله یک پچ میکروسوزن، شبکه‌های عروقی برای سیستم‌های انتقال خون، عناصر گالیوم رسانا و یک شبکه پرفیوژن متخلخل.
با توجه به تلاش‌هایی که DeSimone برای ثبت اختراع این فناوری برای شرکت جدید زیست‌پزشکی خود انجام داده است، ممکن است مدت زیادی طول نکشید که دستگاه‌هایی مانند این وارد بازار تجاری شوند.
دستگاه های میکروسیال پرینت سه بعدی
تولید افزودنی به طور فزاینده ای برای کاربردهای میکروسیال مورد استفاده قرار می گیرد. سال گذشته، محققان دانشگاه فناوری کوئینزلند، پرینت سه بعدی رزین را برای تولید اجزای میکروسیال برای کاربردهای مبتنی بر سلول ارزیابی کردند.
رزین‌های MOIIN High Temp و MOIIN Tech Clear از DMG Digital Enterprises همراه با پرینترهای سه بعدی ASIGA UV Max X27 DLP برای ساخت طرح‌های میکروسیال رایج استفاده شدند. اینها شامل دستگاه های کشت تک لایه دوبعدی، آرایه های ستونی و کانال های منقبض کننده برای مولدهای قطرات بود.
این مطالعه نتیجه گرفت که رزین های MOIIN High Temp و MOIIN Tech Clear در چاپ سه بعدی کانال های میکروسیال برای کاربردهای مبتنی بر سلول موثر هستند. تایید شد که هر دو ماده زیست سازگار هستند و از طریق پلتفرم های تصویربرداری مانند میکروسکوپ قابل مشاهده هستند.
در جای دیگر، محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) اخیرا دستگاه های میکروسیال پرینت سه بعدی ساخته اند که خود گرم می شوند. این دستگاه ها که به موادی به ارزش تقریبی 2 دلار نیاز دارند، می توانند به عنوان ابزار تشخیص بیماری کم هزینه تولید شوند.
تیم MIT از چاپ سه بعدی اکستروژن چند ماده ای استفاده کرد که شامل یک پلیمر زیست تخریب پذیر (اسید پلی لاکتیک یا PLA) و یک نسخه اصلاح شده با نانوذرات مس است. هنگامی که به یک مقاومت تبدیل می شود، این PLA اصلاح شده رسانا می شود. این اجازه می دهد تا جریان های الکتریکی به عنوان گرما از بین بروند و در نتیجه یک دستگاه میکروسیال خود گرم شونده ایجاد شود که می تواند در یک مرحله چاپ سه بعدی شود.
نامزدها اکنون برای سال 2024 باز هستند جوایز صنعت چاپ سه بعدی.
چه می کند آینده پرینت سه بعدی نگه دارید؟
چه کوتاه مدت گرایش های چاپ سه بعدی توسط کارشناسان صنعت برجسته شده است؟
مشترک شدن در خبرنامه صنعت چاپ سه بعدی تا از آخرین اخبار پرینت سه بعدی مطلع شوید.
شما همچنین می توانید ما را دنبال کنید توییتر، مانند ما فیس بوک صفحه و مشترک شوید صنعت چاپ سه بعدی یوتیوب کانال برای دسترسی به محتوای اختصاصی تر
تصویر ویژه شماتیکی از فرآیند iCLIP و ساختارهای منفی حل شده حاصل را نشان می دهد. تصویر از طریق PNAS
منبع: https://3dprintingindustry.com/news/carbon-founder-joseph-desimone-targets-new-microfluidic-3d-printing-patent-232664/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=carbon-founder-joseph-desimone-targets-new-microfluidic-3d-printing-patent
