एक ओपन-सोर्स, कम लागत वाले बायोइंक और फूड मेलएक्सल एक्सट्रूशन 3डी प्रिंटर का डिजाइन
Summary
इस काम का उद्देश्य जैव चिकित्सा और खाद्य मुद्रण उद्योगों में अनुप्रयोगों के लिए खुले स्रोत और कम लागत वाले घटकों से बने जलाशय आधारित पिघला हुआ तीन आयामी प्रिंटर डिजाइन और निर्माण करना है।
Abstract
त्रि-आयामी (3 डी) मुद्रण एक तेजी से लोकप्रिय विनिर्माण तकनीक है जो अत्यधिक जटिल वस्तुओं को कोई रीटूलिंग लागत के साथ निर्मित करने की अनुमति देती है। यह बढ़ती लोकप्रियता आंशिक रूप से इस तरह के सिस्टम सेट अप लागत और आपरेशन में आसानी के रूप में प्रवेश के लिए बाधाओं गिरने से प्रेरित है । निम्नलिखित प्रोटोकॉल कस्टम भागों और घटकों के निर्माण के लिए एक योजक विनिर्माण पिघल एक्सट्रूजन (ADDME) 3 डी प्रिंटर के डिजाइन और निर्माण प्रस्तुत करता है। ADDME को 3डी-प्रिंटेड, लेजर-कट और ऑनलाइन-सोर्स घटकों के संयोजन के साथ डिजाइन किया गया है। प्रोटोकॉल को फ्रेमिंग, वाई-एक्सिस और बेड, एक्स-एक्सिस, एक्सट्रूजन, इलेक्ट्रॉनिक्स और सॉफ्टवेयर के शीर्षकों के तहत विस्तृत आरेख और भागों की सूची के साथ आसान-से-अनुवर्ती अनुभागों में व्यवस्थित किया जाता है। एडीएमई के प्रदर्शन का मूल्यांकन एक्सट्रूजन परीक्षण और चिपचिपा क्रीम, चॉकलेट और प्लूरोनिक एफ-127 (बायोइंक्स के लिए एक मॉडल) का उपयोग करके जटिल वस्तुओं की 3 डी प्रिंटिंग के माध्यम से किया जाता है। परिणामों से संकेत मिलता है कि ADDME सामग्री के निर्माण के लिए एक सक्षम मंच है और उद्योगों की एक विस्तृत श्रृंखला में उपयोग के लिए निर्माण करता है। विस्तृत आरेख और वीडियो सामग्री का संयोजन सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला से जटिल वस्तुओं की 3 डी प्रिंटिंग में रुचि रखने वाले व्यक्तियों के लिए कम लागत, आसान-से-ऑपरेट उपकरण तक पहुंच की सुविधा प्रदान करता है।
Introduction
योजक विनिर्माण एक शक्तिशाली विनिर्माण प्रौद्योगिकी है जिसमें औद्योगिक परिदृश्य1,2को महत्वपूर्ण मूल्य प्रदान करने की क्षमता है । योजक विनिर्माण की आकर्षक विशेषताओं में कोई टूलींग लागत, अनुकूलन के उच्च स्तर, जटिल ज्यामिति और प्रवेश लागत में कम बाधाएं शामिल नहीं हैं। कोई रीटूलिंग लागत प्रोटोटाइप के तेजी से विनिर्माण के लिए अनुमति नहीं देती है, जो “बाजार के लिए समय” को कम करने की कोशिश करते समय वांछनीय है, जो विकसित देशों में उद्योगों का एक महत्वपूर्ण उद्देश्य है जो कम मजदूरी वाले प्रतियोगियों के खिलाफ प्रतिस्पर्धी बने रहने की कोशिश कर रहाहै 1। अनुकूलन के उच्च स्तर जटिल ज्यामिति के साथ निर्मित होने वाले विभिन्न प्रकार के उत्पादों की अनुमति देते हैं। जब इन कारकों को सेट-अप, सामग्री और ऑपरेटर विशेषज्ञता के लिए कम लागत के साथ जोड़ा जाता है, तो योजक विनिर्माण प्रौद्योगिकियों का स्पष्ट मूल्य3होता है।
योजक विनिर्माण, जिसे 3 डी प्रिंटिंग भी कहा जाता है, में कंप्यूटर न्यूमेरिकल नियंत्रित (सीएनसी) सिस्टम3में किसी वस्तु की परत-दर-परत निर्माण शामिल है। मिलिंग जैसी पारंपरिक सीएनसी प्रक्रियाओं के विपरीत, जिसमें सामग्री को शीट या सामग्री के ब्लॉक से हटा दिया जाता है, एक 3 डी प्रिंटिंग सिस्टम वांछित संरचना परत-दर-परत में सामग्री जोड़ता है।
3 डी प्रिंटिंग लेजर, फ्लैश, एक्सट्रूजन, या जेटिंग प्रौद्योगिकियों4सहित तरीकों की एक श्रृंखला के माध्यम से सुविधा दी जा सकती है । नियोजित विशिष्ट तकनीक कच्चे माल (यानी, पाउडर या पिघल) के साथ-साथ प्रसंस्करण के लिए आवश्यक रीलॉजिकल और थर्मल गुणोंकेरूप में निर्धारित करती है। एक्सट्रूजन-आधारित 3 डी प्रिंटिंग बाजार में फिलामेंट-आधारित प्रणालियों का प्रभुत्व है, जो फिलामेंट्स को संभालना, प्रक्रिया और लगातार एक्सट्रूशन हेड को बड़ी मात्रा में सामग्री की आपूर्ति करने के कारण है। हालांकि, यह प्रक्रिया तंतु (मुख्य रूप से थर्मोप्लास्टिक) में बनने में सक्षम सामग्री के प्रकार से सीमित है। अधिकांश सामग्री फिलामेंट रूप में मौजूद नहीं है, और बाजार में आधुनिक कम लागत वाले प्लेटफार्मों की कमी एक उल्लेखनीय अंतर का प्रतिनिधित्व करती है।
यह प्रोटोकॉल जलाशय आधारित एक्सट्रूजन सिस्टम के निर्माण को दर्शाता है जो सामग्रियों को सिरिंज में संग्रहीत करने और सुई के माध्यम से बाहर निकालने की अनुमति देता है। यह प्रणाली आदर्श रूप से खाद्यपदार्थ 6, पॉलिमर7और बायोमैटेरियल्स8,9सहित विभिन्न प्रकार की सामग्रियों का निर्माण करने के लिए अनुकूल है । इसके अलावा, जलाशय आधारित निष्कासन तकनीक आमतौर पर कम खतरनाक होती है, लागत में कम होती है, और अन्य 3 डी प्रिंटिंग विधियों की तुलना में काम करना आसान होता है।
विश्वविद्यालय के नेतृत्व वाली टीमों की डिजाइनिंग और जनता के लिए ओपन सोर्स 3 डी प्रिंटिंग सिस्टम जारी करने की संख्या बढ़ रही है । 200710,11में Fab@Home एक्सट्रूशन-आधारित प्रिंटर के साथ शुरुआत करते हुए शोधकर्ताओं ने 3डी प्रिंटिंग तकनीक और अनुप्रयोगों में तेजी से विस्तार करने के लिए एक सरल और सस्ता मंच बनाने का लक्ष्य दिया। बाद में 2011 में, रिपरैप परियोजना का उद्देश्य 3डी प्रिंटिंग द्वारा बनाए गए हिस्सों के साथ डिज़ाइन किया गया एक फिलामेंट-आधारित 3 डी प्रिंटिंग प्लेटफॉर्म बनाना था, जिसका लक्ष्य एक आत्म-प्रतिकृति मशीन12बनाना था। 3डी प्रिंटर की लागत पिछले कुछ वर्षों में गिर रही है, एक Fab@Home (2006) के लिए $ 2300 USD से, एक RepRap v1 (2005) के लिए $ 573 USD, और v2 (2011) के लिए $ 400 USD।
पिछले काम में, हमने दिखाया कि चॉकलेट13से जटिल 3डी वस्तुओं को बनाने के लिए एक ऑफ-द-सेल्फ 3 डी प्रिंटिंग सिस्टम को कस्टम जलाशय-आधारित एक्सट्रूजन सिस्टम के साथ कैसे जोड़ा जा सकता है। इसके अलावा डिजाइन जांच से पता चला है कि इस प्रोटोटाइप डिजाइन की तुलना में काफी लागत बचत हासिल की जा सकती है ।
इस प्रोटोकॉल का उद्देश्य कम लागत वाले जलाशय आधारित पिघला हुआ एक्सट्रूशन 3डी प्रिंटर के निर्माण के लिए निर्देश प्रदान करना है। यहां प्रस्तुत विस्तृत आरेख, चित्र, फ़ाइलें और घटक सूचियां हैं जो 3 डी प्रिंटर के सफलतापूर्वक निर्माण और संचालन की अनुमति देती हैं। सभी घटकों को ओपन-सोर्स (क्रिएटिव कॉमन्स नॉनकमर्शियल) प्लेटफॉर्म https://www.thingiverse.com/Addme/collectionsपर होस्ट किया जाता है, जो उपयोगकर्ताओं को वांछित के रूप में अतिरिक्त सुविधाओं को बदलने या जोड़ने की अनुमति देता है। चिपचिपा क्रीम, चॉकलेट, और प्लोरोनिक एफ-127 (बायोइंकक्स के लिए एक मॉडल) का उपयोग ADDME के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने और बायोमेडिकल और खाद्य मुद्रण उद्योगों के लिए ADDME 3D प्रिंटर के आवेदन को प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है।
इस प्रोटोकॉल के लिए एक्रेलिक काटने में सक्षम लेजर कटर और पीएलए या एबीएस फिलामेंट्स छापने में सक्षम डेस्कटॉप 3डी प्रिंटर की आवश्यकता होती है। सामग्री को गर्म करने के लिए एक मशीनी हीटिंग जैकेट और हीटर कारतूस या सिलिकॉन हीटर का उपयोग किया जा सकता है, जिसके आधार पर ऑपरेटर के पास पहुंच है। सभी सीएडी फाइलें https://www.thingiverse.com/Addme/designsपर मिल सकती हैं । 3डी प्रिंटर को नियंत्रित करने के लिए फर्मवेयर और सॉफ्टवेयर के लिए, http://marlinfw.org/meta/download/ और https://www.repetier.com/ क्रमशः संसाधन प्रदान किए जाते हैं। नियंत्रण बोर्ड के बारे में विस्तृत निर्देशके लिए, https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4देखें ।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह प्रोटोकॉल कम लागत वाले पिघलने वाले एक्सट्रूजन-आधारित 3 डी प्रिंटर के निर्माण के लिए विस्तृत निर्देश प्रदान करता है। 3डी प्रिंटर के निर्माण को फ्रेम, वाई-एक्सिस/बेड, एक्स-एक्सिस, एक्सट्रूडर, इलेक्ट्र?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस शोध में सार्वजनिक, वाणिज्यिक या लाभ के लिए नहीं क्षेत्रों में वित्तपोषण एजेंसियों से कोई विशिष्ट अनुदान प्राप्त नहीं हुआ । डिजाइन के पहले के प्रोटोटाइप पर उनके योगदान के लिए फ्लोरियन श्मिटनर, सैंड्रो गोरिका, गुरिंदर सिंह, विंसेंट ट्रान और डोमिनिक वु के लिए विशेष धन्यवाद।
Materials
| 15 W 12V DC 50x100mm Flexible Silicon Heater | Banggood | 1280175 | Optional; AU$4.46 |
| 3D Printer | Lulzbot | https://download.lulzbot.com/ | |
| 3D Printer | Ultimaker | Ultimaker 2+ | |
| AC 100-240V to DC 12V 5A 60W Power Supply | Banggood | 994870 | AU$12.7 |
| Acrylic Sheet White Continuous Cast 1200x600mm | Mulford Plastics | AU$36.95 | |
| Allen Keys | Metric | ||
| Arduino MEGA2560 R3 with RAMPS 1.4 Controller | Geekcreit | 984594 | AU$28.91 |
| Carbon Steel Linear Shaft 8mm x 350mm | Banggood | 1119330 | AU$13.44 |
| Carbon Steel linear Shaft 8mm x 500mm | Banggood | 1276011 | AU$19.42 |
| Chocolate | Cadbury | ||
| Computer with internet access | Dell | ||
| Coupler 5-8mm | Banggood | 1070710 | AU$6.93 |
| Hand Cream | Nivea | 80102 | |
| Heating Cartridge | Creality 3D | 1192704 | AU$4.75 |
| K Type Temperature Sensor Thermocouple | Banggood | 1212169 | AU$2.37 |
| Laser Cutter | trotec | Speedy 300 | https://www.troteclaser.com/ |
| M10 1mm Pitch Thread Metal Hex Nut + Washer | UXCELL | AU$8.84 | |
| M10 1mm Pitch Zinc Plated Pipe 400mm Length | UXCELL | AU$11.62 | |
| M2 – 0.4mm Internal Thread Brass Inserts | Ebay | AU$5.65 | |
| M2 Nuts | Suleve | 1239291 | AU$9.17 |
| M2 x 10 mm Button Hex Screws | Suleve | 1239291 | AU$9.17 |
| M2 x 5mm Button Hex Screws | Suleve | 1239291 | AU$9.17 |
| M3 – 0.5mm Internal Thread Brass Inserts | Suleve | 1262071 | AU$7.5 |
| M3 Nuts | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M3 Washer | Banggood | 1064061 | AU$3.05 |
| M3 x 10mm Button Hex Screws | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M3 x 20mm Button Hex Screws | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M3 x 6mm Button Hex Screws | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M3 x 8mm Button Hex Screws | Suleve | 1109208 | AU$7.85 |
| M4 x 8mm Button Hex Screws | Suleve | 1273210 | AU$4.32 |
| Needle Luer Lock 18 – 27 Gauge | Terumo | TGA ARTG ID: 130227 | AU$3.57 |
| NEMA 17 Stepper Motor | Casun | 42SHD0001-24B | AU$54 |
| NEMA Stepper Motor Mounting Bracket | Banggood | ptNema17br90 | AU$4.79 |
| Pillow Block Flange Bearing 8mm | Banggood | KFL08 | AU$5.04 |
| PLA Filament | Creality 3D | 1290153 | AU$24.95 |
| Pluronic F127 | Sigma Aldrich | P2443-250G | |
| SC8UU 8mm Linear Motion Ball Bearing | Toolcool | 935967 | AU$21.6 |
| SG-5GL Micro Limit Switch | Omron | 1225333 | AU$4.5 |
| Soldering Station | Solder, Wires, Heat shrink e.c.t. | ||
| Spring | Banggood | 995375 | AU$2.53 |
| Syringe 3ml Luer Lock Polypropylene | Brauhn | 9202618N | AU$3.14 |
| Timing Pulley GT2 20 Teeth and Belt Set | Banggood | 10811303 | AU$11.48 |
| Trapezoidal Lead Screw and Nut 8mm x 400mm | Banggood | 1095315 | AU$29.02 |
| Variable Spanner |
Riferimenti
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