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Processing biological materials with 3-dimensional (3D) printers has attracted increasing interest in several research areas. At the same time, off-the-shelf solutions are increasingly available in a wider variety to meet the current market demand. However, most of the available bioprinters are closed source, thus, modifications are quite challenging or require an avoidable consultation process with the manufacturer. Furthermore, the entry prices for basic machines amount to several thousands of euros. Whereas, high-end 3D bio printers with a vast array of features are available for several hundred thousand euros. Due to the immense potential of this tool in the field of biotechnology it is important to extend the availability of this technology for research purposes in terms of adaptability and price. This ongoing work focuses on open-source 3D printer heads with the ability to extrude biological materials. The print heads include several techniques to process low as well as high viscose biomaterials such as agar and gelatin. Additionally, obstacles such as continuous substrate tempering or integration into existing 3D printers are addressed. The work presented is open source and thus freely adaptable to any user’s specific needs. Our goal is to process a diverse range of biomaterials with different print techniques.
Zur Herstellung von langfristig stabilen Metall-Kautschuk-Verbunden sind chemische Haftvermittler notwendig. Nach Auftrag dieser wird Kautschuk mittels Gummispritzgießen auf die metallischen Grundkörper aufgebracht. In Klein- und Kleinstserien kann der Haftvermittler in präzisen Volumina händisch mit Hilfe eines Fluid-Dispensers aufgetragen werden. Allerdings verhindert dies eine Homogenität und Gleichheit der Schichtdicke, wodurch die Zuverlässigkeit und Stärke der Haftung variieren können. Als technische Lösung wurde ein Pipettierroboter avisiert. Mit Hilfe mehrerer mechanischer und elektrischer Adaptionen – so auch einer neuen Steuerungstechnik – wurden verschiedene Fluid-Dispenser auf 3-Achs-Portalfräsen integriert. Somit konnte die volle Funktionsfähigkeit erreicht werden.
Das Ziel dieses Projektes war es eine automatisierte Lösung für das Auftragen von Haftvermittlern auf metallische Grundkörper im Nanoliterbereich zu ermöglichen. Für die automatisierte Auftragung von Haftvermittler wurde eine neue Steuerungseinheit auf Grundlage eines Mainboards für die Ansteuerung von 3D-Druckern verwendet, als Firmware diente Marlin. Notwendig waren Anpassungen im Bereich der Motorströme, Geschwindigkeiten, Beschleunigung, Sensitivität, Druckbettgröße und Auswahl von Mainboard und Display. Für die Verfahrwege wurde G-Code mittels eines Programms in Python generiert. Für eine homogene und gleichmäßige Benetzung werden die einzelnen zu benetzenden Objekte angefahren und der Pipettiervorgang gesteuert. Es war möglich die vollständige Funktionsfähigkeit herzustellen.