Progresso nel Bioprinting con nuove testine di stampa innovative

Quando si parla di innovazioni recenti nel settore medico, un argomento spesso citato è il bioprinting. Definito come l’utilizzo di tecniche di stampa 3D per combinare cellule, fattori di crescita e biomateriali per creare parti biomediche, questa tecnologia è interessante per le sue vaste possibilità di applicazione. Con il bioprinting, i medici potrebbero stampare in 3D organi biocompatibili, ossa o altro ancora, rivoluzionando il mondo della medicina. Tuttavia, trattandosi di un settore in espansione, ha ancora bisogno di nuove soluzioni per soddisfare i requisiti specifici del mercato. Uno degli attori del mercato, ViscoTec Pumpen- und Dosiertechnik GmbH (ViscoTec), si è rivolto a Rapid Product Manufacturing GmbH (rpm), e per estensione a Carbon, per la creazione di migliori testine di stampa progettate per il bioprinting attraverso l’uso del processo Digital Light Synthesis™ (DLS™) di Carbon.

ViscoTec produce soluzioni di dosaggio per la tecnologia a cavità progressiva. La loro soluzione di testine di stampa Puredyne utilizza cartucce monouso brevettate, che consentono un dosaggio preciso per il bioprinting basato sull’estrusione. Si prevede che queste testine di stampa saranno utilizzate per una serie di applicazioni, tra cui modelli di organi, ricerca sul cancro, ingegneria dei tessuti, medicina personalizzata, scaffold, sviluppo e sperimentazione di farmaci, alimenti, organ-on-a-chip e cosmetici. Funzionano elaborando liquidi e paste a bassa o alta viscosità, come idrogeli e materiali carichi di cellule, inchiostri conduttivi, paste ceramiche e altro ancora. Tuttavia, a causa della natura delicata del bioprinting, la produzione della testina di stampa si è rivelata difficile, in quanto quasi impossibile da realizzare con i metodi tradizionali. La produzione additiva ha fornito la soluzione.

La testina di stampa Puredyne utilizza materiali che richiedono una stampa 3D ad alta precisione (crediti foto: Puredyne)

La produzione additiva per ottenere testine di stampa migliori

Quando ViscoTec ha iniziato a progettare la parte della testina di stampa Puredyne, sapeva di dover rispettare una serie di requisiti. In particolare, la parte doveva essere realizzata con un materiale approvato dal punto di vista medico e chimicamente resistente a detergenti e disinfettanti. Inoltre, doveva essere realizzato con una soluzione che garantisse un’elevata libertà di progettazione, tolleranze strette, facilità di pulizia ed elevata qualità superficiale. La produzione additiva è una scelta chiara quando si tratta di un’elevata libertà di progettazione e di quantità di produzione ridotte ed efficaci dal punto di vista dei costi, ma per ottenere il prodotto perfetto non ci si poteva rivolgere a una tecnologia qualsiasi.

Ad esempio, quando hanno provato a realizzare il pezzo con SLS e PA12, hanno scoperto che la qualità della superficie non soddisfaceva gli standard necessari. Inoltre, la post-produzione non era una soluzione sufficiente, poiché i canali interni e i sottosquadri non sarebbero stati accessibili, il che escludeva anche la fresatura. Tuttavia, collaborando con il partner di produzione Carbon rpm, hanno scoperto che il processo Carbon DLS non solo poteva soddisfare tutte le loro esigenze, ma consentiva anche di accedere a un materiale ideale per il pezzo.

Il processo Carbon DLS si basa sulla fotopolimerizzazione, un processo noto per la sua capacità di produrre rapidamente pezzi molto precisi con un’elevata qualità superficiale, senza una significativa post-elaborazione. L’elevata qualità superficiale necessaria per il pezzo è stata possibile anche grazie al materiale utilizzato, il Carbon MPU 100. Questo non solo soddisfa tutti i requisiti richiesti, tra cui biocompatibilità, durezza, alta fedeltà di forma e resistenza ai solventi, ma dispone di certificazioni mediche che ne consentono il contatto con le cellule viventi. Inoltre, le parti realizzate con questo materiale conservano l’elevata qualità superficiale e non ingialliscono.

La parte della testina di stampa realizzata con il processo Carbon DLS e MPU 100 (crediti foto: Carbon).

Con il DLS è stato possibile creare i complessi canali interni della testina di stampa Puredyne. Si trattava di un aspetto critico, poiché i canali consentono l’alimentazione dell’aria che muove lo stantuffo verso il basso per garantire che la pompa riceva sempre materiale. La creazione dei canali interni e il ridotto spazio di installazione non erano possibili con altre tecniche, come lo stampaggio a iniezione o la fresatura. Inoltre, il processo non solo ha permesso di stampare facilmente geometrie complesse, ma ha anche consentito di ottenere tolleranze ristrette. L’insieme di questi fattori ha permesso a ViscoTec di realizzare la testa di stampa perfetta per le sue esigenze.

Quali sono stati i risultati?

Nel complesso, ViscoTec ha tratto grandi vantaggi dall’utilizzo della produzione additiva, in particolare della tecnologia DLS di Carbon, per la creazione delle sue testine di stampa. Oltre a soddisfare tutti i requisiti, l’utilizzo del processo DLS di Carbon ha offerto ulteriori vantaggi, soprattutto in termini di time-to-market, costi e leggerezza. Grazie all’uso dell’AM, ViscoTec ha potuto ridurre le dimensioni della testina di stampa. La collaborazione con rpm ha inoltre aiutato ViscoTec a rimuovere ulteriormente il materiale senza compromettere la qualità di stampa. Il peso è stato ridotto del 55%, passando da 275 g a 125 g, e anche le dimensioni sono diminuite, passando da un’altezza di 22 cm a 16,5 cm, con una riduzione di circa il 25%.

La collaborazione con rpm e l’utilizzo del processo Carbon DLS ha permesso a ViscoTec di ridurre il time to market da 1 anno a soli 4 mesi. Il processo DLS è inoltre perfettamente adatto alla creazione di pezzi on-demand senza sacrificare la qualità del pezzo, il che significa che è possibile mantenere una produzione bassa e conveniente, oltre a garantire che ogni testina di stampa possa essere personalizzata per le esigenze del cliente.

(Crediti foto: Puredyne)

Il risultato? Carbon e rpm sono riusciti a creare quello che ViscoTec considera un prodotto radicalmente migliore. Secondo le aziende, ViscoTec è stata in grado di risolvere una serie di problemi comuni nel bioprinting con questa soluzione, tra cui le variazioni di processo, la precisione di bioprinting e gli aghi di erogazione intasati. Dopo il lancio del prodotto, la testina di stampa Puredyne ha vinto il Red Dot Design Award 2022 per il design industriale e si sta facendo strada nel mercato nordamericano. Per saperne di più sulla testina di stampa Puredyne, clicca QUI.

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*Crediti foto di copertina: Puredyne