Um hackable, multi

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12294 (2022) Cite este artigo

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A impressão tridimensional (3D) surgiu como uma ferramenta poderosa para pesquisa e desenvolvimento de materiais, alimentos e ciências da vida, onde a democratização da tecnologia exige o avanço de plataformas de código aberto. Aqui, desenvolvemos uma impressora 3D de extrusão modulável, multifuncional e hackeável para materiais macios, apelidada de Printer.HM. Módulos com várias cabeças de impressão são estabelecidos com base em um braço robótico para criação de construções heterogêneas, onde a capacidade de impressão da tinta pode ser ajustada por acessórios como módulos de aquecimento e UV. O software associado ao Printer.HM foi projetado para aceitar entradas de geometria, incluindo modelos de design auxiliado por computador, coordenadas, equações e imagens, para criar impressões de características distintas. O Printer.HM pode ainda executar operações versáteis, como distribuição de líquidos, impressão não planar e coleta e colocação de meso-objetos. Por meio de configurações de software e hardware 'misturar e combinar', o Printer.HM demonstrou a impressão de atuadores macios responsivos ao pH, hidrogéis funcionais à base de plantas e modelos macroanatômicos de órgãos. Integrando acessibilidade e design aberto, o Printer.HM visa democratizar a impressão 3D para arquiteturas de materiais macios, biológicos e sustentáveis.

O advento da impressão 3D oferece liberdades potenciais para criar rapidamente matéria arquitetada arbitrariamente a partir de uma ampla variedade e combinação de materiais macios e funcionais, revolucionando diversos campos de pesquisa, desde alimentos até engenharia de tecidos, eletrônica macia e robótica1,2,3,4,5 ,6. Entre as diferentes modalidades de impressão 3D para materiais macios, a impressão baseada em extrusão é indiscutivelmente a modalidade mais utilizada devido à sua ampla compatibilidade de materiais, baixo uso de material, baixo desperdício e sua capacidade de controlar espacialmente as propriedades de construção2,3,7,8,9 , como composição10, propriedades fotônicas11, orientação de fibras encapsuladas12,13 e propriedades ferromagnéticas14. No entanto, as inovações em andamento na impressão 3D por extrusão precisam superar a barreira de custo e a adaptabilidade limitada associada aos sistemas comerciais existentes. Embora várias impressoras 3D de extrusão personalizadas de código aberto tenham sido relatadas15,16,17,18,19, os materiais e arquiteturas imprimíveis foram restringidos por um conjunto incompleto de ferramentas auxiliares e opções de caminho de impressão (conforme resumido na Tabela Suplementar I e Suplementar Fig. 1). Para democratizar a impressão por extrusão multifuncional, relatamos o desenvolvimento de uma impressora 3D baseada em extrusão multi-cabeça e altamente personalizável para materiais macios. Nomeamos a impressora 'Printer.HM' aqui, onde HM significa Hackable and Multi-functional. O Printer.HM pode aceitar prontamente diferentes entradas de geometria, como coordenadas, equações e imagens, além da entrada convencional de código G de design auxiliado por computador (CAD). Os custos totais para estabelecer uma versão do Printer.HM estão entre £ 900 e £ 1.900 (demorando entre 2 a 4 horas de tempo de instalação, excluindo o tempo de impressão das peças), dependendo do número de utilitários equipados. Printer.HM oferece excelente compatibilidade de impressão com uma ampla variedade de materiais líquidos e macios (de mPa s a kPa s); e inúmeras operações podem ser executadas, incluindo dispensação de líquidos, impressão de vários materiais, impressão com velocidade variável, impressão não planar e aplicação pick-and-place. Em virtude do design modular do 'Printer.HM' e do uso de um braço robótico como controle de movimento, os usuários podem facilmente montar e reconfigurar a configuração e expandir suas funcionalidades, com base nas necessidades experimentais individuais. No geral, prevemos a natureza hackável, expansível e acessível do Printer.HM pode promover a ampla adaptabilidade da tecnologia de impressão 3D por extrusão, facilitando inovações abertas nas comunidades de pesquisa que utilizam materiais macios, biológicos e sustentáveis.