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Bioengineering

एक ओपन-सोर्स, कम लागत वाले बायोइंक और फूड मेलएक्सल एक्सट्रूशन 3डी प्रिंटर का डिजाइन

Published: March 2, 2020 doi: 10.3791/59834
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1
1Science and Engineering Faculty, Queensland University of Technology (QUT)
* These authors contributed equally

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 ।

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Protocol

सावधानी: गर्म टांका बेड़ी और हीटिंग कारतूस की वजह से जलने का खतरा है। हीटिंग जैकेट के अंदर सुरक्षित नहीं होने पर हीटिंग कारतूस को कभी संचालित नहीं किया जाना चाहिए। चलती 3 डी प्रिंटर एक्सिस से चुटकी लेने या कमहोने का खतरा भी होता है।

1. अवलोकन और तैयारी

नोट: चित्रा 1एक प्रिंटर के कंप्यूटर जनित प्रतिपादन से पता चलता है और चित्रा 1बी तैयार प्रिंटर की एक तस्वीर है ।

  1. सामग्री की मेजसे सभी भागों की खरीद ।
  2. सभी ऐक्रेलिक भागों के लिए https://www.thingiverse.com/Addme/designs लेजर कट होने के लिए देखें। बीमा है कि 6 मिमी ऐक्रेलिक का उपयोग किया जाता है या फ्रेम एक साथ फिट नहीं होगा। लेजर कटर सामग्री में कटौती करने के लिए एक उच्च ऊर्जा लेजर का उपयोग करें; यहां एक प्रोफेशनल शॉप पसंद की जाती है।
  3. सभी 3D-मुद्रित भागों के लिए https://www.thingiverse.com/Addme/designs देखें। यह महत्वपूर्ण है कि प्रत्येक भाग के साथ निर्दिष्ट मुद्रण मापदंडों का उपयोग किया जाता है। ध्यान दें कि 3डी प्रिंटर में गर्म सतहें और मूविंग पार्ट्स होते हैं, इसलिए किसी पेशेवर की मदद का उपयोग करें।
  4. हीटिंग जैकेट भाग का निर्माण करें, जो https://www.thingiverse.com/Addme/designsमें पाया जाता है। यदि विनिर्माण क्षमताओं तक कोई उपलब्ध पहुंच नहीं है, तो सिलिकॉन हीटर(सामग्री की तालिका) को https://www.thingiverse.com/Addme/designsमें पाए जाने वाले संबद्ध 3 डी मुद्रित धारक के साथ खरीदा जा सकता है।

Figure 1
चित्रा 1: योजक विनिर्माण पिघल एक्सट्रूजन (ADDME) 3 D प्रिंटर। (क)प्रिंटर का कंप्यूटर जनित प्रतिपादन। (ख)एक तैयार प्रिंटर की तस्वीर । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

2. फ्रेम असेंबली

नोट: चित्रा 2 में दिखाए गए भागों फ्रेम असेंबली को खत्म करने के लिए आवश्यक हैं। पिघलएक्सरेशन 3 डी प्रिंटर का फ्रेम 6 मिमी लेजर कट एक्रेलिक और एम 3 बोल्ट और नट(चित्रा 3)के संयोजन से एक साथ आयोजित किया जाता है। प्रिंटर के नीचे एक M10 लड़ी पिरोया छड़ी और अखरोट संयोजन के साथ आगे मजबूत है ।

  1. ऐक्रेलिक भागों 1-9 इकट्ठा और चित्रा 3एमें दिखाए गए विन्यास में उन्हें एक साथ रखें। यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रत्येक टुकड़ा सही ढंग से स्थित है, यह सुनिश्चित करने के लिए आंकड़ा लेबल की जांच करें। M3 एलन कुंजी का उपयोग कर चित्रा 3सी में दिखाए गए विन्यास में M3 शिकंजा और पागल के साथ सुरक्षित।
  2. उद्देश्य के माध्यम से M10 लड़ी पिरोया छड़ी एक्रेलिक सदस्यों 6, 8, और 10 में छेद बनाया जगह है । उन्हें M10 वाशर और पागल के साथ सुरक्षित के रूप में चित्रा 3बी, डीमें दिखाया गया है । चर स्पैनर के साथ कस लें।

Figure 2
चित्रा 2: फ्रेम को इकट्ठा करने के लिए आवश्यक घटक। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: फ्रेम विधानसभा। (A)इकट्ठे फ्रेम। (ख)लेबल एक्रेलिक भागों और M10 लड़ी पिरोया छड़ का समर्थन के साथ एक विस्फोट दृश्य । (ग)एक विस्फोट दृश्य दिखा रहा है कि कैसे प्रत्येक ऐक्रेलिक हिस्सा एक दूसरे से जुड़ा हुआ है, M3 शिकंजा और पागल का उपयोग करने के लिए फ्रेम एक साथ पकड़ । (घ)एक विस्फोट दृश्य दिखा रहा है कि कैसे लड़ी पिरोया छड़ी ऐक्रेलिक भागों 6, 8, और 9 एक साथ M10 पागल और वाशर के साथ रखती है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

3. वाई-एक्सिस और प्रिंटिंग बेड सब-असेंबली

नोट: चित्र4 में उल्लिखित भागों वाई-एक्सिस और प्रिंटिंग बेड सब-असेंबली को खत्म करने के लिए आवश्यक हैं। सभी शिकंजा चित्र4में देखे जाते हैं और सामग्री की तालिकामें उपकरण सूचीबद्ध होते हैं ।

  1. चित्र4में भागों का उपयोग करना, चित्र5सीके अनुसार मुद्रण बिस्तर उप-असेंबली सिर को इकट्ठा करें।
    1. स्लाइड5सीके अनुसार प्रत्येक 8 मिमी शाफ्ट (21) पर दो तकिया ब्लॉक (19) । 8 मिमी शाफ्ट (21) में से एक पर एंडस्टॉप (3डीपी 4) स्लाइड करें और चित्रा 5ईके अनुसार एम 2 शिकंजा और एलन कुंजी का उपयोग करके मैकेनिकल एंडस्टॉप (14) को सुरक्षित करें।
    2. एम 4 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 5सी)का उपयोग करके बढ़ते बिस्तर (एक्रेलिक भाग 12) के लिए सभी चार तकिया ब्लॉक (19) सुरक्षित करें। एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 5सी)का उपयोग करके बढ़ते बिस्तर (ऐक्रेलिक भाग 12) पर बेल्ट क्लैंप (3डीपी 3) सुरक्षित करें। प्रिंटिंग बेड (एक्रेलिक भाग 11) को बढ़ते बिस्तर (12)(चित्रा 5सी)पर सुरक्षित करें, जो चित्रा 5एफके अनुसार एम 3 स्क्रू, अखरोट और वसंत व्यवस्था का उपयोग कर रहा है।
  2. चित्रा5डी, जीके अनुसार चित्र4 से फ्रेम करने के लिए शेष भागों सुरक्षित ।
    1. शाफ्ट धारकों में से दो सुरक्षित (3DP 2) दोनों वापस पैनल (ऐक्रेलिक भाग 6) और सामने पैनल (एक्रेलिक भाग 10) क्रमशः चित्रा 5डी, जीके अनुसार M2 शिकंजा और एलन कुंजी का उपयोग कर ।
    2. एम3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 5डी)का उपयोग करके स्टेपपर मोटर धारक (12) को बैक पैनल (एक्रेलिक भाग 6) में सुरक्षित करें। एम3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 5डी)का उपयोग करस्टेपर मोटर धारक (12) को स्टेपपर मोटर (11) सुरक्षित करें। M3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 5जी)का उपयोग करके फ्रंट पैनल (एक्रेलिक भाग 10) को बेल्ट आइडलर (3डीपी 1) सुरक्षित करें।
  3. प्रिंटिंग बेड सब-असेंबली को एक 8 एमएम शाफ्ट (21) के प्रत्येक छोर को एक शाफ्ट धारक (3डीपी 2) के अनुसार चित्रा 5ए, डी, जीके अनुसार मिलान करके फ्रेम में रखें।
    नोट: प्रिंटिंग बेड सब-असेंबली को फ्रेम में रखने के लिए जगह बनाने के लिए फ्रंट पैनल (एक्रेलिक पार्ट 10) पर M12 वाशर को ढीला करना आवश्यक हो सकता है।
  4. अंत में, वाई-एक्सिस और प्रिंटिंग बेड सब-असेंबली को पूरा करने के लिए, एम 3 स्क्रू का उपयोग करके बेल्ट आइडलर (3डीपी 1) को आइडलर को पेंच करें, फिर एम 2 एलन कुंजी के साथ दांतेदार आइडलर पर एम2 ग्रब स्क्रू को कसकर स्टेपपर मोटर को दांतेदार आइडलर सुरक्षित करें। बेल्ट में तनाव पैदा करने के लिए आइडलर (17) और आइडलर दांतेदार (17) और बेल्ट क्लैंप (3डीपी 3) में बेल्ट (17) को स्लाइड करें। M3 एलन कुंजी के साथ बेल्ट क्लैंप (3डीपी 3) को कसकर अनुभाग को पूरा करें।

Figure 4
चित्रा 4: वाई-एक्सिस और प्रिंटिंग बेड सब-असेंबली को एक साथ रखने के लिए घटकों की आवश्यकताहोती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: योजक विनिर्माण पिघल एक्सट्रूजन (ADDME) 3 डी प्रिंटर। (A)फ्रेम, वाई-एक्सिस और बिस्तर का चित्रमय प्रतिपादन। (ख)वाई-एक्सिस और बिस्तर का चित्रमय प्रतिपादन। (ग)बिस्तर उप विधानसभा के विस्फोट दृश्य । (D)लेबल दृश्य दिखा कैसे वाई-धुरी वापस पैनल से जोड़ता है । (ई)तेजी से बढ़ी-मैकेनिकल एंडस्टॉप को देखते हुए । (एफ)प्रिंटिंग प्लेट स्प्रिंग लेवलिंग सिस्टम का विस्फोट दृश्य । (जी)लेबल दृश्य दिखा कैसे वाई-धुरी सामने पैनल से जोड़ता है । (एच)वाई-एक्सिस और बिस्तर के साइड व्यू ग्राफिकल रेंडर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

4. एक्स-एक्सिस सब-असेंबली

नोट: एक्स-एक्सिस सब-असेंबली को खत्म करने के लिए चित्रा 6 में उल्लिखित भागों की आवश्यकता होती है। सभी शिकंजा चित्र6में देखा जाता है और सामग्री की तालिकामें उपकरण सूचीबद्ध होते हैं ।

  1. चित्रा 6में भागों का उपयोग करना, चित्रा 7सीके अनुसार एक्स-एक्सिस उप-असेंबली के बाईं ओर इकट्ठा करें।
    1. पीतल के नट (18) अखरोट धारक (3DP 5) के अंदर रखें और एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7सी)का उपयोग करएक्स-एक्सिस तकिया बाएं (3डीपी 8) को सुरक्षित करें।
    2. एक्स-एक्सिस तकिया बाईं ओर तकिया ब्लॉक (19) सुरक्षित (3DP 8) M4 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7सी)का उपयोग कर । एक्स-एक्सिस आइडलर 1 (3डीपी 9) को एक्स-एक्सिस तकिया लेफ्ट (3डीपी 8) को एम3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7सी)का उपयोग करके सुरक्षित करें।
    3. आइडलर (17), एक्स-एक्सिस आइडलर 1 (3डीपी 9), और एक्स-एक्सिस आइडलर 2 (3डीपी 10) के केंद्र छेद को संरेखित करएं। एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7सी)का उपयोग कर सुरक्षित । चित्र6में दिखाए गए भागों का उपयोग करना, चित्रा 7डीके अनुसार एक्स-एक्सिस उप-असेंबली के दाईं ओर इकट्ठा करें।
    4. पीतल के नट (18) अखरोट धारक (3DP 5) के अंदर रखें और एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7डी)का उपयोग करएक्स-एक्सिस तकिया सही (3डीपी 6) के लिए सुरक्षित रखें।
    5. तकिया ब्लॉक (19) एक्स पर सुरक्षित-धुरी तकिया सही (3DP 6) M4 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7डी)का उपयोग कर । एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7डी)का उपयोग करएक्स-एक्सिस सही (3डीपी 7) को एक्स-एक्सिस राइट (3डीपी 7) सुरक्षित करें। एम3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7डी)का उपयोग करके एक्स-एक्सिस राइट (3डीपी 7) के लिए स्टेपपर मोटर (11) सुरक्षित करें।
  2. धागा छड़ (18) के प्रत्येक पीतल के नट (18) में से प्रत्येक में धागा चित्र7बीके अनुसार । 8 मिमी शाफ्ट (20) के प्रत्येक तकिया ब्लॉकों में से दो स्लाइड (19) खड़ी, और 8 मिमी शाफ्ट (20) क्षैतिज के दो चित्रा 7बी, सी, डीके अनुसार क्षैतिज ।
  3. चित्रा 6 से फ्रेम करने के लिए शेष भागों सुरक्षित चित्रा 7ई, एफ केअनुसार ।
    1. शाफ्ट धारकों में से दो सुरक्षित (3DP 2) दोनों शीर्ष पैनल (एक्रेलिक भाग 2) और इलेक्ट्रॉनिक्स बाड़े शीर्ष (ऐक्रेलिक भाग 5) M2 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7ई, एफ)का उपयोग कर के लिए । एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7ई)का उपयोग करके शीर्ष पैनल (एक्रेलिक भाग 2) पर तकिया ब्लॉक बीयरिंग (15) सुरक्षित करें। एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7एफ)का उपयोग करइलेक्ट्रॉनिक्स बाड़े शीर्ष (ऐक्रेलिक भाग 5) पर स्टेपपर मोटर्स (11) सुरक्षित करें।
      नोट: कपलर (16) एक घटक है जिसे दो अलग-अलग शाफ्ट आकारों को जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
    2. M2 एलन कुंजी(चित्रा 7एफ)के साथ निचले ग्रब पेंच को कसकर स्टेपर मोटर्स (11) के शाफ्ट पर कपलर (16) सुरक्षित करें।
  4. शाफ्ट धारक (3डीपी 2) के साथ ऊर्ध्वाधर 8 मिमी शाफ्ट को संरेखित करके एक्स-एक्सिस सब-असेंबली को फ्रेम में रखें और एम 2 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 7ई, एफ)का उपयोग करके कस लें। M2 एलन कुंजी(चित्रा 7ई, एफ)के साथ ऊपरी ग्रब पेंच कस कर कपलर (16) के दूसरे छोर में लड़ी पिरोया छड़ी (18) सुरक्षित करें ।
    नोट: शीर्ष पैनल (ऐक्रेलिक भाग 2) को अस्थायी रूप से हटाने की आवश्यकता हो सकती है ताकि एक्स-एक्सिस उप असेंबली फ्रेम में फिट हो सके।

Figure 6
चित्रा 6: एक्स-एक्सिस उप-असेंबली को एक साथ रखने के लिए आवश्यक घटक। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: एक्स-एक्सिस सब असेंबली। (क)फ्रेम और एक्स-एक्सिस का ग्राफिकल प्रतिपादन। (ख)एक्स-एक्सिस का ग्राफिकल रेंडर। (ग)उप सभा के बाईं ओर का विस्फोट दृश्य । (ग)उप-विधानसभा के दाईं ओर का दृश्य विस्फोट। (e)लेबल दृश्य दिखा कैसे एक्स-अक्ष शीर्ष पैनल से जोड़ता है । (च)लेबल दृश्य दिखा कैसे एक्स-अक्ष इलेक्ट्रॉनिक्स बाड़े से जोड़ता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

5. निष्कासन उप-विधानसभा

नोट: एक्सट्रूजन उप-असेंबली यह सुनिश्चित करने के लिए दोहरी स्टेपपर मोटर डिज़ाइन का उपयोग करता है कि प्लंजर के प्रत्येक पक्ष पर बलों के संतुलन के माध्यम से उच्च स्तर की सटीकता प्राप्त की जाती है। चित्रा 8 में उल्लिखित भागों को एक्सट्रूजन उप-असेंबली को समाप्त करने की आवश्यकता है।

  1. चित्रा 8 में दिखाए गए सभी भागों को इकट्ठा करें और एक्सट्रूजन हेड को 9 अंकके अनुसार इकट्ठा करें।
    नोट: चित्रा 9बी एक्सट्रूडर उप-असेंबली का एक विस्फोट दृश्य है जो दिखाता है कि प्रत्येक घटक एक साथ कैसे फिट बैठता है। निम्नलिखित कदम समझाते हैं कि यह कैसे किया जाता है। सभी शिकंजा चित्रा 8में देखे जाते हैं और सामग्री की तालिकामें उपकरण सूचीबद्ध होते हैं ।
    1. एम 4 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 9बी)का उपयोग करएक्सट्रूडर बैकप्लेट (3डीपी 14) पर दो तकिया ब्लॉक (19) सुरक्षित करें। एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 9बी)का उपयोग करत ब्लॉक (19) के बीच एक्सट्रूडर बैकप्लेट (3डीपी 14) पर एक्सट्रूडर बेल्ट क्लैंप (3डीपी 13) को सुरक्षित करें।
    2. एम 3 हेक्स शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 9बी)का उपयोग करएक्सट्रूडर मोटर धारक (3डीपी 15) को एक्सट्रूडर बैकप्लेट (3डीपी 14) सुरक्षित करें। एम 3 हेक्स शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 9बी)का उपयोग करएक्सट्रूडर मोटर धारक (3डीपी 15) पर दो स्टेपपर मोटर्स (11) सुरक्षित करें।
      नोट: कपलर (16) एक घटक है जिसे दो अलग-अलग शाफ्ट आकारों को जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
    3. एक M2 एलन कुंजी(चित्रा 9बी)के साथ निचले ग्रब पेंच कस द्वारा स्टेपर मोटर्स (11) के शाफ्ट पर कपलर्स (16) सुरक्षित करें । ऊपरी ग्रब स्क्रू(चित्र9बी)को कसकर कपलर्स (16) के भीतर थ्रेडकिए गए पेंच (18) को सुरक्षित करें।
    4. चित्रा 9बीके अनुसार एक्सट्रूडर मोटर होल्डर (3डीपी 15) में हीटिंग जैकेट या सिलिकॉन हीटर स्लाइड करें। एम 3 शिकंजा और एलन कुंजी का उपयोग करके प्लंजर लॉक 1 (3डीपी 11) के अंदर पीतल के नट (18) को सुरक्षित करें।
  2. एक्स-एक्सिस पर एक्स-एक्सिस पर एक्स-एक्सिस पर एक्स-एक्सिस पर एक्स-एक्सिस माउंट करें।
    1. स्लाइड एक्स-एक्सिस पर पाया जाने वाला 8 एमएम शाफ्ट एक्स-एक्सिस पर एक्स-एक्सिस में एक्स-एक्सिस (19) एक्सट्रूडर हेड पर एक्सट्रूडर हेड पर पाया जाताहै ।
    2. ड्राइव बेल्ट (17) आइडलर (17) और आइडलर दांतेदार (17) बाएं और दाएं एक्स-एक्सिस विधानसभाओं पर स्थित के माध्यम से लपेटें और एम 3 हेक्स शिकंजा और एलन कुंजी(चित्रा 9सी)का उपयोग करके एक्सट्रूडर बेल्ट क्लैंप (3डीपी 13) में ड्राइव बेल्ट (17) को सुरक्षित करें।

Figure 8
चित्रा 8: घटकों को एक्सट्रूडर इकट्ठा करने की जरूरतहै । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 9
चित्रा 9: एक्सट्रूडर उप-विधानसभा। (A)एक्सट्रूडर सब-असेंबली का ग्राफिकल प्रतिपादन। (ख)विस्फोट घटकों दिखा दृश्य । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

6. इलेक्ट्रॉनिक्स और वायरिंग

  1. एक्रेलिक भाग 7 में Arduino माउंट (इलेक्ट्रॉनिक्स कफन, चित्रा 10एमें दिखाया गया है) M3 हेक्स शिकंजा के साथ एक M3 एलन कुंजी का उपयोग कर । एक्रेलिक पार्ट 6 (बैक पैनल) का सामना कर रहे यूएसबी प्लग के साथ फिगर 10ए, बी में दिखाए गए आर्डुइनो बोर्ड ओरिएंटेड के शीर्ष पर एक रैंप बोर्ड डालें।
  2. एक्रेलिक भाग 6 में डीसी पावर सप्लाई जैक माउंट (बैक पैनल, जैसा कि फिगर 10एमें दिखाया गया है) और फिगर 10बीमें बिजली की आपूर्ति के लिए कनेक्टर। मोटर नियंत्रकों, स्टेपपर मोटर्स, एंड स्टॉप, हीटर और थर्मोकपल को संबंधित पिनों से जोड़ें(चित्रा 10बी)।

Figure 10
चित्रा 10: इलेक्ट्रॉनिक्स। (A)इलेक्ट्रॉनिक्स नियंत्रण बोर्ड के चित्रमय प्रतिपादन बढ़ते स्थान । (ख)3 डी प्रिंटिंग बोर्ड [जॉस ह्यूमेलिंक (grabcab.com) को इलेक्ट्रिकल कंपोनेंट्स और मोटर्स के कनेक्शन आरेख ने आर्डुइनो और रैंप सीएडी फाइलें प्रदान कीं] । (ग)तैयार तारों की छवि । तारों को रैंप बोर्ड से अग्रणी देखा जा सकता है, फिर एक्सट्रूशन हेड और एक्स/वाई एक्सिस मोटर्स के लिए । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

7. सॉफ्टवेयर, नियंत्रण और अंशांकन

नोट: अधिक विस्तृत निर्देशों और समस्या निवारण जानकारी के लिए, https://reprap.org/wiki/RAMPS_1.4देखें ।

  1. http://marlinfw.org/meta/download/ से फर्मवेयर डाउनलोड करें।
  2. रिपेटियर https://www.repetier.com/स्थापित करें ।
  3. https://www.thingiverse.com/Addme/designs में पाए जाने वाले फर्मवेयर में फ़ाइल .विन्यास को बदलें।
  4. कॉन्फिगर करने के लिए नेविगेट करके 112500 तक रिपेटियर में बुड दर सेट करें। प्रिंटर सेटिंग्स । कनेक्शन । बॉड दर: 115200.
  5. रिपेटियर में कनेक्ट आइकन पर क्लिक करें।
  6. एक बार कनेक्ट होने के बाद, प्रिंटर पर पूर्ण नियंत्रण प्राप्त हो जाता है। प्रिंटिंग बेड को स्थानांतरित करने और तापमान को सेट करने की कोशिश करने के लिए मैनुअल नियंत्रण पर नेविगेट करें।
    सावधानी: सुनिश्चित करें कि सिरिंज या आवास घटकों का अधिकतम तापमान पार नहीं है (अधिक जानकारी के लिए चर्चा देखें)। जबकि स्टेपपर मोटर्स में सीमित शक्ति होती है, धुरी का आंदोलन यांत्रिक खतरा प्रस्तुत करता है।
    नोट: इस स्तर पर एक पूरी तरह से ऑपरेटिंग प्रिंटर है। निम्नलिखित अनुभाग (धारा 8) में, प्रिंटर को 3 डी प्रिंटिंग के लिए तैयार करने की प्रक्रिया का वर्णन किया गया है।

8. 3डी प्रिंटिंग की तैयारी

  1. विस्कूस क्रीम, चॉकलेट, या प्लोरोनिक(चित्रा 11ए)जैसी वांछित सामग्री के साथ 2 मिलीलीटर सिरिंज लोड करें।
  2. सिरिंज को एक्सट्रूजन हेड में रखने के लिए, सिरिंज को प्लंजर लॉक 1 (3डीपी 11, फिगर 11बी)में डालकर शुरू करें। इसके बाद, सिरिंज को हीटिंग जैकेट में डालें, जबकि ध्यान से थ्रेड किए गए शिकंजा(चित्रा 11सी)को बदल दें।
  3. वैकल्पिक: यदि बिस्तर को समतल नहीं किया गया है, तो इसे समतल करना आवश्यक है। प्रिंटिंग हेड को बाएं और दाएं ऊपर और नीचे ले जाएं, और जांचें कि बिस्तर और सिरिंज नोजल के बीच की दूरी सुसंगत है या नहीं। सिरिंज और बिस्तर के बीच कागज का एक टुकड़ा स्लाइड और घर्षण महसूस(चित्रा 11ई),तो M3 एलन कुंजी(चित्रा 11डी)का उपयोग करने के लिए बिस्तर स्तर समायोजित यदि आवश्यक हो ।
  4. वैकल्पिक: यदि चुनी हुई सामग्री को गर्म करने की आवश्यकता है, तो अब ऐसा करें। रिपेटियर में मैनुअल कंट्रोल टैब पर नेविगेट करें और तापमान को वांछित स्तर तक सेट करें।

Figure 11
चित्रा 11: 3डी प्रिंटिंग तैयारी। (ए)एक 2 मिलीलीटर सिरिंज (बाएं से दाएं) चिपचिपा क्रीम (150 मिलीलीटर, निवेया हैंड क्रीम), चॉकलेट (कैडबरी, सादा दूध), और प्लोरोनिक एफ-127 (सिग्मा एल्ड्रिच) से भरी हुई है। (ख)प्लंजर लॉक 1 (3डीपी 11) में डाला जा रहा है । (ग)दिखाया गया है कि हीटिंग जैकेट में एक सिरिंज डाली जा रही है, जबकि पीतल के नट्स पर पिरोया शिकंजा पकड़ रहे हैं । (डी)दिखाया गया है एक एलन कुंजी के बारे में बनाए रखने M3 हेक्स पेंच में डाला जा रहा है, स्तर को समायोजित करने की अनुमति । (ई)बिस्तर और सिरिंज के बीच की दूरी को जांचने के लिए सिरिंज के नीचे एक बिजनेस कार्ड फिसलजाता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Representative Results

3 डी प्रिंटिंग के दौरान एडीएमई के प्रदर्शन का मूल्यांकन चिपचिपा क्रीम (150 मिलीलीटर, निवेया हैंड क्रीम), चॉकलेट (कैडबरी, सादा दूध), और प्लोरोनिक एफ-127 (सिग्मा एल्ड्रिच) का उपयोग करके किया गया था। चिपचिपा क्रीम और चॉकलेट का उपयोग किया जाता था, और प्लूरोनिक को अल्ट्राप्यूटिक पानी के साथ 20% डब्ल्यूटी समाधान में भंग कर दिया गया था और14,15की आवश्यकता तक 5 डिग्री सेल्सियस पर रेफ्रिजरेटेड संग्रहीत किया गया था।

लाइन परीक्षण में मोटाई या स्थिरता जैसे व्यक्तिगत फिलामेंट गुणों का मूल्यांकन करने के लिए एक बुनियादी पैटर्न में बिल्ड प्लेट पर आगे-पीछे एक फिलामेंट प्रिंटकरना शामिल था। रेखा परीक्षण नीचे समीकरण 1 में दिखाए गए gcode नामक आंदोलन आदेशों की एक श्रृंखला के साथ किए गए थे। सामग्री की मात्रा को बाहर निकालने के लिए समीकरण 2 का उपयोग कर पाया जा सकता है। उपयोग किए जाने वाले मुद्रण पैरामीटर तालिका 1में पाए जा सकते हैं, और परिणाम चित्र 12ए, बी, सीमें दिखाए जाते हैं।

Equation

समीकरण 1: 3 डी प्रिंटर आंदोलन को नियंत्रित करने के लिए जीकोड की प्रतिनिधि लाइन, जहां: G01 प्रिंटर को वर्तमान स्थिति और एक्स, वाई और जेड मिमी द्वारा निर्दिष्ट स्थिति के बीच एक रैखिक चाल का संचालन करने के लिए कहता है; ई इस रैखिक चाल के दौरान (मिमी) बाहर निकालने के लिए सामग्री की मात्रा है; और एफ गति (मिमी/मिन) है ।

Equation

समीकरण 2: एक्सट्रूजन, कहां: ई एक्सट्रूडर स्टेपपर मोटर कह रहा है कि सिरिंज को पुश करने के लिए कितनी दूर नीचे है; और डी वह दूरी है जो प्रिंटिंग हेड जीकोड की लाइन के दौरान चलती है।

जटिल 3डी ऑब्जेक्ट बनाने के लिए, हम कोड की प्रत्येक पंक्ति को मैन्युअल रूप से इनपुट नहीं कर सकते हैं, जो लाइन परीक्षण के लिए किया गया था। जटिल 3डी ऑब्जेक्ट बनाने के लिए, मुद्रित होने वाली वस्तु को एक मानक टेसेलेशन भाषा (.stl) फ़ाइल को रिपेटियर में और 3 डी प्रिंट करने योग्य gcode में "कटा हुआ" में डाल दिया जाना चाहिए। यह महत्वपूर्ण है कि स्लाइसर विन्यास प्रबंधक में, फिलामेंट व्यास आंतरिक बैरल व्यास के आकार के लिए सेट किया जाता है और नोजल सिरिंज आंतरिक व्यास के आकार के लिए सेट किया जाता है। प्रिंटिंग पैरामीटरकी पूरी सूची तालिका 1में दिखाई गई है और परिणाम चित्रा 12डी, ई, एफमें दिखाए गए हैं।

पैरामीटर लाइन टेस्टिंग 3D ऑब्जेक्ट
चिपचिपा क्रीम चॉकलेट बायोइंक चिपचिपा क्रीम चॉकलेट बायोइंक
सिरिंज इनर व्यास (मिमी) 0.33 0.84 0.33 0.33 0.84 0.33
बैरल इनर व्यास (मिमी) 9.35 9.35 9.35 9.35 9.35 9.35
तापमान (डिग्री सेल्सियस) कक्ष अस्थायी 53 कक्ष अस्थायी कक्ष अस्थायी 53 कक्ष अस्थायी
स्पीड (मिमी/मिन) 500 500 500 500 500 500
निष्कासन (स्कैलर) 100% 200% 150% 100% 200% 150%
सिरिंज से प्लेट डिस्टेंस (मिमी) ~0.3 ~ 1 ~0.5 ~0.3 ~ 1 ~0.5

तालिका 1: सभी परीक्षणों में उपयोग किए जाने वाले मुद्रण पैरामीटर।

Figure 12
चित्रा 12: ADDME 3D मुद्रण परिणाम। (क) चिपचिपा क्रीम के साथ लाइन परीक्षण। (B)चॉकलेट के साथ लाइन परीक्षण। (ग)प्लूरोनिक एफ-127 के साथ लाइन परीक्षण। (D)कस्टम निर्मित ऑब्जेक्ट 3डी-चिपचिपा क्रीम के साथ मुद्रित। (ई)कस्टम निर्मित वस्तु 3 डी-चॉकलेट के साथ मुद्रित। (एफ)कस्टम निर्मित ऑब्जेक्ट 3डी-प्लोनिक एफ-127 के साथ मुद्रित। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

अर्ध-ठोस सामग्री प्रिंट करते समय एक्स, वाई और जेड दिशाओं में एडीएमई प्रिंटर की आयामी सटीकता निर्धारित करने के लिए, मूल क्यूब सीएडी डेटा की तुलना में 1 सेमी x 1 सेमी x 1 सेमी क्यूब मुद्रित, 3डी-स्कैन और आयामी रूप से मुद्रित किया गया था। एक चिपचिपा क्रीम का उपयोग 0.33 मिमी (बर्मिंघम गेज सुई 23), 0.33 मिमी की परत ऊंचाई और 15% के इनफिल का उपयोग करके 1 सेमी x 1 सेमी x 1 सेमी क्यूब प्रिंट करने के लिए किया गया था। इस क्यूब को तब 0.05 मिमी तक सटीकता में सक्षम मेट्रोलॉजी रेटेड 3 डी स्कैनर (आर्टेक स्पाइडर) का उपयोग करके स्कैन किया गया था। परिणामस्वरूप डेटा की तुलना क्लाउड तुलना (ओपन सोर्स प्रोजेक्ट), 3डी पॉइंट क्लाउड एडिटिंग और प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके की गई थी।

Figure 13
चित्रा 13: 3डी स्कैनिंग तुलना। (A)सीएडी मॉडल में बनाया गया 1 सेमी x 1 सेमी x 1 सेमी क्यूब। (ख)मुद्रित घन (इनसेट) का 3डी स्कैन। (C)मूल मॉडल और 3 डी स्कैन की तुलना तब क्लाउड तुलना का उपयोग करके की गई थी। 3 डी मॉडल और स्कैन घन में नोड्स से दूरी का एक हिस्टोग्राम प्रस्तुत किया जाता है। C2M दूरी दोनों मॉडलों में अंक के बीच शारीरिक मतभेदों का प्रतिनिधित्व करते हैं । दोनों मॉडल -0.15 मिमी और +0.15 मिमी की सहनशीलता के भीतर हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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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, इलेक्ट्रॉनिक्स और सॉफ्टवेयर सहित उपखंडों में तोड़ा जा सकता है । इन उपखंडों को विस्तृत आरेख, चित्र, फ़ाइलें और भागों की सूची के साथ प्रस्तुत किया जाता है। एक ADDME 3D प्रिंटर की कुल कीमत $३४३ AUD ($२४५ USD के रूप में 01/17/2019) के लिए आता है, यह सबसे सस्ता, जलाशय आधारित पिघल एक्सट्रशन 3 डी प्रिंटर वर्तमान में जाना जाता है । इसका उद्देश्य लेजर-कट, 3डी-मुद्रित और ऑफ-द-शेल्फ घटकों के उपयोग के माध्यम से इस डिवाइस को निर्माण करना सरल बनाना था। इस डिवाइस के कामकाज को लाइन टेस्टिंग और बवाल के आकार की वस्तुओं की 3डी प्रिंटिंग द्वारा प्रदर्शित किया गया है। जैव चिकित्सा और खाद्य उद्योगों जैसे विविध अनुप्रयोगों के लिए एडीएमई की प्रयोज्यता चिपचिपा क्रीम, चॉकलेट, और प्लोरोनिक एफ-127 (बायोइंक्स के लिए एक मॉडल के रूप में) का उपयोग करके प्रदर्शित की गई है।

एडीएमई के निर्माण में उपयोग के लिए 3 डी प्रिंटिंग पार्ट्स प्रत्येक 3 डी मुद्रित वस्तु के बीच गुणवत्ता में अंतर से उत्पन्न कठिनाइयों के कारण जटिल हो सकते हैं। 3 डी प्रिंटिंग पार्ट्स के वारपिंग, सिकुड़ने या विस्तार को प्रिंटिंग मापदंडों और पर्यावरणीय कारकों से प्रभावित होने के लिए जाना जाता है। पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए) के उपयोग से सिकुड़न, विस्तार या युद्ध से उत्पन्न होने वाली त्रुटियों को काफी कम करना चाहिए; हालांकि, आर्द्रता जैसे पर्यावरणीय कारक अभी भी समस्याएं पैदा कर सकते हैं। किसी भी संभावित मुद्दों को कम करने के लिए, यह सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि 1) मुद्रण पैरामीटर https://www.thingiverse.com/Addme/designs,2) पर निर्दिष्ट लोगों से मेल खाते हैं, पीएलए फिलामेंट नया है (आर्द्रता से प्रभावित नहीं), और 3) 3डी प्रिंटर (एयरफ्लो बढ़ने से युद्ध हो सकता है) पर कोई एयरफ्लो नहीं है। ADDME के निर्माण में उपयोग किए जाने वाले सभी 3डी-मुद्रित भागों को विशेष रूप से आसान-से-प्रिंट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और ज्यामिति को ओवरहैंग िंग करने के लिए अतिरिक्त सहायता सामग्री की आवश्यकता नहीं है।

इसके अलावा मुद्रण सामग्री पकड़े सिरिंज गर्म करने के लिए दो तरीके शामिल हैं। पहला विकल्प एक हीटिंग कारतूस के साथ एक मशीनी हीटिंग जैकेट है, और दूसरा सिलिकॉन हीटिंग मैट है। मशीनी हीटिंग जैकेट पूरी सिरिंज को एक समान हीटिंग प्रदान करता है और उच्च थर्मल चालकता के लिए एल्यूमीनियम से बनाए जाने की सिफारिश की जाती है। यह उचित विशेषज्ञता या सुविधाओं के लिए उपयोग के बिना व्यक्तियों के लिए एक हीटिंग जैकेट की खरीद के लिए मुश्किल हो सकता है । इस मामले में, सामग्री को पर्याप्त हीटिंग प्रदान करने के लिए सिरिंज के चारों ओर सिलिकॉन हीटर लपेटा जा सकता है। दोनों ही मामलों में हीटिंग कंपोनेंट इलेक्ट्रॉनिक्स बोर्ड पर एक ही पिन से जुड़ा होता है और उसी तरह नियंत्रित होता है ।

सिरिंज पर लागू किया जा सकता अधिकतम तापमान सिरिंज सामग्री और सिरिंज के आसपास 3 डी मुद्रित सामग्री द्वारा सीमित है। यदि एक सामान्य पीएलए का उपयोग किया जाता है, तो सिरिंज पर लागू किया जा सकता अधिकतम तापमान ~ 60 डिग्री सेल्सियस है; हालांकि, विशेषता उच्च तापमान पीएलए का उपयोग ~ 110 डिग्री सेल्सियस के अधिकतम तापमान को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। सिरिंज ही पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) बैरल और उच्च घनत्व पॉलीथीन (एचडीपीई) प्लंजर से बनाई गई है। इस प्रोटोकॉल में निर्दिष्ट सिरिंज अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान निर्दिष्ट नहीं करती है, लेकिन जैकेट सामग्री के कारण यह लगभग 110 डिग्री सेल्सियस तक सुरक्षित है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सामग्री की तालिका में सूचीबद्ध नहीं सीरिंज को कम पिघलने वाले बिंदु वाली सामग्रियों से बनाया जा सकता है।

चित्रा 12 में परिणाम लाइन परीक्षण और वस्तु मुद्रण के माध्यम से इस 3 डी प्रिंटिंग सिस्टम के संचालन को प्रदर्शित करते हैं। लाइन परीक्षण करते समय, विभिन्न परिणामप्राप्त करने के लिए चिपचिपा क्रीम, चॉकलेट और प्लोरोनिक एफ-127(तालिका 1)के साथ विभिन्न प्रिंटिंग पैरामीटर का उपयोग किया जाता है। हाथ क्रीम के साथ उपयोग किए जाने वाले छोटे नोजल आकार(चित्रा 12ए)के परिणामस्वरूप एक पतली रेखा होती है, जबकि प्लेट दूरी के लिए निचली सिरिंज के परिणामस्वरूप तेज कोनों में होता है। चॉकलेट के लिए, चॉकलेट(चित्रा 12बी)का लगातार प्रवाह प्राप्त करना मुश्किल था, यहां तक कि प्रवाह के साथ 200% तक सेट किया गया था। चित्रा 12डी, ई, एफमें, यह स्पष्ट है कि चॉकलेट और प्लूरोनिक एफ-127 चिपचिपा क्रीम की तुलना में बदतर आकार-बनाए रखने वाले गुण दिखाते हैं क्योंकि शंकु की ऊंचाई कम हो जाती है। तालिका 1 में सूचीबद्ध मुद्रण मापदंडों में से प्रत्येक का सिरिंज व्यास, सिरिंज से प्लेट दूरी, तापमान, गति और निष्कासन सहित उत्पादित फिलामेंट के अंतिम ज्यामिति पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

सीएडी मॉडल की 3डी क्लाउड तुलना और 3डी स्कैन 1 सेमी x 1 सेमी x 1 सेमी क्यूब फिगर 13 में बताता है कि एडीएमई प्रिंटर -0.15 मिमी और +0.15 मिमी के बीच सहिष्णुता के साथ मुद्रण करने में सक्षम है। नकारात्मक दूरियों की तुलना में सकारात्मक अनुभाग में एक बड़ा विचरण होता है। यह 3 डी मुद्रित भागों की आधार परतों पर होता है, जहां परतों को अधिक घनी प्रिंट करने के लिए प्रोग्राम किया जाता है; जैसे, अधिक बाहर निकलने होता है, और सुई टिप भाग पर अतिरिक्त प्रिंट सामग्री खींचता है, जैसा कि चित्रा 13बीमें दिखाया गया है। अतिरिक्त ज्यामितीय सटीकता प्रारंभिक परत ऊंचाई और गति, एक्सट्रूजन प्रवाह दर जैसे प्रिंटर मापदंडों की महीन ट्यूनिंग के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है, और यह सुनिश्चित करना कि बिल्ड प्लेट स्तर है। इन परिणामों से संकेत मिलता है कि ADDME प्रिंटर चिपचिपा क्रीम, चॉकलेट, या प्लोरोनिक एफ-127 जैसे अर्द्ध ठोस सामग्री मुद्रण के लिए आवश्यक प्रिंट सटीकता के स्तर को प्राप्त करने में सक्षम है।

ऐडमे 3डी प्रिंटर के सफल डिजाइन और निर्माण को विभिन्न सामग्रियों और मुद्रण मापदंडों से बनी लाइनों और वस्तुओं को मुद्रण द्वारा सत्यापित किया गया है। यह प्रदर्शित किया जाता है कि बायोफैब्रिकेशन और खाद्य उद्योगों में इस प्रिंटर का एक आवेदन है। एडीएमई प्रिंटर ने प्रवेश स्तर, जलाशय आधारित, पिघलने की पिछली पीढ़ियों पर सुधार किया है, लागत को कम करके, घटकों की संख्या को कम करके, और नवीनतम इलेक्ट्रॉनिक और सॉफ्टवेयर घटकों/प्रथाओं का उपयोग करके। इस परियोजना की ओपन-सोर्स प्रकृति से पता चलता है कि भविष्य में, अन्य उपयोगकर्ता विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए परिवर्तन या परिवर्तन कर सकते हैं।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

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

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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Lanaro, M., Skewes, J., Spiers, L., Yarlagadda, P. K., Woodruff, M. A. Design of an Open-Source, Low-Cost Bioink and Food Melt Extrusion 3D Printer. J. Vis. Exp. (157), e59834, doi:10.3791/59834 (2020).

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