Sistema di reologia in tempo reale utilizzato in stampa 3D e bioprinting
In un documento intitolato “Una misura reologica in tempo reale per il processo di stampa 3D di biopolimeri”, un gruppo di ricercatori sviluppa un metodo per misurare le proprietà reologiche delle soluzioni per la stampa 3D. La reologia è lo studio del flusso di materia e la velocità di flusso dei materiali di stampa 3D è estremamente importante per l’oggetto finale, in particolare per la bioprinting. Il metodo tipico per misurare le proprietà reologiche è l’uso di un reometro prima che i materiali siano dispensati.
“Tuttavia, le proprietà reologiche dei biopolimeri dipendono dal tempo”, affermano i ricercatori. “Pertanto, i parametri inaccurati possono essere utilizzati in determinate condizioni di elaborazione. Influisce anche sul controllo preciso della portata, specialmente nel caso di biopolimeri con gelificazione rapida. ”
Nel documento, i ricercatori presentano un sistema per la misurazione in tempo reale delle proprietà reologiche durante il processo di erogazione, piuttosto che prima di esso. Il sistema è una combinazione di un’interfaccia utente per l’impostazione della misurazione e un sistema di misurazione della vista. Viene applicato un metodo di elaborazione delle immagini per misurare il volume del fluido erogato.
“La combinazione dei dati di pressione in una siringa acquisita da un sensore di pressione e le portate di volume misurate viene utilizzata per costruire una curva di portata del fluido in funzione della pressione in funzione del tempo”, spiegano i ricercatori. “Le proprietà reologiche dei materiali fluidi vengono quindi determinate mediante una procedura di analisi numerica. I risultati dell’analisi numerica forniscono un indice di legge di potenza (N) in funzione del tempo. Questo indice può essere utilizzato come parametri di controllo del flusso dei processi di erogazione. ”
Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato sia un polimero che un biopolimero: una soluzione di PVA e una soluzione di PVA miscelati con chitosano, rispettivamente. L’impostazione della misurazione comprendeva un sistema di erogazione del fluido, un sistema per la misurazione della pressione della siringa, un sistema di regolazione della pressione dell’aria compressa e un sistema di misurazione della vista.
Le proprietà reologiche delle soluzioni si sono evolute gradualmente dopo essere state miscelate e inserite nella siringa durante il processo di dispensazione entro 50 minuti. I ricercatori hanno scoperto che l’aumento della pressione della siringa aumenta il volume delle goccioline del fluido.
“Per diversi timestamp e pressioni applicate, le portate misurate sono state utilizzate per costruire curve di portata del fluido dipendenti dalla pressione ogni 10 minuti per 6 esperimenti nel caso di PVA (entro 60 minuti)”, affermano i ricercatori. “… In base alla curva della portata del fluido in funzione della pressione, i flussi di fluido di PVA e PVA / CS sono significativamente sensibili alle variazioni di tempo. Con questi risultati, è chiaro che il sistema di misurazione delle proprietà reologiche in tempo reale è fondamentale per identificare il comportamento del flusso di fluido in un momento specifico durante il processo di erogazione del fluido. ”
Un indice di legge di potenza del tempo dipendente dai fluidi è stato determinato come N, il cui valore è cambiato in modo significativo in base alle proprietà reologiche dei fluidi.
“Sono paragonabili al comportamento reale dei fluidi erogati in cui diventano più viscosi (aumentando n) dopo che sono stati miscelati e iniettati dalla siringa”, concludono i ricercatori. “La N risultante può essere utilizzata per eseguire il controllo automatico del flusso del fluido nelle ricerche future.”
Questa ricerca è molto eccitante in quanto potrebbe essere utilizzata per migliorare notevolmente la qualità delle parti stampate in 3D in futuro. Questo sistema potrebbe farvi sapere con più precisione cosa viene depositato o in tempo reale la pressione della siringa o altre variabili potrebbero, in futuro, essere regolate per ottenere una deposizione più accurata.
Gli autori del documento includono Anchyza Yokpradit, Teerawat Tongloy, Supranee Kaewpirom e Siridech Boonsang.
