La bio-impression 3D a des applications prometteuses et pourrait devenir un outil essentiel pour un laboratoire biologique. Parmi ses nombreuses applications, on peut citer l'impression d'objets vivants (organes, biofilms, etc.) avec l'avantage de contrôler leurs structures au niveau microscopique. Cependant, ces imprimantes sont difficiles d'accès car elles sont souvent très coûteuses, les modèles d'entrée de gamme commençant à environ 50 000 dollars. C'est pourquoi la communauté open source a récemment commencé à proposer des modèles d'imprimantes 3D biologiques à monter soi-même, beaucoup plus abordables tout en restant viables et fonctionnels.
Nous nous sommes inspirés des projets Replistruder et Enderstruder, qui montrent comment personnaliser une imprimante 3D traditionnelle pour en faire une imprimante 3D biologique offrant une bonne qualité d'impression. L'objectif est de reproduire une personnalisation similaire pour l'imprimante 3D Cosmyx NOVA dont nous disposions afin de faciliter la production de structures 3D en biomatériaux pour les futures recherches menées dans notre institution. Un autre objectif est de contribuer à la communauté open source afin de renforcer les connaissances dans ce domaine, de sorte que d'autres laboratoires disposant d'imprimantes 3D accessibles puissent se lancer dans la bio-impression.
La conception de la tête d'impression s'inspire initialement des travaux antérieurs de Cordova et al: The Enderstruder. De nombreux modèles actuelles sur le marché utilise des systèmes à pompe pneumatique mais ce système nécessite un contrôle très précis et rend difficile la rétention de la bio encre lors de l’impression. Pour notre projet nous avons donc opté pour un système d’extrusion par piston avec un système d’engrenage de ratio 1:4 pour augmenter le couple et extruder des bio encres avec une viscosté importante. Le principe repose sur l'utilisation du moteur existant des imprimantes FDM conventionnelles pour entraîner un piston exerçant une pression contrôlée sur une seringue. Les premières itérations du design conservaient la disposition verticale du moteur et de l'axe de rotation proposée dans le modèle original.
Toutefois, en raison des contraintes géométriques imposées par l'architecture spécifique de la Cosmyx Nova, une refonte complète de la tête d'impression s'est avérée nécessaire. Plusieurs itérations successives ont été réalisées afin d'optimiser la conception, aboutissant à la version finale présentée ici.
Ci-dessous, les fichiers 3D des différentes pièces de la tête d’impression
Notez que le montage complet nécessite écrous et vis M8 ainsi que deux tiges de support en aluminium de 8.30mm de diamètre. et de longueur : 106.5mm et 74.50mm à insérer dans la pièce “syringeholder”.
core
herringbone gears
syringe holder
bevel gears
sensor holder
piston