L’industrie de l’impression 3D examine la bio-imprimante 3D LulzBot Bio.

Conçu par le fabricant d’imprimantes 3D basé aux États-Unis, le LulzBot Bio est le premier et le seul système de bio-impression 3D sous la marque LulzBot de la société. La gamme de produits existe depuis 2011, avec un accent sur les imprimantes 3D FDM open source comme la TAZ SideKick et la TAZ Workhorse.

Conformément à la philosophie de LulzBot, la Bio est en effet une autre machine à matériel ouvert – cette fois fonctionnant sur la technologie de bio-impression Fluid Deposition Fabrication (FDF) de la société. Le système est conçu pour l’impression Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH), offrant une compatibilité avec tout, des bio-encres et du collagène non modifié à l’alginate et à d’autres biomatériaux mous.

En ce qui concerne les applications potentielles, LulzBot a conçu la machine à des fins de tests pharmaceutiques et cosmétiques in vitro, d’ingénierie tissulaire, de médecine régénérative, etc.

Au prix relativement abordable de 9 950 $, le Bio s’adresse principalement aux chercheurs et aux établissements d’enseignement à la recherche d’une entrée rentable dans la biofabrication.

La bio-imprimante 3D LulzBot Bio. Photo de l’industrie de l’impression 3D.

Une passerelle solide vers la bioimpression 3D

LulzBot a vraiment placé l’accessibilité au premier plan ici, car la bio plug-and-play est livrée avec tout ce dont vous avez besoin pour commencer la bio-impression 3D. Cela comprend le matériau d’impression à l’alginate de sodium, le milieu de gel LifeSupport de Fluidform 3D, une seringue, des aiguilles de distribution de calibre 25 et 30, des boîtes de Pétri, des coupelles d’échantillon et une pléthore d’outils de maintenance.

Le Bio lui-même est basé sur le système d’axes cartésiens, une configuration connue pour être plus rigide et précise qu’une configuration delta ou CoreXY (bien que plus lente). Sur le front du volume de construction, nous avons une enveloppe de 2,88 L mesurant 160 x 160 x 89 mm, ce qui est amplement d’espace pour une multitude d’applications de bio-impression en laboratoire.

De même, l’empreinte de fonctionnement compacte de 762 x 635 x 533 mm permet au Bio de s’adapter facilement à l’intérieur des hottes à flux laminaire ou au-dessus des comptoirs. Doté d’un cadre entièrement métallique très LulzBot-esque, le système est suffisamment robuste pour être stérilisé à la fois avec de l’alcool éthylique et des lampes UV.

En regardant la plaque de construction, nous avons un lit d’impression en verre borosilicate capable de maintenir jusqu’à 120°C. Bien que cela ne soit pas évident au début, un lit chauffant à température variable est crucial dans ce cas car il permet un contrôle total des conditions d’impression, garantissant la viabilité du biomatériau tout au long du processus d’impression.

Côté électronique, le Bio est équipé d’un écran tactile couleur de 4,3 pouces et d’une interface utilisateur multilingue. Ici, nous pouvons calibrer l’imprimante, chauffer le lit et contrôler l’impression. L’interface utilisateur elle-même est nette, réactive et enveloppée dans un schéma de couleurs à base de bleu avec une disposition intuitive pour démarrer. Les options de connectivité incluent un câble USB et une carte SD. Dans l’ensemble, rien à redire ici.

Le contenu de l’emballage et la plaque de construction. Photos par l’industrie de l’impression 3D.

Un écosystème de matériaux ouvert

Le Bio ressemble en fait beaucoup à la plupart des imprimantes 3D FDM originales de LulzBot, sauf que l’extrudeuse à filament a été remplacée par une extrudeuse à pompe à seringue dédiée. La tête d’outil est compatible avec les seringues de 2,5 ml, 5 ml et 10 ml, ainsi qu’avec les aiguilles de distribution de calibre 25 et 30.

Alors que le Bio est livré avec des profils prêts à imprimer pour l’alginate et le collagène non modifié, il arbore également un écosystème de matériaux ouvert afin qu’il puisse être configuré pour distribuer une grande variété d’encres à base de fluides. Cela comprend les résines photodurcissables, les thermodurcissables, le silicone et les époxydes. Pour les besoins de cet examen, nous nous concentrerons sur l’alginate de sodium (matériel d’impression) et LifeSupport (gel suspensif/matériel de support) inclus dans la boîte.

L’alginate de sodium comprend environ 30 à 60 % d’acide alginique et est un polysaccharide comestible naturel présent dans les parois cellulaires des algues brunes marines. Le matériau hydrophile forme une gomme visqueuse lorsqu’il est hydraté, ce qui rend la préparation du matériau d’impression assez simple.

Pour préparer l’encre, nous avons ajouté 98 ml d’eau distillée, 0,2 g de colorant bleu alcian et 2 g de poudre d’alginate de sodium dans un bécher. Nous avons ensuite mélangé le contenu sur un mélangeur magnétique pour assurer l’homogénéité. Après trois heures de mélange, le matériau de bioimpression à l’alginate de sodium est prêt à l’emploi. Facile.

D’autre part, LifeSupport est un matériau de support à usage spécial conçu pour empêcher les structures bio-imprimées de s’effondrer et de se déformer pendant le processus d’impression. Essentiellement, il agit comme une matrice de suspension afin que les bio-encres hydrogel douces puissent être distribuées dans des géométries complexes sans avoir besoin d’encres de support sacrificielles ou de modificateurs d’encre qui augmentent la stabilité mécanique.

Pour préparer LifeSupport, nous avons réhydraté la poudre avec 35 ml d’eau distillée à une température de 4°C dans le tube fourni. Nous avons ensuite secoué vigoureusement le tube pendant une minute pour assurer un mélange adéquat et laissé le composé reposer pendant dix minutes pour lui permettre de se réhydrater complètement. Nous l’avons ensuite placé dans une centrifugeuse à 1000 g pour le compacter au fond du tube. Ceci est crucial car il doit être dans un état gélatineux pour servir de matière suspensive.

Une fois l’impression terminée, le support LifeSupport est chauffé pour le retransformer en liquide, ce qui nous permet d’extraire facilement les structures d’alginate de sodium imprimées.

La tête d’impression et les matériaux d’impression de LulzBot Bio. Photos par l’industrie de l’impression 3D.

Le trancheur Cura LulzBot Edition

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LulzBot fournit son propre logiciel de découpage gratuit pour tous ses systèmes d’impression 3D, et le Bio ne fait pas exception. Basé sur l’Ultimaker Cura open source largement utilisé, le slicer LulzBot Edition offre toutes les fonctionnalités que vous attendez de n’importe quel logiciel de préparation d’impression FDM standard.

Tout comme le Cura original, l’édition LulzBot propose des fonctions de traduction, de rotation et de redimensionnement de base, le tout regroupé dans une interface utilisateur digeste. Le système de mouvement utilisé ici est très similaire à la plupart des autres concurrents sur le marché, il est donc assez simple à prendre en main avec quelques minutes d’expérimentation avec la souris.

Après avoir sélectionné le LulzBot Bio dans la liste des imprimantes, nous avons constaté que le Recommandé les réglages étaient largement suffisants pour débuter, ce qui est parfait pour débuter. Il existe un certain nombre de paramètres prédéfinis disponibles, mais le logiciel permet également aux utilisateurs de sélectionner le matériau, le calibre de l’aiguille, ainsi que le diamètre interne de la seringue. Les utilisateurs plus avancés voudront se plonger dans le Personnalisé paramètres, où la suite complète de paramètres de construction est déverrouillée.

En fin de compte, le trancheur LulzBot Edition fait son travail sans aucune lacune majeure – il fonctionne à peu près aussi vite que le Cura d’origine et conserve toutes les fonctionnalités de base.

Trancheuse Cura LulzBot Edition. Image par l’industrie de l’impression 3D.

Analyse comparative du LulzBot Bio

Vient maintenant la partie de l’analyse comparative de l’examen, où nous avons mis le LulzBot Bio à l’épreuve avec un ensemble d’expériences de bio-impression. Pour notre première construction, nous avons décidé de nous lancer et d’imprimer en 3D une artère coronaire droite à l’aide d’alginate de sodium et de LifeSupport.

Premier test d’impression de l’artère coronaire droite. Photos par l’industrie de l’impression 3D.

Sans surprise, le premier tirage a été truffé de problèmes. Nous avons découvert que le gel LifeSupport que nous avions préparé n’était pas encore assez dur pour que l’alginate de sodium ne reste pas en place après la dispensation. Cela a entraîné une grave distorsion, un lessivage et un enfilage entre les branches de l’artère.

Cela ne signifie pas pour autant que nous avons abandonné, car nous sommes retournés à la planche à dessin pour affiner le processus de configuration et refaire la construction une fois de plus. Afin de formuler un gel LifeSupport plus visqueux, nous avons refroidi l’eau distillée avant de la mélanger à la poudre, puis l’avons laissée reposer pendant 15 minutes avant de la faire passer dans la centrifugeuse. Nous avons également utilisé un nouveau lot d’alginate de sodium pour faire bonne mesure, et avons diminué à la fois les paramètres d’épaisseur de couche et de largeur de ligne dans le processus d’impression.

Deuxième test d’impression de l’artère coronaire. Photos par l’industrie de l’impression 3D.

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Et ça a fonctionné comme un charme. Notre artère coronaire remaniée s’est avérée beaucoup plus propre que le premier modèle, sans cordage ni lixiviation nulle part. Pour préserver l’impression, nous l’avons passée dans deux bains pour la rincer et l’avons placée dans une solution d’eau distillée avec 1 % de chlorure de calcium.

Nous avons ensuite chargé le LulzBot Bio d’imprimer une valve cardiaque à trois feuillets, qui a une géométrie interne beaucoup plus complexe que l’artère coronaire. Cette version était également beaucoup plus grande que la première série, nécessitant deux tubes de LifeSupport.

Test d’impression de valve cardiaque à trois feuillets. Photos par l’industrie de l’impression 3D.

Nous avions perfectionné le processus de préparation et d’impression à ce stade, de sorte que la valve cardiaque s’est avérée parfaite. Malgré les complexités internes du modèle, le Bio a géré l’impression avec grâce, offrant des surfaces propres, des courbes lisses et un manque évident de défauts. En ce qui concerne la qualité d’impression, ce système est un gagnant.

Il y a aussi quelque chose à dire sur la simplicité d’utilisation de cette machine. Pour un nouveau venu, le flux de travail de la bio-impression peut sembler intimidant, mais LulzBot a fait un excellent travail en créant une voie accessible vers la biofabrication. Nous avons trouvé que le fonctionnement du système était à peu près aussi intuitif qu’une imprimante FDM de bureau ordinaire, nous sommes donc convaincus que les utilisateurs du monde entier auront une expérience aisée.

Le verdict

En fin de compte, nous avons été agréablement surpris par le LulzBot Bio. Un système de bio-impression avec un prix aussi attractif sonnera naturellement la sonnette d’alarme, mais nous pouvons dire en toute sécurité qu’il s’agit d’une excellente machine d’entrée de gamme sans sacrifier aucune des fonctionnalités de base.

Tout, du cadre LulzBot classique à la disposition de l’interface utilisateur épurée et raffinée, est bien conçu, ce qui en fait une excellente expérience de bio-impression. La facilité d’utilisation prend certainement le devant de la scène ici; les utilisateurs peuvent se lancer sans se soucier de l’étalonnage de l’imprimante, du nivellement du lit ou de tout autre matériau d’impression 3D capricieux.

En ce qui concerne la qualité d’impression, le Bio a définitivement tenu le coup. A l’exception du premier tirage, tous nos tests d’impression ont été réalisés avec succès avec une excellente précision et des qualités de surface sans défaut.

En fin de compte, nous avons ici une bio-imprimante 3D très rentable. Le LulzBot Bio est parfaitement adapté aux universités et laboratoires de recherche à la recherche d’un outil économique à ajouter à leur capacité expérimentale.

Spécifications techniques

Volume de construction 160x160x89mm
Dimensions de l’appareil 457 x 339 x 495 mm
Précision XYZ 10, 10, 5µm
Température maximale du lit 120°C
Épaisseur minimale de la couche 50µm
Taille minimale des fonctionnalités positives 80µm
Connectivité USB/carte SD

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