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Organi e tessuti cellulari stampati – La nascita delle bio-stampanti 3D

Gli studi di ingegneria molecolare stanno progredendo sempre di più attraverso l’ausilo di tecnologie migliori e innovative. Presto sarà anche possibile stampare tessuti e organi umani che potranno essere impiantati. Le stampanti 3D partecipano a queste ricerche facendosi carico dell’automatizzazione del procedimento.

Organi umani

Tecniche

Nuove tecniche per formare vasi sanguigni, tessuti, organi ecc. in maniera artificiale e controllata sono studiate nelle maggiori università biomediche del mondo.

Cellule umane viventi in sospensione in un liquido vengono spinte attraverso un ago di acciaio dal diametro di 500 micron con un flusso controllato. Quindi viene applicata una corrente fino a 30kV in corrispondenza dell’ago, che conferisce una carica al liquido. Il campo elettrico quindi converte il liquido in un getto che diventa instabile e si disperde in miriadi di piccolissime gocce.

  • Al Dipartimento Farmaceutico dell’Università dello Utah è stato creato un idrogel, che grazie alla sua pronunciata biocompatibilità si rivela molto efficace per fare da supporto alle cellule che andranno a formare i tessuti stampati.

Tecnologie

Una bio-stampante 3D in azione

If someone asked the question in 1960, ‘How long would it take to put a man on the moon,’ they would have one answer. And if someone asked the question in 1964 they would have a very different answer.

Se qualcuno avesse chiesto nel 1960, ‘Quanto tempo passerà prima che l’uomo possa andare sulla luna?’ avrebbe avuto una risposta. E se qualcuno avesse posto la stessa domanda nel 1964 ne avrebbe ricevuta un’altra molto diversa.

Questo è quanto afferma Keith Murphy, CEO e cofondatore della startup, Organovo, riguardo i tempi delle bio-stampanti, facendo intuire che gli sviluppi prossimi saranno esponenziali. Una delle società più attive in questo settore, la Invetech, prevede infatti di costruire a breve bio-stampanti 3D adatte. Queste saranno affidate all’azienda Organovo, che metterà a punto il procedimento per far funzionare l’hardware fornitole. Disposizione ideale di cellule stampate per formare un vaso sanguigno

La stampante progettata dispone di due ugelli molto precisi, controllati roboticamente, uno per le cellule e l’altro per una matrice di supporto come l’idrogel. E proprio come un progetto di stampa 3D tradizionale, al computer è necessario creare un disegno tridimensionale del tessuto. Il "bio-ink" sarà composto da cellule staminali o da materiale organico raccolto nelle biopsie.

Invetech ci informa sulle possibilità di questa tecnologia affermando che:

The initial focus of the bioprinter is on producing simple tissues, like blood vessels and nerve conduit, but potentially any tissue or organ can be built.

L’obiettivo iniziale delle bio-stampanti è quello di produrre semplici tessuti, come vasi sanguigni e condutture nervose, ma potenzialmente qualunque tessuto o organo può essere creato.

Infine un altro esperto del settore, Vladimir Mironov, direttore del MUSC Bioprinting Center alla Medical University of South Carolina ha stilato un report dal titolo “How to print Organ?” dove spiega nel dettaglio le procedure che vengono attuate per rendere possibile questa scienza pioneristica.

Alessio Melandri

Shapeway è un sito che ti permette di creare i propri oggetti in 3D spendendo una cifra abbastanza piccola.

Il tutto è molto semplice perchè basta caricare sul sito un’immagine in bianco e nero dell’oetto che si desidera stampare, si scelgono le dimensioni e i materiali con cui si vuole che venga realizzato (ovviamente a seconda del materiale il prezzo varia, dai 0.75 dollari al centimetro cubo per l’arenaria fino ai 20 dell’argento), in seguito l’azienda stamperà l’oggetto richiesto e te lo invierà a casa.

Il sito ti dà la possibilità di vedere una preview dell’oggetto in una decina di minuti, se piace lo si può inviare alla stampa e quindi all’acquisto, altrimenti lo si può tranquillamente rifare senza alcuna spesa.

Grazie alle possibilità che dà questo servizio, si è scatenata la mania della funzione ShapeMe che permette di creare delle miniature di se stessi o dei propri amici. Il video postato spiega proprio questo: come creare il proprio personaggio. Basta caricare una propria foto frontale e una laterale per realizzare la propria miniatura.

I risultati che si ottengono sono molto fedeli alla realtà e in molti hanno pensato di stampare i Meme che stanno spopolando in rete. Va molto il triste Keanu Reeves e l’amato-odiato Nyan Cat, entrambi protagonisti di due dei tormentoni più noti di Internet.

Alessia Moretti

(fonte: Gadgetland)

Giu 7

Costruire robot e robot che costruiscono

La letteratura fantascientifica è piena di esempi di un ipotetico futuro in cui nella vita di tutti i giorni condivideremo l’esistenza con robot intelligenti e automi, come la famosa raccolta Io, Robot di Isaac Asimov. Nella realtà però i robot sono ancora ai primordi del loro sviluppo, essendo presenti sul mercato per lo più in forma di macchine mono-funzione mentre i veri e propri automi sanno fare ancora molto poco. La fantasia quasi sempre è più veloce dello sviluppo tecnologico e sicuramente in molti avranno sognato di avere un proprio robot. Oggi questo è in parte possibile, grazie alle stampanti 3D.

Un ostacolo alla diffusione di semplici robot sono soprattutto i costi e la tecnologia con cui questi vengono prodotti. Mentre i punti di forza della produzione attraverso la stampa 3D sono la velocità di ottenere un oggetto e l’economicità del materiale. Infatti una volta pronto il progetto al pc, bastano poche ore per produrre un pezzo in plastica ad un costo basso. Per contro, la stampa 3D non può produrre elementi di elevata qualità, cosa che invece le tecniche tradizionali possono fare, adattandosi a svariati tipi di materiali. Questo però non è uno ostacolo nell’autoproduzione di robot. Esistono infatti già alcuni progetti che sfruttano le peculiarità delle stampanti 3D per creare le componenti di piccoli robot. Fare il design di un robot non è mai stato così veloce come lo è oggi.

Una di queste realtà è il progetto PPM (Printable Programmable Machines ovvero Macchine Stampate Programmabili) che lavora come un “API per robot” rendendo possibili creazioni più economici e veloci. La leader del progetto, Daniela Rus, professoressa al MIT infatti ci spiega:

This research envisions a whole new way of thinking about the design and manufacturing of robots, and could have a profound impact on society.

Tradotto:

Questa ricerca prevede un nuovo modo di pensare il design e la produzione dei robot, e potrebbe avere un profondo impatto sulla società.

Ma nel campo dei robot le stampanti 3D non portano un solo cambiamento. Riflettiamo un attimo. Una stampante 3D è a tutti gli effetti una macchina che viene gestita e controllata elettronicamente. Un robot invece è una macchina che svolge un compito in modo indipendente. Cosa succede se uniamo le due cose? Attraverso questo connubio si darebbe vita a un robot che crea oggetti da un filamento di plastica. I robot potrebbero dunque produrre piccoli utensili preimpostati in memoria, ma potrebbero anche fare di più. Stampando tante piccole componenti e poi assemblandole potrebbero generare oggetti anche molto complicati.

Fasi di produzione di un oggetto da parte di un robot

Tutto questo è già realtà. Nei laboratori ETH di Zurigo di robotica bio-ispirata, gli scienziati utilizzano una colla a caldo per far creare ai propri robot qualche utensile per poi utilizzarlo. Un esempio è quello presente nel seguente video, creato in quel laboratorio: il robot prima crea una tazzina, poi il suo manico, infine li assembla insieme; l’oggetto è pronto e viene messo alla prova trasportando da una parte all’altra dell’acqua.

Le tecnologie che avvolgono i mondi creati da Asimov nei suoi libri sono ancora lontane, ma a mio avviso anche grazie alle stampanti 3D sarà possibile progredire nel campo della robotica.

Alessio Melandri

D-shape

In un post precedente si parla in generale della stampante in grado di creare modelli molto grandi, cercherò ora di approfondire questa tecnologia.

Nata dal genio di Enrico Dini, un ingegnere Toscano, D-shape è una stampante che, una volta importato il file CAD, crea forme libere di qualsiasi dimensioni, non modellini, ma elementi in formato reale in scala 1:1.

Questo è possibile grazie ad un impasto di sabbia e di uno speciale “inchiostro”:un bi-componente inorganico e perfettamente ecocompatibile. Esso ha la capacità di trasformare la sabbia in solida roccia.

Una volta avviato il file in stampa, 300 ugelli si mettono all’opera, realizzando strato dopo strato di sabbia, pezzi unici o macroblocchi che possono essere trasportati e assemblati in cantiere.

La tecnologia straordinaria della D-shape permette inoltre di realizzare stampe in diversi materiali, ottenere qualsiasi spessore che si voglia e avere via libera nella creazione di eventuali cavità interne.

La stampante può essere usata in svariati settori, basta che utilizzi la progettazione in CAD. Quindi la si può usare dall’ambito edilizio al design, dall’arte all’industria o ancora nell’archeologia, ad esempio per ricreare le parti mancanti di uno scavo o altro.

Come già accennato, la stampante è ecocompatibile perchè, grazie al fatto che viene utilizzata roccia, permette di stampare elementi che si inseriscono perfettamente nell’ambiente naturale, rendendo l’impatto visivo pari a zero.

Alessia Moretti

(Fonte:Dinitech)

 In questo breve video viene spiegato come importare ed esportare un file per la stampa in 3D in formato STL, che è un formato di file, binario o ascii, nato per i software di stereolitografia CAD, attraverso due programmi open source: Blender e MeshLab. Il video è sottointitolato sia in inglese che in italiano e vengono illustrati sia i pro e contro dei due programmi di grafica 3D.

Per chi non lo sapesse, Blender è un programma libero di modellazione, rigging, animazione, compositing e rendering di immagini tridimensionale e grazie alle numerose funzionalità è paragonabile ad altri programmi a pagamento per la modellazione 3D molto famosi nel settore, come 3D Studio Max, LightWave 3D e Maya, tanto per citarne alcuni.

Il programma è in continua evoluzione e si possono trovare in rete numerosi tutorial gratuiti che insegnano come usarlo. Non è difficile da utilizzare, bisogna solo prenderci un po’ la mano perchè ha i comandi invertiti, infatti ad esempio si seleziona premendo il tasto destro del mouse e non col sinistro e si lavora molto con i comandi a tastiera.

Sul sito ufficiale si possono trovare tutte le informazioni che possono servire: http://www.blender.org/


MeshLab è un altro programma opensource per la modellazione 3D ed è di origine italiana, il suo sviluppo infatti è iniziato una decina di anni fa nell’università di Pisa e anch’esso è in continua evoluzione. Purtroppo non conosco molto bene il programma, ma girovagando in rete ho visto che si trovano numerosi tutorial che spiegano il suo utilizzo.

Il sito ufficiale è: http://meshlab.sourceforge.net/

Spero che lo troviate utile!

Alessia Moretti

Farmaci fatti in casa: A Glasgow nasce il sistema per produrli a domicilio con la stampa 3D

All’università di Glasgow, in Scozia, un team di ricercatori guidati dal titolare della cattedra di Chimica Lee Cronin, ha scommesso su una vincente combinazione tra stampa 3D e ingegneria chimica, riuscendo a realizzare dei piccoli contenitori composti da un gel a base polimerica chiamati “reactionware”, che hanno la peculiarità di non essere dei semplici contenitori di reazioni chimiche, ma di partecipare loro stessi alla reazione desiderata.

Questa semplice intuizione ha già rivoluzionato il mondo della chimica, rendendo possibili processi, sintesi e reazioni con un minor tempo e con un maggior controllo. In realtà le potenzialità del “reactionware” sono immense e potrebbero coinvolgere numerosi campi della ricerca e della produzione industriale. Un capitolo a sé è la ricaduta sull’industria farmaceutica.

Il professor Cronin sostiene che in un futuro molto vicino questo metodo potrebbe permettere al consumatore medio di potersi creare farmaci personalizzati in casa, magari con l’aiuto di qualche “apps" in modo da facilitare la produzione. File CAD predisposti e personalizzabili abbinati a stampanti commerciali a basso costo fanno il resto. Ciò comporta l’accesso alla produzione chimica da parte di un gran numero di persone che non hanno conoscenze specialistiche e la non banale possibilità di personalizzazione totale del farmaco per ogni individuo. 

Ciò non è tuttavia esente da rischi, infatti al di là dell’uso di elementi chimici potenzialmente dannosi, il metodo potrebbe facilitare la diffusione di sostanze illegali e droghe, senza che si possano applicare regolamentazioni efficaci o controlli adeguati, per via della natura virtuale (quindi facilmente condivisibile) dei file CAD e dalla facilità di procurarsi elementi chimici basilari. Anche la semplicità dell’hardware della stampante 3D, che ricordiamo essere di natura commerciale e facilmente auto-realizzabile, rende molto facile un potenziale uso illecito della tecnologia.

Tuttavia le implicazioni positive sono molto più numerose. Oltre a quelle citate prima possiamo immaginare come si potrebbe facilmente diffondere la farmacia nei luoghi dove se ne ha più bisogno, ovvero il terzo mondo. Oppure a come la ricerca medica possa fare grandi balzi avanti specialmente nella cura personalizzata e nella terapia delle malattie “rare”.          

Manuel Ibba

(fonte: ilporticodipinto.it)

Software per la stampa 3D – Una strada tra le molte possibili

Il percorso per arrivare da un’idea alla stampa 3D lo abbiamo già visto nel post sul workflow e i software di cui vi parlo oggi rappresentano l’ultima parte del processo: dalla conversione del progetto in un file STL, al click con cui faremo partire la stampante.

Il mondo delle stampanti 3D volte all’autoproduzione è incredibilmente frammentato. Basta guardare una mappa dei principali progetti attivi negli ultimi anni per rendersene conto. L’idea di base è solitamente la stessa, ma la messa in pratica ha avuto uno sviluppo molto differenziato. Questo anche a causa delle modalità con cui sono nati i primi progetti: aperti e comunitari. Due caratteristiche che hanno determinato la nascita di numerosi sotto-progetti che spesso hanno intrapreso una strada differente dallo studio iniziale.

A fronte di un hardware così diversificato, in rete è presente una quantità di software molto elevata. Questa però non è una prerogativa del mondo dei 3ders, infatti esistono plurime soluzioni software con caratteristiche simili in quasi tutti gli ambiti in cui sono presenti programmi. Qualcuno alle prime armi, dopo aver affrontato la non semplice scelta dell’hardware, si ritrova davanti ad un mare di programmi che possono dare vita alla stampante 3D creata dopo giorni di duro montaggio.

Per questo motivo è bene capire cosa è necessario e da lì scegliere il software che si ritiene più adatto. Andiamo con ordine:

  1. Software per generare file STL

    Dopo aver realizzato l’oggetto con un software di grafica 3D, occorre tradurlo in un formato utile per la stampante, l’STL. Per farlo esistono numerosi software, uno dei quali, molto diffuso e open source è MeshLab. Programma di processing 3D che, oltre a sistemare con varie tecniche i vostri progetti, consente di convertire i file di grafica 3D in numerosissimi formati; è disponibile per Mac, Win e Linux. Se non vi soddisfa e volete software alternativi, potete partite dalla pagina di MeshLab su AlternativeTo. Mentre invece se il vostro programma di modellazione supporta l’export verso STL o siete in possesso già di un file in quel formato, siete pronti per il passo successivo.
    Screenshot di MeshLab - Un oggetto 3D da convertire in STL - Immagine tratta da Wikimedia Commons

  2. Software per convertire file STL in G-code

    G-code is a language in which people tell computerized machine tools what to make and how to make it.

    Ovvero, il G-code è un linguaggio col quale le persone dicono a strumenti computerizzati cosa creare e come farlo. Skeinforge è uno dei programmi più famosi che si adoperano in questa conversione. E’ possibile settare una quantità vastissima di parametri riguardanti le opzioni di stampa. Su Hackaday suggeriscono anche Sfact, ma essendo un programma complesso senza ancora facili tutorial, molti dei 3ders preferiscono ancora usare Skeinforge.

  3. Software per avviare la stampa 3D

    A questo punto il file del vostro oggetto è pronto e un ultimo programma vi porterà fino all’inizio della stampa. ReplicatorG è una soluzione open source per questo problema. I settaggi minimi da applicare sono la temperatura a cui portare l’estrusore e la posizione sulla piattaforma in cui stampare l’oggetto. Ci sono altre funzioni più avanzate come la modifica della velocità dei motori degli assi e diverse calibrature.

Screenshot di ReplicatorG - Un oggetto pronto per essere stampato - Immagine tratta da Replicat rilasciata sotto GNU FDL

Mike, di 3Dprinterkit, ha postato sul suo sito diversi video esplicativi, passo passo per gestire questi programmi per la sua stampante SUMPOD. Tutto questo però è applicabile a qualunque stampante 3D, con le opportune modifiche se l’elettronica di un certo modello lo richiede.

Alessio Melandri

Primi passaggi per la costruzione di una stampante 3D

Riprende il viaggio alla scoperta della costruzione di una stampante 3D. Dopo aver visto le componenti principali, cerchiamo di comprendere quali sono i passaggi fondamentali, servendoci della sezione Rep Rap di wikipedia dedicata alla costruzione. Siete pronti?

Come in tutte le cose, la prima parte è dedicata alla progettazione e al reperimento dei costituenti della stampante, già descritti. In particolare è necessario procurarsi le parti che ancora non possono essere riprodotte attraverso stampanti già in funzione, chiamate vitamins; tra esse troviamo elementi meccanici come viti, bulloni, aste, guide di movimento ed elementi elettronici come i circuiti. In questa fase non bisogna dimenticare anche gli attrezzi che verranno utilizzati. I più importanti sono:

  • chiave inglese
  • saldatrice
  • morse
  • calibri
  • forbici
  • cavo sverniciatore
  • trapano
  • colla
  • pinze
  • seghetto

Il secondo passaggio consiste nel preparare il computer a leggere il programma Rep Rap. Per eseguire questo è necessario installare Java Runtime Enviroment ( Java 6 o se ci sono problemi Java 5 ), nel caso in cui non sia già stato installato precedentemente. Solo a questo punto è possibile scaricare il programma Rep Rap. Esso è a disposizione per Linux o Windows 32 bit e per Windows 64 bit. L’installazione non è semplicissima, ma esistono due manuali sia per Linux, sia per Windows. Per esperti c’è a disposizione un modo più completo.

Dopo aver eseguito tutto il procedimento, siete giunti alla scelta del set elettronico. Esistono differenti tipi di set che possono essere sostituiti l’uno con l’altro pur possedendo caratterisctiche diverse. Ecco quali sono i principali:

  1. generation 6 ( velocità 16 MHz, 1 estrusore, piano riscaldato unico, professionale )
  2. generation 7 ( velocità 16 MHz, 1 estrusore, piano riscaldato con diverse dimensioni, completo, affidabile, flessibile, consigliato )
  3. ramps (velocità 16 MHz, 1 o 2 estrusori, piano riscaldato con diverse dimensioni, funziona solo con arduino, piccolo, low cost )
  4. sanguinololu (velocità 16 MHz, 1 estrusore, piano riscaldato con diverse dimensioni, costo elevato )

Il quarto passaggio risulta essere l’installazione dell’arduino, la programmazione della scheda madre e la programmazione del controllo dell’estrusore. Queste azioni sono particolarmente importanti perchè determinano il funzionamento della stampante. Fatele con grande attenzione.

Questi sono i primi passaggi della costruzione e anticipano l’ assemblaggio e le prime prove, che verranno trattate successivamente. Se siete interessati vi terremo aggiornati.

Massimiliano Donnarumma

Navigando su Internet mi sono imbattuta su questo divertente video dove Beppe Grillo parla delle stampanti 3D. Il comico introduce l’argomento partendo da un sito di opensource ( www.thingiverse.com/ ) da dove uno può scaricare in modo completamento gratuito file con oggetti che si possono replicare grazie a una stampante 3D.

Successivamente Beppe Grillo mostra un prototipo di una stampante 3D e fa una dimostrazione creando un fischietto e nell’attesa dell’avvenuta stampa, Grillo parla in modo ironico e divertente dei vari vantaggi che una tecnologia del genere offre, dal riciclo (grazie alla fusione della plastica da cui si ottenie i piccoli oggetti) al risparmio sia di tempo che di denaro.

Consiglio a tutti di guardare il video sia perchè interessante sia perchè divertente!

Alla prossima!

Alessia Moretti

Terza rivoluzione industriale – L’autoproduzione attraverso internet e stampanti 3D

C’è chi pensa che la terza rivoluzione industriale sia pronta per incominciare. Questo qualcuno è Jeremy Rifkin, presidente della Foundation of Economic Trend, ed esperto delle transizioni energetiche. Lo scrive in un articolo del 28 marzo 2012 sul blog statunitense huffington post.

Concept - Terza Rivoluzione Industriale

Secondo la sua teoria, la ventura rivoluzione industriale poggia le fondamenta su tre pilastri:

  • Energie rinnovabili

  • Internet

  • Stampanti 3D

Nella sua visione Rifkin vede un futuro in cui le persone produrranno autonomamente energia dalle fonti rinnovabili per i propri consumi e saranno tutte connesse tra loro grazie ad internet. Le famiglie produrranno e scambieranno quindi energia grazie all’unione di rinnovabili e internet.

Tipologie di connessioni

Dall’articolo di qualenergia.it leggiamo una citazione di Rifkin:

Mentre l’economia della terza rivoluzione industriale permette a milioni di persone di produrre la propria energia e la propria informazione, la nuova rivoluzione digitale della manifattura apre la possibilità che questo accada anche per la produzione di beni.

La dipendenza dalle grandi industrie inizierà diminuire, grazie alla capillare diffusione delle stampanti 3D, con quali ognuno potrà produrre gli oggetti che desidera direttamente a casa propria.

In un articolo sul World Financial Review Rifkin prosegue affermando:

In the new era, everyone can potentially be their own manufacturer as well as their own internet site and power company. The process is called 3-D printing.

Ovvero:

Nella nuova era, chiunque potrà potenzialmente essere egli stesso fabbricante, proprio come per i siti internet e la produzione di energia. Questo processo è chiamato stampa 3D.

L’autoproduzione sarà una condizione "super-democratica", consentendo inoltre un’efficienza e un risparmio energetico superiori agli attuali standard di produzione delle grandi fabbriche. L’energia infatti sarà centellinata sia abbattendo completamente il trasporto dei manufatti sia utilizzando meno materie prime, costruendo senza avanzi invenduti. Infine, stando alla visione di Rifkin, le grandi compagnie non spariranno del tutto, ma dovranno adattarsi ad un utilizzo dal basso delle risorse, fornendo i servizi necessari e le materie prime.

Anche l’Economist, settimanale britannico, è della stessa idea. Nell’articolo pubblicato si parla della trasformazione della produzione dall’Ottocento ad oggi. Dall’artigianato, alla produzione in serie, fino ad arrivare al digitale e alle stampe tridimensionali. Il settimanale focalizza l’attenzione anche su un aspetto più legato al suo ambito: il denaro.

A $499 first-generation iPad included only about $33 of manufacturing labour, of which the final assembly in China accounted for just $8.

Che tradotto in italiano significa:

Un iPad di prima generazione venduto a 499$ consiste in soli 33$ di manifattura, dei quali 8$ sono il costo dell’assemblaggio che avviene in Cina.

Essendo questi gli standard di produzione delle grandi aziende, risulta tangibile il ritorno economico del singolo nell’abbracciare l’autoproduzione, se essa avrà uno sviluppo competitivo.

Wired inoltre ci informa che:

La Boston Consulting Group, multinazionale di consulenza di management e business, prevede che nelle aree dei trasporti e dei computer, come nell’industria metallurgica e meccanica, entro il 2020, gli Stati Uniti costruiranno in casa dal 10 al 30% di ciò che ora importano dalla Cina.

Il futuro che queste idee portano con sé renderà il singolo più autonomo e collegato agli altri, attraverso percorsi orizzontali, scalfendo non poco la verticalità del modello industriale attuale.

Le immagini presenti in questo articolo sono tratte dal blog connected-marketing, in particolare da questo post. La loro licenza è la stessa delle originali. | Questo post presenta citazioni di siti terzi. Le suddette mantengono la licenza presente negli articoli originali.

Alessio Melandri