Open-Source: Umgebauter Lasercutter wird zum 3D-Bioprinter
Eigenbau von Forschungsgerät ist im Trend: An der Rice University hat eine Gruppe von Bioingenieurinnen und Bioingenieuren einen Lasercutter zum Implantatdrucker umfunktioniert und das Design veröffentlicht.
(Bild: Jeff Fitlow/Rice University)
- Peter König
Forscherinnen und Forscher der texanischen Rice University haben einen handelsüblichen Lasercutter in einen Lasersinter-3D-Drucker (SLS) umgebaut, um auf besonders günstige Weise dreidimensionale Strukturen aus Kunststoffpulver, aber auch ihre selbst entwickelten Biomaterialien erzeugen zu können – zum Beispiel Modelle der fein verästelten Gefäßsysteme in der Leber. Die Baupläne und den Code für ihre Konstruktion namens OpenSLS stellt die Gruppe auf GitHub unter Open-Source-Lizenz (GPL 3) zur Verfügung. Ein System nach diesem Muster soll weniger als 10.000 US-Dollar kosten.
Als Basis für ihren Umbau diente ein Lasercutter des Herstellers SeeMeCNC (den der Hersteller leider nicht mehr verkauft), dessen Laser sowie die Positioniermechanik in beiden horizontalen Richtungen beibehalten wurde. Die Maschine bekam aber noch ein RepRap Arduino Mega Board (kurz RAMBo) implantiert, um die insgesamt nötigen fünf Schrittmotoren anzusteuern. Ein 3D-Lasersinter-Drucker muss nun mal in mehr Dimensionen arbeiten als ein Lasercutter: Für jede neue Schicht breitet ein Schieber einen Hauch von Materialpulver in genau definierter Dicke über das bisher erzeugte Werkstück, dann tritt der Laser in Aktion und verschmilzt die einzelnen Körnchen des rohen Materialpulvers punktgenau zusammen. Da das unverbackene Pulver in den Zwischenräumen liegen bleibt, stützt es Überhänge, sodass der Bau von eigenen Stützstrukturen nicht nötig ist – anders als etwa beim Schmelzschichtverfahren (FDM) oder bei der Stereolithographie.
Glatt gemacht
Die Gruppe von der Rice University hat unter anderem mit dem Kunststoff Polycaprolacton (PCL) experimentiert – der ist ungiftig und biologisch abbaubar und wird daher als Trägermaterial für Stammzellen oder Knorpelzellen bei der Gewebezüchtung (Tissue Engineering) erprobt. Während die für Werkstücke aus dem Lasersinter-3D-Drucker typische raue Oberfläche für solche Anwendungen von Vorteil ist, braucht man beispielsweise für manche Implantate eher glatte Objekte. Die Forscherinnen und Forscher haben deshalb nebenbei auch noch gleich eine Methode entwickelt, um die Werkstücke nachzubearbeiten, indem sie sie kontrolliert einem Lösungsmitteldampf aussetzen (zum Vergleich siehe die beiden Objekte im Bild über diese Meldung).
Selbst gebaut, viel gespart
Kommerzielle SLS-Maschinen kosten gerne mal sechsstellige Summen und verarbeiten nur speziell vom Hersteller geprüfte Materialpulver, darunter oft auch Metalle wie Stahl oder Titan. Die ersten SLS-Geräte von der Stange für weniger als 10.000 Euro stehen gerade erst in den Startlöchern, etwa die Lisa des polnischen Herstellers Sinterit oder die S1 von Sintratec aus der Schweiz; sie sind auf Kunststoffpulver eingeschränkt. Für den biologischen 3D-Druck gibt es aber auch andere Ansätze als jenen der Rice University: So wurde an der Carnegie Mellon University kurzerhand ein MakerBot zum Bioprinter umgebaut, der das Rohmaterial dreidimensional in Hydrogel pipettiert.
- Paper (im Volltext online): Ian S. Kinstlinger, Andreas Bastian, Samantha J. Paulsen, Daniel H. Hwang, Anderson H. Ta, David R. Yalacki, Tim Schmidt, Jordan S. Miller, Open-Source Selective Laser Sintering (OpenSLS) of Nylon and Biocompatible Polycaprolactone
(pek)
