Attuatori lineari per una biostampante 3D

La produzione additiva sta rivoluzionando diversi settori, dal manufacturing all’edilizia, fino alle più innovative applicazioni in ambito medicale. La possibilità di sviluppare processi di prototipazione rapida offre notevoli vantaggi in termini di riduzione del time to market e dell’ottimizzazione tempestiva del processo nel suo complesso. Anche nell’ambito della stampa 3D le soluzioni di movimentazione lineare possono giocare un ruolo cruciale nel garantire precisione di posizionamento, ripetibilità ed efficienza. La tecnologia Rollon è stata integrata in un’innovativa applicazione di stampa tissutale.

Gli scienziati della clinica universitaria della RWTH di Aachen si sono avvalsi di un attuatore lineare della linea Actuator Line di Rollon, gruppo specializzato in soluzioni per la movimentazione lineare, per sviluppare un sistema di stampa robotizzato destinato alla produzione generativa di strutture polimeriche e cellulari tridimensionali.

L’obiettivo del progetto di collaborazione “RoboGel”, promosso dal Ministero Federale dell’Economia e della Tecnologia tedesco, era lo sviluppo di una biostampante 3D totalmente automatica e capace di stampare cellule vive strato dopo strato all’interno di un fluido coadiuvante.

Le nuove frontiere della biostampa

La biostampa è un processo di ingegneria tissutale che si basa sul principio della prototipazione rapida. Nell’ingegneria tissutale classica vengono creati tessuti sintetici da più componenti in varie fasi.

Al contrario, il progetto “RoboGel” ha seguito un nuovo approccio: la creazione di tessuto vivente tridimensionale, realizzato strato per strato in base a un modello tramite idrogel carichi di cellule.

Le strutture in idrogel vengono integrate con molecole di segnalazione e incubate in un terreno di coltura, in modo che le cellule si riproducano e che alla fine l’oggetto nel suo complesso presenti la struttura cellulare desiderata.

Il nuovo processo permette di realizzare strutture di idrogel multistrato con dimensioni nell’ordine dei centimetri. Poiché per realizzare tessuti di questa altezza occorrono diversi tipi di cellule, grazie alle numerose testine di stampa dell’innovativa biostampante 3D è possibile produrre in contemporanea vari tipi di cellule in un unico sistema complesso.

Questo risultato è stato raggiunto grazie alla collaborazione tra l’azienda tedesca HiTec Zang, attiva nello sviluppo di hardware su misura per l’automazione da laboratorio, e l’italiana Rollon, da anni tra i principali attori del settore della movimentazione lineare.

L’asse dell'innovazione

La biostampante è stata sviluppata sulla base di uno SciBot®, robot da laboratorio per applicazioni specifiche prodotto da HiTec Zang, che può essere collegato a un sistema di analisi online, pompe, valvole, o sistemi di cambio utensili con attuatori, sensori o utensili diversi.

In questo caso, il “cuore” del robot da laboratorio è un asse lineare ad alta precisione, fissato a due supporti sopra lo SciBot® fino a formare un portale. Sulla guida dell’asse lineare è possibile installare elementi prensili, utensili o addirittura testine di stampa. L’asse lineare sposta quindi il robot nella posizione idonea per la manipolazione degli oggetti.

Per realizzare questo modulo centrale, la scelta dei membri del progetto è caduta sull’attuatore lineare TH90 della famiglia Precision System di Rollon.

Prima di realizzare il prototipo sono stati confrontati vari assi lineari di numerosi produttori. Il TH90 è stato scelto grazie all’elevata precisione di posizionamento e di ripetibilità: fino a 5 μm. 

Attuatori lineari TH: caratteristiche tecniche 

Gli attuatori della linea TH sono costituiti da tavole lineari precise, rigide e compatte, con movimentazione a vite a ricircolo di sfere - disponibile in varie categorie di precisione e con vari passi di filettatura - che garantisce un’elevata precisione di posizionamento in tutte le fasi di lavorazione, offrendo alti livelli di performance.

La struttura estremamente compatta della tavola lineare Precision System TH risulta perfetta per le applicazioni in spazi limitati, quali quelli che caratterizzano un laboratorio. 

Inoltre, questo attuatore lineare vanta una coppia di avviamento ridotta, elevata resistenza alla torsione, un profilo compatto e può raggiungere una velocità di spostamento massima pari a 1,4 m/s.

La traslazione è affidata ad un sistema di due o quattro pattini a ricircolo di sfere ingabbiate, precaricati e montati su due rotaie parallele.

Le tavole lineari Precision System TH sono disponibili sia nella versione a carrello singolo che doppio, in modo da poter soddisfare diverse capacità di carico.

La gamma Precision System TH è inoltre caratterizzata da un sistema di lubrificazione sicuro delle guide e della vite, grazie a un complesso di canali dedicati per ogni singolo componente. 

Tutte queste caratteristiche sono risultate fondamentali per realizzare una stampante 3D precisa, rapida e commercializzabile. 

L’attuatore lineare TH è disponibile in tre diverse taglie: 90, 110 e 145 mm.

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