Nghiên cứu thiết kế và đánh giá đặc tính của đầu in dung dịch cho máy in 3d sinh học

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu, thiết kế đánh giá đặc tính đầu in dung dịch cho máy in 3D sinh học HỒNG BÁ CƯỜNG Cuong.HB211295M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Cơ khí Giảng viên hướng dẫn: TS Phùng Xuân Lan Chữ ký GVHD Trường: Cơ khí HÀ NỘI, 2023 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Hoàng Bá Cường Đề tài luận văn: Nghiên cứu, thiết kế đánh giá đặc tính đầu in dung dịch cho máy in 3D sinh học Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số HV: 20211295M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 19/04/2023 với nội dung sau: - Bổ sung danh mục từ viết tắt, thuật ngữ chuyên ngành trang V - Sửa lỗi phần in mục lục, thiếu đánh số công thức (2.1) trang 17, Việt hóa đồ thị Hình 3.15 trang 50 Hình 3.19 trang 52 - Sửa lại thông số tốc độ đùn dung dịch CaCl2 thành 0,02 mm/s Bảng 3.2 trang 47 lỗi đánh máy - Bổ sung thích, vẽ cụm đầu in dung dịch bao gồm cụm cấp SA, cụm cấp CaCl2 mục 2.3.3 trang 30 2.3.4 trang 33 - Bổ sung liệu A5 bị thiếu đồ thị Hình 3.19c trang 52 - Bổ sung làm rõ sở phương án lựa chọn thông số công nghệ giá trị để thử nghiệm mục 3.1 trang 40 Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu, thiết kế đánh giá đặc tính đầu in dung dịch cho máy in 3D sinh học Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô giáo trường Cơ khí Đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt xin gửi làm cảm ơn chân thành sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn - TS Phùng Xuân Lan người giúp đỡ, bảo định hướng tơi q trình nghiên cứu khoa học để hoàn thành luận văn Qua giúp đỡ cơ, tơi có kiến thức kỹ cần thiết để thực đề tài luận văn Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Kiên Trung hướng dẫn, giúp đỡ tận tình thành viên nghiên cứu IMS Lab hỗ trợ đóng góp ý kiến để giúp tơi hồn thành đề tài cách hiệu Sự hợp tác cống hiến thành viên IMS Lab giúp tơi hồn thành đề tài với chất lượng tốt Tơi xin chân thành cảm ơn Quỹ đổi sáng tạo Vingroup (VINIF) tài trợ cho dự án VINIF.2020.DA13 có kinh phí để thực nghiên cứu khn khổ luận văn Tôi xin chúc thầy cô thật nhiều sức khoẻ truyền cảm hứng nghiên cứu khoa học cho hệ học viên Do thời gian nghiên cứu kiến thức thân cịn hạn chế nên mong đóng góp thầy để luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! i Tóm tắt nội dung luận văn Công nghệ in 3D ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống sản xuất giáo dục, y tế, xây dựng v.v ưu điểm bật nhanh chóng tạo chi tiết có hình dáng phức tạp trực tiếp từ mơ hình vật thể rắn 3D mà khơng phải phương pháp tạo Trong công nghệ y sinh, công nghệ in 3D ứng dụng nhiều để tạo nên phận giả, điển chân, tay, răng, xương thể người với độ xác hồn hảo Một xu hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ in 3D việc chế tạo mô sinh học xương, sụn da Với loại máy in vậy, vật liệu phong phú mà người ta gọi tên chung mực in sinh học với trạng thái chủ yếu dung dịch dạng gel kết hợp khơng kết hợp với tế bào Các gel tạo mơi trường cho tế bào phát triển để hình thành mơ Việc nghiên cứu phương pháp đặc điểm in 3D vật liệu dạng mực in sinh học có ý nghĩa khoa học ứng dụng lớn Vì đề tài tập trung nghiên cứu đầu in dung dịch máy in 3D sinh học, đồng thời thực nghiệm phân tích mơ CAE để nghiên cứu tích chất dung dịch dịng chảy Nó có ý nghĩa nghiên cứu chế tạo mô kỹ thuật Việt Nam Để làm rõ nội dung đề tài ta cần hoàn thành mục tiêu nghiên cứu sau: - Nghiên cứu tổng quan công nghệ in 3D sinh học phương pháp in 3D sinh học - Lựa chọn vật liệu cho in sinh học phương pháp in - Phân tích, mơ đặc tính dòng chảy dung dịch in - Thiết kế, chế tạo đầu in dung dịch - Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng thông số in đến chất lượng đường in HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên ii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Tóm tắt nội dung luận văn ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D SINH HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP IN 3D SINH HỌC 1.1 Tổng quan công nghệ mô in 3D 1.1.1 Công nghệ in 3D 1.1.2 Công nghệ mô sinh học 1.2 Công nghệ in 3D sinh học 1.3 Các công nghệ in 3D sinh học phổ biến 1.4 1.5 1.3.1 In sinh học phương pháp in phun 1.3.2 In sinh học phương pháp tạo mẫu quang hóa 1.3.3 In sinh học phương pháp ép đùn vật liệu Vật liệu sinh học sử dụng in 3D cho công nghệ mô 10 1.4.1 Đặc điểm vật liệu làm mực sinh học phù hợp với in 3D 10 1.4.2 Một số loại vật liệu phổ biến dùng làm mực in sinh học 11 Đầu in dung dịch cho máy in 3D sinh học 13 Kết luận chương 16 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG ĐẦU IN DUNG DỊCH 17 2.1 Phân tích khả phân phối đầu in đồng trục 17 2.2 Tính tốn mơ dịng chảy dung dịch 19 2.3 2.2.1 Phương pháp mơ động lực học dịng chảy (CFD) 20 2.2.2 Mơ đánh giá đặc tính dịng chảy 22 Thiết kế cụm đầu in dung dịch 28 2.3.1 Sơ đồ cấu tạo 28 iii 2.4 2.3.2 Cấu tạo cụm đầu in đồng trục 29 2.3.3 Cấu tạo cụm cấp dung dịch SA 30 2.3.4 Cơ cấu cụm cấp dung dịch Canxi Clorua 33 Chế tạo lắp ráp cụm đầu in dung dịch 36 Kết luận chương 39 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ IN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG IN 40 3.1 Mục tiêu phạm vi thực nghiệm 40 3.2 Dữ liệu thực nghiệm 40 3.2.1 Vật liệu thử nghiệm 40 3.2.2 Cấu trúc đường in 41 3.2.3 Các chế độ chạy thực nghiệm 41 3.3 Sơ đồ thí nghiệm 42 3.4 Phương pháp đo kiểm 44 3.5 Kết thực nghiệm 46 3.5.1 Ảnh hưởng nồng độ SA đến khả in thí nghiệm 46 3.5.2 Ảnh hưởng nồng độ CaCl2 đến khả in thí nghiệm 47 3.5.3 Ảnh hưởng tốc độ in 48 Kết luận chương 54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 58 iv DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LDM :Liquid deposition modeling ( Công nghệ đùn dung dịch) CAD : Computer-Aided Design (Thiết kế hỗ trợ máy tính) 3D : Three Dimention (3 chiều) 2D : Two Dimention (2 chiều) UV : Ultraviolet (Tia cực tím) SLA : Stereolithography (Tạo mẫu quang hóa) FDM : Fused Deposition Modelling (Công nghệ đùn dây nhựa nhiệt dẻo) SLS : Selective Laser Sintering (Công nghệ thêu kết vật liệu) ECM : Extracellular Matrices (Chất ngoại bào) SA : Sodium Alginate (Dung dịch Natri Alginat) PCL : Polycaprolactone CFD : Computational Fluid Dynamics (Tính tốn động lực học chất lưu) FEM : Finite Element Method (Phương pháp phần tử hữu hạn) NBR : Nitrile-Butadiene Rubber (Cao su nitrile) PBS : Dung dịch đệm muối Photphat v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình hoạt động ngành cơng nghệ mơ [5] Hình 1.2 Các sản phẩm ngành Kỹ thuật mô Y học tái tạo (Nguồn bme.hcmiu.edu.vn) Hình 1.3 Cơng nghệ in 3D sinh học Hình 1.4 Tai nhân tạo cơng nghệ in 3D sinh học (bionic ear) Hình 1.5 Tim nhân tạo công nghệ in 3D sinh học Hình 1.6 In sinh học phương pháp in phun [9] Hình 1.7 In sinh học phương pháp laser (SLA) [9] Hình 1.8 In sinh học phương pháp đùn vật liệu [9] Hình 1.9 Các yêu cầu quan trọng để chọn mực sinh học cho in 3D sinh học 10 Hình 1.10 Cấu trúc hóa học Alginate [19] 12 Hình 1.11 Bột Alginate 13 Hình 1.12 Đầu in đồng trục thương mại 14 Hình 1.13 Đầu in đồng trục tùy chỉnh 14 Hình 2.1 Q trình phân phối vịi phun đồng trục 18 Hình 2.2 Liên kết chéo vòi phun đồng trục 19 Hình 2.3 Mơ q trình chuyển động nước qua van ( màu đỏ minh họa vị trí có vận tốc lớn nhất) 20 Hình 2.4 Quy trình mơ CFD 21 Hình 2.5 Các dạng phần tử lưới phương pháp phần tử hữu hạn 22 Hình 2.6 Chia lưới phần tử (a) Chia lưới theo chiều dọc đầu đùn; (b) Chia lưới theo mặt cắt ngang đầu đùn 24 Hình 2.7 Thiết lập FEM 25 Hình 2.8 Giao diện bước chạy tốn mơ CFD 26 Hình 2.9 (a) Sự phân bố vận tốc dung dịch SA 4% áp suất 2,5 bar, (b) Đồ thị ảnh hưởng áp suất độ nhớt đến tốc độ đùn dung dịch 27 Hình 2.10 Sơ đồ cấu tạo hệ thống đầu in dung dịch 28 Hình 2.11 Cấu tạo hệ thống đầu in dung dịch: (a) Đầu in đồng trục, (b)Van phân phối, (c) Cụm đầu cấp dung dịch CaCl2 29 Hình 2.12 Cấu tạo đầu in đồng trục 29 vi Hình 2.13 Cấu tạo cụm cấp dung dịch SA 30 Hình 2.14 Van hút ngược 31 Hình 2.15 Các gá cụm cấp dung dịch Alginate 32 Hình 2.16 Xi lanh chứa dung dịch 32 Hình 2.17 Kim phun 32 Hình 2.18 Cấu tạo cụm cấp dung dịch CaCl2 33 Hình 2.19 Động bước 42HS L48 34 Hình 2.20 Cơ cấu truyền động trục vít me - đai ốc bi 35 Hình 2.21 Các gá, kẹp cụm cấp dung dịch CaCl2 35 Hình 2.22 Cơ cấu ray – trượt 36 Hình 2.23 Piston- Xi lanh 36 Hình 2.24 Sơ đồ lắp cụm cấp dung dịch CaCl2 37 Hình 2.25 Sơ đồ lắp cụm cấp dung dịch SA đầu in đồng trục 37 Hình 2.26 Cụm đùn dung dịch thực tế chế tạo a) Hai cụm cấp dung dịch; b) Cụm đầu in dung dịch tích hợp máy in 3D sinh học 38 Hình 3.1 Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm a) cân hạt CaCl2; b) Khuấy từ để hòa tan CaCl2 41 Hình 3.2 Cấu trúc đường in 41 Hình 3.3 Thiết lập thí nghiệm máy in 3D sinh học 42 Hình 3.4 Cài đặt phần mềm điều khiển máy in 43 Hình 3.5 Mẫu in trình in 43 Hình 3.6 Vị trí đo kiểm 44 Hình 3.7 Các thơng số thu thập 44 Hình 3.8 Sơ đồ đo kiểm mẫu in 45 Hình 3.9 Các mẫu in khung sinh học với nồng độ khác SA; (a) SA 4%; (b) SA 3%; (c) SA 2% 47 Hình 3.10 Đường in 0-90 in với nồng độ CaCl2 khác nhau; (a) 0,1M, (b) 0,2M, (c) 0,3M 48 Hình 3.11 Khu vực phân tích vùng in 48 Hình 3.12 Ảnh chụp mẫu in giai đoạn nồng độ CaCl2 0,1M tốc độ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (a, b, c) 49 Hình 3.13 Ảnh chụp mẫu in giai đoạn nồng độ CaCl2 0,2 M tốc độ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (a, b, c) 49 vii Hình 3.15 Đồ thị ảnh hưởng vận tốc nồng độ CaCl2 đến kích thước sợi mẫu vừa in Với nồng độ CaCl2 0,1M, tốc dộ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (a, b, c); nồng độ CaCl2 0,2M, tốc dộ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (d, e, f) nồng độ CaCl2 0,3M, tốc dộ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (g, h, i) Chú thích: - A1, A2, A3, A4, A5: Các khu vực đo mẫu - P25: Áp suất đùn dung dịch SA 2,5 Bar - E2: Tốc độ đùn dung dịch CaCl2 0,2 mm/s - A3: Nồng độ dung dịch SA 3% - C1, C2, C3: Nồng độ dung dịch CaCl2 tương ứng 0,1; 0,2; 0,3M - F10, F12, F14: Tốc độ in tương ứng 10; 12; 14 mm/s Hình 3.12 - Hình 3.14 cho thấy Các mẫu in vừa in có dạng bóng mượt hình thành lớp liên kết chéo dung dịch SA CaCl2 Hình 3.15 kích thước sợi vừa in có giá trị nằm xung quanh giá trị 0,6 mm Nguyên nhân trình in đồng trục dung dịch SA CaCl2 liên kết chéo phần vừa khỏi đầu in Sợi lõi dung dịch SA, bao phủ bên dung dịch CaCl2 nên tiến hành đo kích thước vừa in xong giá trị kích thước bao dung dịch CaCl2 50 Đồ thị kích thước sợi đo khơng tn theo quy luật, miền phân bố kích thước rộng có độ lệch lớn Do vừa in xong lớp dung dịch CaCl2 liên kết phần để tạo sợi chưa liên kết hoàn toàn nên có lớp dung dịch lỗng cịn bám ngồi sợi mẫu in, mẫu in hình thành sợi hình dáng chưa ổn định cấu trúc Do sau sản phẩm vừa in cần tiếp tục tiến hành ngâm dung dịch CaCl2 để mẫu in liên kết chéo hoàn toàn, ổn định cấu trúc tiến hành đánh giá đo mẫu b Giai đoạn Sau mẫu in giai đoạn 1, tiến hành ngâm mẫu in vào khay chứa dung dịch CaCl2 nồng độ 0,6 M sau mẫu in lấy để khô tiến hành đưa mẫu in lên kính hiển vi để đánh giá Các hình ảnh Hình 3.16, Hình 3.17 Hình 3.18 hiển thị cụ thể hình dạng đường in thơng qua việc phóng to kính hiển vi ghi lại camera kết nối với máy tính Hình 3.16 Ảnh chụp mẫu in giai đoạn nồng độ CaCl2 0,1M tốc độ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (a, b, c) Hình 3.17 Ảnh chụp mẫu in giai đoạn nồng độ CaCl2 0,2 M tốc độ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (a, b, c) Hình 3.18 Ảnh chụp mẫu in giai đoạn nồng độ CaCl2 0,3 M tốc độ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (a, b, c) 51 Về mặt ngoại quan, sau liên kết chéo hoàn toàn thấy sợi mẫu in rõ nét hẳn so với giai đoạn Các mẫu in đảm bảo khả liên kết sợi, cấu trúc dạng lưới giữ nhấc lên khỏi khay để mẫu Hình 3.20 Tuy nhiên với chế độ nồng độ tốc độ in khác hình dạng mẫu in có thay đổi, điển hình kích thước sợi Với hình ảnh chụp hình dạng đường in mẫu chưa thể thay đổi mặt kính thước, cần đo lại kích thước đường in của mẫu để đánh giá thay đổi Đồ thị biểu diễn kích thước đường in sau liên kết chéo hồn tồn Hình 3.19 nhìn tổng quan phân bố kích thước chế độ in Hình 3.19 Đồ thị ảnh hưởng vận tốc nồng độ CaCl2 đến kích thước sợi mẫu sau liên kết chéo hoàn toàn Với nồng độ CaCl2 0,1M, tốc dộ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (a, b, c); nồng độ CaCl2 0,2M, tốc dộ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (d, e, f) nồng độ CaCl2 0,3M, tốc dộ in 10, 12, 14 mm/s tương ứng với (g, h, i) Chú thích: - A1, A2, A3, A4, A5: Các khu vực đo mẫu - P25: Áp suất đùn dung dịch SA 2,5 Bar - E2: Tốc độ đùn dung dịch CaCl2 0,2 mm/s - A3: Nồng độ dung dịch SA 3% 52 - C1, C2, C3: Nồng độ dung dịch CaCl2 tương ứng 0,1; 0,2; 0,3M - F10, F12, F14: Tốc độ in tương ứng 10; 12; 14 mm/s Hình 3.20 Mẫu in sau liên kết chéo hoàn toàn Từ đồ thị Hình 3.19 kích thước sợi sau liên kết chéo hồn tồn, tác giả có nhận xét sau: ‒ Sau liên kết chéo hoàn toàn, kích thước sợi mẫu in nằm khoảng theo lý thuyết 0,3 ≤ L ≤ 0,6 mm Do giai đoạn SA liên kết chéo gel hóa hồn tồn nên kích thước sợi in bao gồm kích thước lõi SA cộng thêm phần liên kết dung dịch SA CaCl2 ‒ Tại tốc độ in 12 mm/s với nồng độ CaCl2 0,2M cho độ chênh lệch kích thước đường in nhỏ nhất, vùng đo mẫu chế độ đồng với Đồ thị cho thấy sợi mẫu in thẳng ‒ Tại tốc độ in 10 mm/s với nồng độ CaCl2 từ 0,1 đến 0,3M cho kết độ chênh lệch kích thước sợi lớn Điều lý giải tốc độ in chậm yêu cầu để phù hợp với tốc độ đùn dung dịch dẫn đến đường in không thẳng không đồng ‒ Tại tốc độ in 14 mm/s, độ chênh lệch kích thước nhỏ so với tốc độ in 10mm/s, nhiên kích thước trung bình vị trí đo lại có sai lệch lớn Ngun nhân tốc độ in nhanh yêu cầu để phù hợp với tốc độ đùn dung dịch gây tượng bị kéo sợi in 53 Kết luận chương Trên sở nội dung nghiên cứu thực nghiệm khảo sát mẫu in với chế độ in khác nhau, tác giả đưa số kết luận sau: - Đầu in đồng trục thiết kế thử nghiệm in mẫu để đánh giá ảnh hưởng chế độ in tới hình thành kích thước đường in - Chất lượng mẫu in ảnh hưởng tham số nồng độ dung dịch SA, nồng độ CaCl2, tốc độ đùn dung dịch, tốc độ in Trong với nồng độ SA 3% 4% phù hợp với in 3D sinh học - Với nồng độ tốc độ đùn dung dịch cần chọn tốc độ in tương ứng Nếu tốc độ in cao sợi in có xu hướng bị kéo khơng bám dính, tốc độ in thấp so với tốc độ đùn dung dịch làm cho sợi in khơng thẳng kích thước khơng đồng - Thực nghiệm phạm vi đề tài rút thông số cho kết đường in tốt với cụm đầu in chế tạo bao gồm: Đường kính kim kim ngồi 0,3 0,6 mm; áp suất đùn SA 2,5 Bar; tốc độ đùn CaCl2 0,02 mm/s; nồng độ SA 3%; nồng độ CaCl2 0,2 M; tốc độ in 12 mm/s - Thực nghiệm ứng dụng cho đầu in dung dịch máy in 3D sinh học mở hướng ứng dụng hiệu lĩnh vực nghiên cứu đề tài 54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Luận văn hoàn thành mục tiêu nghiên cứu đưa sở khoa học, phương pháp thiết kế, chế tạo đánh giá cho đầu in dung dịch cho máy in 3D sinh học Luận văn đạt kết cụ thể sau: ‒ Luận văn khảo sát đặc điểm ứng dụng in 3D sinh học ngành cơng nghệ mơ, từ xác định phương pháp in vật liệu sử dụng cho in 3D sinh học ‒ Thiết kế, chế tạo cụm đầu in dung dịch sử dụng phương pháp in đồng trục tác giả hồn thành, kết hợp với phương pháp mơ dòng chảy dung dịch xác định đặc tính dịng chảy định hướng cho thực nghiệm ‒ Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng thông số vật liệu, nồng độ, tốc độ đùn, tốc độ in đến khả hoạt động đầu in dung dịch chất lượng mẫu in ‒ Kết thực nghiệm kiểm chứng khả làm việc tốt đầu in dung dịch phương pháp in đồng trục Các thông số tối ưu để tạo mẫu in rút ‒ Kết luận văn sở tham khảo hữu ích cho nghiên cứu in dung dịch sinh học cơng nghệ mơ ‒ Luận văn hồn thành việc chế tạo thử nghiệm đánh giá số thông số quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng dường in Tuy nhiên yếu tố mặt hình dáng hình học đầu in, thông số nhiệt độ việc thay đổi chế độ đồng thời thí nghiệm chưa đánh giá Do tương lai cần mở rộng phạm vi nghiên cứu, thử nghiệm đánh giá yếu tố để phát triển hồn thiện cho cơng nghệ in dung dịch sinh học Phạm vi nghiên cứu luận văn giới hạn phịng thí nghiệm, nhằm đưa nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn, cần nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực y sinh nói chung cụ thể công nghệ mô sinh học 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S A M Tofail, E P Koumoulos, A Bandyopadhyay, S Bose, L O Donoghue, and C Charitidis, “Additive manufacturing : scientific and technological challenges , market uptake and opportunities,” Biochem Pharmacol., vol 00, no 00, pp 1–16, 2017, doi: 10.1016/j.mattod.2017.07.001 [2] P Holzmann et al., “User entrepreneur business models in 3D printing,” 2017, doi: 10.1108/JMTM-12-2015-0115 [3] Y Wang, R Blache, and X Xu, “Selection of Additive Manufacturing Processes,” 2017 [4] Y He, F Yang, H Zhao, Q Gao, B Xia, and J Fu, “Research on the printability of hydrogels in 3D bioprinting,” Sci Rep., vol 6, pp 1–13, 2016, doi: 10.1038/srep29977 [5] S Kreß, “Development and proof of concept of a biological vascularized cellǦ based drug delivery system,” Opus.Bibliothek.Uni-Wuerzburg.De, [Online] Available:https://opus.bibliothek.uniwuerzburg.de/frontdoor/index/index/docI d/17865 [6] C D Roche, R J L Brereton, A W Ashton, and C Jackson, “Current challenges in three-dimensional bioprinting heart tissues for cardiac surgery,” vol 58, no May, pp 500–510, 2020, doi: 10.1093/ejcts/ezaa093 [7] T J Hinton et al., “Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels,” no October, pp 1–10, 2015 [8] M S Mannoor et al., “3D printed bionic ears,” Nano Lett., vol 13, no 6, pp 2634–2639, 2013, doi: 10.1021/nl4007744 [9] B W Kim, “Clinical regenerative medicine in urology,” Clin Regen Med Urol., pp 1–285, 2017, doi: 10.1007/978-981-10-2723-9 [10] U Demirci and G Montesano, “Single cell epitaxy by acoustic picolitre droplets,” Lab Chip, vol 7, no 9, pp 1139–1145, 2007, doi: 10.1039/b704965j [11] E Y S Tan and W Y Yeong, “Concentric bioprinting of alginate-based tubular constructs using multi-nozzle extrusion-based technique,” Int J Bioprinting, vol 1, no 1, pp 49–56, 2015, doi: 10.18063/IJB.2015.01.003 [12] M Hospodiuk, M Dey, D Sosnoski, and I T Ozbolat, “The bioink: A comprehensive review on bioprintable materials,” Biotechnol Adv., vol 35, no 2, pp 217–239, 2017, doi: 10.1016/j.biotechadv.2016.12.006 [13] A Blaeser, D F Duarte Campos, U Puster, W Richtering, M M Stevens, and H Fischer, “Controlling Shear Stress in 3D Bioprinting is a Key Factor to Balance Printing Resolution and Stem Cell Integrity,” Adv Healthc Mater., vol 5, no 3, pp 326–333, 2016, doi: 10.1002/adhm.201500677 [14] U Jammalamadaka and K Tappa, “Recent advances in biomaterials for 3D 56 printing and tissue engineering,” J Funct Biomater., vol 9, no 1, 2018, doi: 10.3390/jfb9010022 [15] J Y Xiong, J Narayanan, X Y Liu, T K Chong, S B Chen, and T S Chung, “Topology evolution and gelation mechanism of agarose gel,” J Phys Chem B, vol 109, no 12, pp 5638–5643, 2005, doi: 10.1021/jp044473u [16] T Garrido, A Etxabide, P Guerrero, and K De La Caba, “Characterization of agar/soy protein biocomposite films: Effect of agar on the extruded pellets and compression moulded films,” Carbohydr Polym., vol 151, pp 408–416, 2016, doi: 10.1016/j.carbpol.2016.05.089 [17] F Kreimendahl et al., “Three-Dimensional Printing and Angiogenesis: Tailored Agarose-Type i Collagen Blends Comprise Three-Dimensional Printability and Angiogenesis Potential for Tissue-Engineered Substitutes,” Tissue Eng - Part C Methods, vol 23, no 10, pp 604–615, 2017, doi: 10.1089/ten.tec.2017.0234 [18] Z V Bvg, “Rowe, Raymond C., Paul Sheskey, and Marian Quinn Handbook of pharmaceutical excipients Libros Digitales-Pharmaceutical Press, 2009.” [19] Y Zhang, “3D bioprinting of vasculature network for tissue engineering,” no February, p 135, 2014, doi: 10.13140/RG.2.2.32980.50568 [20] F E Freeman and D J Kelly, “Tuning alginate bioink stiffness and composition for controlled growth factor delivery and to spatially direct MSC Fate within bioprinted tissues,” Sci Rep., vol 7, no 1, pp 1–12, 2017, doi: 10.1038/s41598-017-17286-1 [21] Y Zhang, Y Yu, H Chen, and I T Ozbolat, “Characterization of printable cellular micro-fluidic channels for tissue engineering,” Biofabrication, vol 5, no 2, 2013, doi: 10.1088/1758-5082/5/2/025004 [22] M H Kim and S Y Nam, “Assessment of coaxial printability for extrusionbased bioprinting of alginate-based tubular constructs,” Bioprinting, vol 20, no April, p e00092, 2020, doi: 10.1016/j.bprint.2020.e00092 [23] T Liu, B Yang, W Tian, X Zhang, and B Wu, “Cryogenic Coaxial Printing for 3D Shell/Core Tissue Engineering Scaffold with Polymeric Shell and DrugLoaded Core,” Polymers (Basel)., vol 14, no 9, 2022, doi: 10.3390/polym14091722 [24] Y Zhang, “MSEC2013-1024,” pp 1–7, 2016 [25] A Salerno, S Zeppetelli, E Di Maio, S Iannace, and P A Netti, “Processing / Structure / Property Relationship of Multi-Scaled PCL and PCL – HA Composite Scaffolds Prepared via Gas Foaming and NaCl Reverse Templating,” vol 108, no 4, pp 963–976, 2011, doi: 10.1002/bit.23018 [26] B Kim, A J Putnam, T J Kulik, and D J Mooney, “Optimizing Seeding and Culture Methods to Engineer Smooth Muscle Tissue on Biodegradable Polymer Matrices,” 1998 57 PHỤ LỤC A1 Chi tiết số liệu thí nghiệm Bảng 0.1: Bảng thơng số kích thước sợi trước liên kết chéo hồn tồn Vị trí đo A1 A2 A3 A4 A5 Kích thước line (mm) L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 P25-E2-A3-C1 P25-E2-A3-C2 P25-E2-A3-C3 F10 F12 F14 F10 F12 F14 F10 F12 F14 0.520 0.529 0.530 0.565 0.518 0.492 0.511 0.557 0.568 0.482 0.495 0.442 0.507 0.518 0.520 0.553 0.426 0.477 0.529 0.537 0.537 0.544 0.480 0.474 0.521 0.531 0.501 0.544 0.482 0.492 0.648 0.660 0.576 0.609 0.686 0.715 0.645 0.648 0.550 0.555 0.671 0.674 0.66 0.635 0.554 0.571 0.711 0.682 0.518 0.544 0.674 0.601 0.705 0.718 0.542 0.538 0.656 0.639 0.677 0.715 0.575 0.609 0.542 0.596 0.702 0.697 0.565 0.580 0.632 0.547 0.710 0.703 0.575 0.575 0.622 0.500 0.692 0.703 0.542 0.568 0.529 0.596 0.669 0.679 0.553 0.578 0.586 0.521 0.643 0.666 0.606 0.648 0.669 0.674 0.790 0.708 0.536 0.583 0.562 0.570 0.573 0.622 0.469 0.542 0.526 0.514 0.661 0.627 0.480 0.557 0.637 0.558 0.638 0.661 0.485 0.560 0.550 0.529 0.619 0.630 0.502 0.476 0.451 0.464 0.534 0.523 0.342 0.415 0.480 0.438 0.546 0.527 0.512 0.472 0.487 0.483 0.589 0.605 0.511 0.441 0.397 0.431 0.583 0.684 0.474 0.605 0.487 0.437 0.601 0.635 0.601 0.565 0.565 0.612 0.695 0.762 0.529 0.583 0.526 0.573 0.710 0.666 0.589 0.533 0.572 0.551 0.707 0.652 0.529 0.518 0.596 0.534 0.630 0.630 0.525 0.550 0.534 0.623 0.639 0.635 0.539 0.542 0.594 0.534 0.648 0.682 0.555 0.536 0.565 0.513 0.682 0.689 0.487 0.534 0.580 0.519 0.687 0.674 0.568 0.586 0.547 0.539 0.671 0.671 0.516 0.546 0.614 0.559 0.652 0.690 0.571 0.538 0.534 0.479 0.648 0.707 0.614 0.560 0.576 0.604 0.715 0.697 0.485 0.534 0.575 0.531 0.632 0.697 0.555 0.536 0.542 0.599 0.692 0.674 0.485 0.539 0.529 0.622 0.652 0.681 0.574 0.582 0.586 0.698 0.775 0.641 0.601 0.557 0.584 0.576 0.741 0.629 0.538 0.554 0.597 0.601 0.800 0.813 0.570 0.549 0.635 0.583 0.767 0.762 0.542 0.576 0.652 0.605 0.745 0.758 58 Bảng 0.2 Bảng thông số kích thước sợi sau liên kết chéo hồn tồn Vị trí đo A1 A2 A3 A4 A5 Kích thước line (mm) L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 Crosslink-P25-E2-A3C1 Crosslink-P25-E2-A3C2 Crosslink-P25-E2-A3C3 F10 F12 F14 F10 F12 F14 F10 F12 F14 0.358 0.376 0.453 0.360 0.536 0.513 0.443 0.368 0.404 0.417 0.425 0.420 0.352 0.441 0.420 0.430 0.443 0.371 0.448 0.366 0.415 0.425 0.438 0.441 0.355 0.386 0.430 0.337 0.485 0.461 0.420 0.420 0.428 0.450 0.449 0.450 0.420 0.389 0.398 0.343 0.441 0.383 0.411 0.451 0.399 0.416 0.382 0.443 0.451 0.390 0.435 0.415 0.433 0.379 0.406 0.377 0.409 0.371 0.417 0.404 0.375 0.425 0.372 0.392 0.366 0.377 0.358 0.406 0.364 0.417 0.381 0.426 0.366 0.356 0.343 0.366 0.330 0.347 0.358 0.356 0.360 0.349 0.360 0.368 0.472 0.436 0.432 0.417 0.513 0.418 0.520 0.529 0.530 0.565 0.518 0.492 0.511 0.557 0.568 0.482 0.495 0.442 0.507 0.518 0.520 0.553 0.426 0.477 0.529 0.537 0.537 0.544 0.480 0.474 0.521 0.531 0.501 0.544 0.482 0.492 0.485 0.461 0.466 0.474 0.480 0.438 0.448 0.492 0.492 0.446 0.443 0.415 0.459 0.472 0.469 0.474 0.430 0.430 0.453 0.459 0.495 0.430 0.425 0.448 0.469 0.487 0.490 0.448 0.438 0.402 0.487 0.446 0.433 0.436 0.438 0.420 0.481 0.449 0.427 0.441 0.436 0.415 0.383 0.463 0.496 0.435 0.404 0.372 0.428 0.424 0.366 0.424 0.443 0.402 0.484 0.436 0.421 0.417 0.430 0.399 0.420 0.441 0.389 0.408 0.472 0.469 0.394 0.372 0.394 0.415 0.466 0.497 0.415 0.415 0.399 0.384 0.477 0.483 0.404 0.387 0.384 0.448 0.480 0.499 0.415 0.415 0.394 0.390 0.464 0.506 0.374 0.374 0.369 0.369 0.454 0.467 0.369 0.388 0.363 0.372 0.454 0.477 0.353 0.350 0.360 0.376 0.449 0.451 0.350 0.321 0.362 0.376 0.472 0.443 0.366 0.363 0.360 0.366 0.451 0.472 0.432 0.444 0.432 0.433 0.508 0.500 0.425 0.445 0.457 0.414 0.478 0.481 0.413 0.476 0.455 0.431 0.512 0.516 0.428 0.474 0.436 0.441 0.500 0.511 0.427 0.432 0.423 0.470 0.508 0.491 59 A2 Chi tiết số liệu mô Bảng 0.3 Bảng kết mô vận tốc đùn SA với nồng độ áp suất khác Nồng độ SA [%] 4% 3% 2% Độ nhớt [Pa.s] 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4 2.27 2.27 2.27 2.27 2.27 2.27 2.27 2.27 0.568 0.568 0.568 0.568 0.568 0.568 0.568 0.568 Áp suất đùn [Bar] 0.5 1.5 2.5 3.5 0.5 1.5 2.5 3.5 0.5 1.5 2.5 3.5 Vận tốc đùn [mm/s] 0.91 1.82 2.73 3.64 4.56 5.46 6.37 7.28 4.1675 8.335 12.5025 16.67 20.84 25 29.167 33.333 16.668 33.335 50.003 66.67 83.3 99.96 116.62 133.28 60 VIEW 65 222 34 VIEW 1(2:1) 11 10 28.50 Tấm đế Van phân phối Tên 01 STT H.dÉn TS Phùng Xuân Lan DuyÖt TS Phùng Xuân Lan Hồng Bá Cường Hä vμ tªn Hồng Bá Cường N.vơ T.kÕ B.v ẽ Ch÷ ký Ngμy Tû lƯ: 1:1 Sè tê: 04 §ại học Bách Khoa Hμ Néi Trường: Cơ khÝ Khoa Cơ khí Chế tạo máy K l­ỵng: BẢN VẼ LẮP CỤM CẤP DUNG DỊCH SA Tê sè: 01 VÀ ĐẦU IN ĐỒNG TRỤC Ghi Mua sẵn Vật liệu Nhôm 6061 Chế tạo Mua sẵn Nhôm 6061 Chế tạo inox 304 Mua sẵn Mua sẵn Mua sẵn inox 304 Inox inox 304 Nhôm 6061 Chế tạo 2 Mua sẵn Mua sẵn Nhôm 6061 Chế tạo Inox Cao su Ký hiệu Số lượng C01.001 C01.002 C01.003 Tấm gạt 02 C01.004 Đai ốc M4 C01.005 C01.006 03 Vít M4 đầu trụ Vít M3 đầu phẳng 04 05 06 Kim 07 C01.008 Ống cấp CaCl2 08 C01.007 C01.009 Bộ chuyển đổi 09 2 C01.011 C01.010 Kim Vòng đệm 10 11 THÔNG SỐ KỸ THUẬT: Tốc độ in: 1-20 mm/s Áp suất: 2-5 bar Đầu kim in: 18-27 G THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CỤM ĐẦU IN DUNG DỊCH CHO MÁY IN 3D SINH HỌC 0.2 62 VIEW 1(5:1) A A 15 14 M2 M2.5 Ø14H8 k6 Ø6k6 A-A 60 VIEW M3 13 12 11 10 215 Nhôm 6061 Chế tạo Mua sẵn Inox 304 Nhôm 6061 Chế tạo 15 1 C02.010 C02.009 C02.008 Tấm gá đai ốc bi Đai ốc bi Thanh ray Bulong M3x0.5 Tấm gá động 11 10 09 08 07 C02.002 C02.001 Xylanh Đầu kim 02 01 Số lượng H.dÉn TS Phùng Xn Lan Dut TS Phùng Xn Lan Hồng Bá Cường Hä vμ tªn Hồng Bá Cường N.vơ T.kÕ B.v ẽ Ch÷ ký Ngμy BẢN VẼ LẮP CỤM CẤP DUNG DỊCH CACL2 Mua sẵn Vật liệu Nhựa Nhựa K l­ỵng: Tû lƯ: 1:1 Sè tê: 04 §ại học Bách Khoa Hμ Néi Trường: Cơ khÝ Khoa Cơ khí Chế tạo máy Tê sè: 02 Ghi Mua sẵn Mua sẵn Nhôm 6061 Chế tạo Nhôm 6061 Chế tạo THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CỤM ĐẦU IN DUNG DỊCH CHO MÁY IN 3D SINH HỌC Ký hiệu C02.003 Tấm kẹp thân xylanh 03 Tên C02.004 Tấm kẹp đuôi xylanh 04 STT C02.005 1 Động bước liền trục C02.006 Tấm đế 05 Mua sẵn Mua sẵn Nhôm 6061 Chế tạo 06 C02.007 C02.011 C02.012 C02.013 Tấm kẹp piston 12 Mua sẵn Nhôm 6061 Chế tạo Nhôm 6061 Chế tạo Tấm đỡ xylanh 13 Mua sẵn Inox 304 Vít M2 đầu trụ 14 C02.014 Ổ lăn 15 C02.015 THƠNG SỐ KỸ THUẬT: Hành trình: 80 (mm) Trục vít-me bước 1, dài 180 (mm) Động Step liền trục TMB0801 bước vít 1, momen xoắn 1.5 (N.m) Vít M4 C01.005 2 KCS1 C01.001 KCS2 1 Kim ngồi C01.007 Vịng đệm C01.011 Van phân phối YÊU CẦU KỸ THUẬT: KCS1: Đảm bảo gạt cố định đế KCS2: Kiểm tra vị trí lắp van phân phối, đảm bảo van gắn chắn, khơng có rung động KCS: Kiểm tra lại tồn vị trí lắp ghép, đảm bảo: + Các cụm phải lắp với chắn khơng có khe hở hay rung động + Bu lơng phải siết chặt, tay Tấm đế C01.002 Vít M3 C01.006 Tấm gạt C01.003 Đai ốc M4 C01.004 KCS3 Bộ chuyển đổi C01.009 1 KCS Ống cấp CaCl2 C01.008 Kim C01.010 H.dÉn TS Phùng Xuân Lan Dut TS Phùng Xn Lan Hồng Bá Cường Hä vμ tên Hong Bỏ Cng N.vụ Chữ ký Ngy Tỷ lệ: 1:1 Sè tê: 04 §ại học Bách Khoa Hμ Néi Trường: Cơ khÝ Khoa Cơ khí Chế tạo máy K l­ỵng: SƠ ĐỒ LẮP CỤM CẤP DUNG DỊCH SA Tê sè: 03 VÀ ĐẦU IN ĐỒNG TRỤC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CỤM ĐẦU IN DUNG DỊCH CHO MÁY IN 3D SINH HỌC T.kÕ B.v ẽ Cụm đầu in dung dịch Tấm đế C02.005 Vít M3 C02.008 4 Thanh ray trượt C02.009 KCS2 Tấm gá đai ốc bi C02.011 Bulong M3 C02.008 Vít M2 C02.014 Vít M2 C02.014 Vít M3 C02.008 động liền trục C02.006 C02.003 1 Đai ốc bi C02.010 Tấm kẹp piston C02.012 KCS4 Tấm đỡ xylanh C02.013 Tấm kẹp thân xylanh YÊU CẦU KỸ THUẬT: KCS1: Kiểm tra vị trí lắp động cơ, đảm bảo động cố định gá KCS2: Kiểm tra vị trí lắp ray trượt, đảm bảo khơng có độ dơ KCS3: Kiểm tra vị trí lắp xylanh KCS4: Đảm bảo xylanh gắn chắn, song song với trục vít dẫn hướng KCS: Kiểm tra lại tồn vị trí lắp ghép, đảm bảo: + Các cụm phải lắp với chắn khơng có khe hở hay rung động + Bu lông phải siết chặt, tay KCS1 Tấm gá động C02.007 Ổ lăn C02.015 KCS3 1 Tấm kẹp đuôi xylanh C02.004 Xylanh C02.002 Cụm cấp dung dịch CaCl2 H.dÉn TS Phùng Xuân Lan DuyÖt TS Phùng Xn Lan Hồng Bá Cường Hä vμ tªn Hồng Bá Cường N.vơ T.kÕ B.v ẽ Ch÷ ký Ngμy SƠ ĐỒ LẮP CỤM CẤP DUNG DỊCH CACL2 Tû lÖ: 1:1 Sè tê: 04 §ại học Bách Khoa Hμ Néi Trường: Cơ khÝ Khoa Cơ khí Chế tạo máy Tê sè: 04 K l­ỵng: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CỤM ĐẦU IN DUNG DỊCH CHO MÁY IN 3D SINH HỌC KCS Đầu kim C02.001