Industrial Revolution 4.0 and the 3D printing in Biotechnology of tissue regeneration

Quando retratada para a sociedade atual, a indústria é considerada parte integrante da sociedade economicamente responsável pelo desenvolvimento e produção de bens de consumo. Os processos de revolução industrial foram marcados pelas fases de aperfeiçoamento e avanços tecnológicos (1ª Revolução Industrial), o uso da energia elétrica (2ª Revolução Industrial) e a disseminação da digitalização da tecnologia (3ª Revolução Industrial). Além disso, hoje em dia tais desenvolvimentos podem ser associados ao uso da internet e à automação de processos por inteligência artificial, chegando assim à 4ª Revolução Industrial. O conceito da Indústria 4.0 está diretamente ligado ao conceito de tecidos inteligentes, a partir de fatores como inovação, o que permite que as empresas tenham modelos de produção complexos, incluindo principalmente caráter sustentável e biotecnologias aplicadas. Além disso, tanto a 4ª Revolução Industrial quanto a biotecnologia podem ser correlacionadas em termos de bioimpressão 3D. Assim, o trabalho mostra um breve histórico das impressoras 3D e seu potencial em aplicações na área de engenharia de tecidos. Revela a necessidade de multidisciplinaridade e de profissionais cada vez mais qualificados diante da nova fase de evolução socioindustrial

Design and testing of a 3D-printed phantom for cardiac ultrasound imaging

Työn tavoitteena oli tutkia kolmiulotteisen (3D) tulostuksen sopivuutta ultraäänikuvauksen (UÄ) fantomien valmistukseen. Työssä 3D-tulostettiin sydämen malli polylaktidista (PLA). Anatomisen fantomin ei olisi tarkoitus korvata kudosta mallintavilla fantomeilla tehtäviä laadunvalvontamittauksia. Anatomista mallia voitaisiin sen sijaan käyttää lisänä niiden laitteiden laadunvalvonnassa, jotka eivät sijaitse radiologisessa yksikössä. Mallilla yksiköiden henkilökunnat voisivat tarkistaa laitteiden spesifejä mittausominaisuuksia. Aineistona käytettiin Mikkelin keskussairaalassa otettua tietokonetomografiakuvauksen (TT) kuvapakkaa. Kuvapakka on otettu sydämen alueelta sydämen ollessa diastolisessa vaiheessa. TT-leikkeistä muodostettiin 3D-malli avoimen lähdekoodin ohjelmalla 3D Slicer 4. Malli tulostettiin 3D-tulostimella ja puhdistettiin tukirakenteista ja kiinnikkeistä käyttöä varten. Valmis fantomi punnittiin ja mitattiin. Tämän jälkeen se asetettiin vesiastiaan ultraäänellä tehtäviä tilavuusmittauksia varten. Sydämen vasemman kammion tilavuus mitattiin ultraäänikuvauksessa kolmesta eri suunnasta: sydämen kärjestä, oikean kammion päältä ja valtimon malliin jättämästä aukosta. Mallin vasemman kammion tilavuus mitattiin ultraäänen lisäksi myös täyttämällä se vedellä ja mittaamalla poiskaadetun veden tilavuus. Lopuksi mallista otettiin TT-kuva, josta laskettiin mallin vasemman kammion tilavuus ultraäänikuvauksessa käytetyllä laskentakaavalla. Tilavuusmittausten tuloksia vertailtiin keskenään ja aineistona käytetyn TT-kuvapakan arvoihin tilavuudesta. Referenssinä käytetty sydämen vasemman kammion diastolinen tilavuus oli 118 ml. Lähimmäksi tätä tilavuutta päästiin, kun tilavuus mitattiin veden avulla (ka 95 ml) ja mallista otetusta TT-kuvasta (ka 91 ml). Ultraäänellä tehtyjen tilavuusmittausten tulokset vaihtelivat paljon keskenään. Suurin tulos saatiin valtimon aukosta mitattuna (ka 72 ml) ja pienin sydämen kärjestä mitattuna (43 ml), oikean kammion päältä mitattuna tilavuus oli 65 ml. 3D-tulostuksessa sydämen vasemman kammion tilavuus muuttui. Nähdään myös, että fantomi ei sovellu sellaisenaan ultraäänilaitteiden mittaustarkkuuden testauksen. 3D-tulostus on kuitenkin nopea ja muunneltavissa oleva tekniikka valmistaa erilaisia malleja. Tekniikka voi sopia myös laadunvalvontafantomien valmistukseen. Tämä fantomi olisi sopivampi laadunvalvontaan, jos sen kammion pinta olisi tasaisempi tai se valmistettaisiin eri materiaalista

Design and testing of a 3D-printed phantom for cardiac ultrasound imaging

Työn tavoitteena oli tutkia kolmiulotteisen (3D) tulostuksen sopivuutta ultraäänikuvauksen (UÄ) fantomien valmistukseen. Työssä 3D-tulostettiin sydämen malli polylaktidista (PLA). Anatomisen fantomin ei olisi tarkoitus korvata kudosta mallintavilla fantomeilla tehtäviä laadunvalvontamittauksia. Anatomista mallia voitaisiin sen sijaan käyttää lisänä niiden laitteiden laadunvalvonnassa, jotka eivät sijaitse radiologisessa yksikössä. Mallilla yksiköiden henkilökunnat voisivat tarkistaa laitteiden spesifejä mittausominaisuuksia. Aineistona käytettiin Mikkelin keskussairaalassa otettua tietokonetomografiakuvauksen (TT) kuvapakkaa. Kuvapakka on otettu sydämen alueelta sydämen ollessa diastolisessa vaiheessa. TT-leikkeistä muodostettiin 3D-malli avoimen lähdekoodin ohjelmalla 3D Slicer 4. Malli tulostettiin 3D-tulostimella ja puhdistettiin tukirakenteista ja kiinnikkeistä käyttöä varten. Valmis fantomi punnittiin ja mitattiin. Tämän jälkeen se asetettiin vesiastiaan ultraäänellä tehtäviä tilavuusmittauksia varten. Sydämen vasemman kammion tilavuus mitattiin ultraäänikuvauksessa kolmesta eri suunnasta: sydämen kärjestä, oikean kammion päältä ja valtimon malliin jättämästä aukosta. Mallin vasemman kammion tilavuus mitattiin ultraäänen lisäksi myös täyttämällä se vedellä ja mittaamalla poiskaadetun veden tilavuus. Lopuksi mallista otettiin TT-kuva, josta laskettiin mallin vasemman kammion tilavuus ultraäänikuvauksessa käytetyllä laskentakaavalla. Tilavuusmittausten tuloksia vertailtiin keskenään ja aineistona käytetyn TT-kuvapakan arvoihin tilavuudesta. Referenssinä käytetty sydämen vasemman kammion diastolinen tilavuus oli 118 ml. Lähimmäksi tätä tilavuutta päästiin, kun tilavuus mitattiin veden avulla (ka 95 ml) ja mallista otetusta TT-kuvasta (ka 91 ml). Ultraäänellä tehtyjen tilavuusmittausten tulokset vaihtelivat paljon keskenään. Suurin tulos saatiin valtimon aukosta mitattuna (ka 72 ml) ja pienin sydämen kärjestä mitattuna (43 ml), oikean kammion päältä mitattuna tilavuus oli 65 ml. 3D-tulostuksessa sydämen vasemman kammion tilavuus muuttui. Nähdään myös, että fantomi ei sovellu sellaisenaan ultraäänilaitteiden mittaustarkkuuden testauksen. 3D-tulostus on kuitenkin nopea ja muunneltavissa oleva tekniikka valmistaa erilaisia malleja. Tekniikka voi sopia myös laadunvalvontafantomien valmistukseen. Tämä fantomi olisi sopivampi laadunvalvontaan, jos sen kammion pinta olisi tasaisempi tai se valmistettaisiin eri materiaalista

Impressoras 3D em medicina dentária são uma realidade?

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Universitário Egas MonizA tecnologia de impressão tridimensional, é uma técnica aditiva que permite o fabrico de modelos através da deposição sequencial de camadas até obtenção do produto final. Estas, utilizam modelos digitais tridimensionais como referência, sendo capazes de imprimir cópias exatas dos mesmos, produzindo até as geometrias mais complexas. Dentro das impressoras 3D, podemos contar com diversas técnicas, tais como, a Estereolitografia,Seleção Seletiva a Laser, Modelagem por Deposição Fundida, Processamento de Luz Digital, Fotopolimerização Polyjet e Jateamento. Cada tipo de impressora é capaz de utilizar diversos tipos de materiais, de acordo com a finalidade pretendida, associando algumas vantagens e desvantagens a cada uma das técnicas. A tecnologia digital e a impressão 3D, poderá ter um potencial de sucesso na Medicina Dentária, sendo capaz de promover um diagnostico e um plano de tratamento personalizado, bem como, um aumento da qualidade e precisão nos tratamentos dentários nas mais diversas vertentes. As impressoras 3D, fornecem soluções ao nível da Cirurgia Oral e Implantologia, sendo uma mais valia ao nível da confeção de guias cirúrgicas, com diversas aplicações, bem como em áreas como, a Endodontia, a Dentisteria, a Ortodontia e a Prostodontia, potenciando peças e estruturas com alto nível de detalhe, sendo por isso uma tecnologia cada vez mais adotada na área de Medicina Dentária. O objetivo deste trabalho, consiste na avaliação da bibliografia disponível nas bases de dados Medline/Pubmed, Cochrane Library e Scielo, relativamente à tecnologia tridimensional aplicada à Medicina Dentária. Para tal, recorreu-se a uma pesquisa bibliográfica, dando prioridade a artigos referentes aos últimos 10 anos.Three-dimensional printing technology is an additive technique that allows the manufacture of models by sequential deposition of layers until the final product is obtained. They use threedimensional digital models as a reference, being able to print exact copies of them, producing even the most complex geometries. Within 3D printers, we can count on various techniques such as Stereolithography, Selective Laser Selection, Fused Deposition Modeling, Digital Light Processing, Polyjet Light Curing and Binder Jetting. Each type of printer can use various types of materials, according to the intended purpose, associating some advantages and disadvantages to each technique. Digital technology and 3D printing can have a potential for success in dentistry, being able to promote a personalized diagnosis and treatment plan, as well as an increase in quality and precision in dental treatment in various aspects. The 3D printers provide applications in the field of Oral Surgery and Implantology, being an added value in the manufacture of surgical guides, with various applications, as well as areas such as Endodontics, Dentistry, Orthodontics and Prosthodontics, enhancing parts and structures with high level of detail, which is why it is increasingly adopted in the field of dentistry. The objective of this work is to evaluate the bibliography available in the Medline / Pubmed, Cochrane Library and Scielo databases, regarding the three-dimensional technology applied to dentistry. For this, we resorted to a literature search, giving priority to articles referring to the last 10 years

Investigation of isocyanate-based dual-cure resins and their suitability for additive manufacturing

The development of materials for vat photopolymerization printing technologies has gained increasing attention within the last ten years. To date, the choice of materials for this printing technology is limited to photopolymers that tend to result in highly crosslinked, but usually brittle material properties. In this work, a dual-cure approach was developed, with the target to improve the overall material properties of 3D printed objects. For this purpose, the orthogonal and sequential polymerization of acrylate- and polyisocyanate based precursors was investigated. Photosensitive polyurethane acrylates were synthesized and mixed with low viscous polyisocyanates. The sequential polymerization was triggered by UV-light and heat, respectively. The reaction of the isocyanate groups in the heat, resulted in a polyurea network, confirmed by infrared spectroscopy. The morphology of resulting combined networks was systematically investigated by dynamic mechanical analysis and atomic force microscopy and showed that phase-separated morphologies with two distinct glass transition temperatures were formed, leading to a 10 fold increase in toughness in comparison to the neat polymeric networks. First printing trials showed the feasibility of the resin system for vat photopolymerization. The approach was extended to the sequential polymerization of isocyanate terminated prepolymers and low viscous acrylates. Varying the crosslinking densities of each polymeric network resulted in different morphologies as well as thermomechanical properties. Typical elastomers were obtained by a low crosslinking density of both polymeric networks. Cyclic loading-unloading measurements on 3D printed specimen showed the energy elastic behavior of the materials and an elongation at break of 101 % and a tensile strength of 3.4 N·mm-2 were achieved. A dual-cure resin based on acrylate-functionalized polyisocyanates was evaluated and resulted in thermally- and chemically stable 3D printed materials with the option to generate adoptable and catalytically active surfaces. The suitability of this resin to 3D print chemical reaction ware was demonstrated. In summary, the results obtained in this work show the tuneability and variability of combining acrylate- and polyisocyanate precursors, contributing to the increasing demand of new and improved materials for vat photopolymerization