In diesem Artikel wird eine neue Open-Source-Methode zur Entwicklung und Herstellung hochwertiger wissenschaftlicher Geräte untersucht, die für den Einsatz in praktisch jedem Labor geeignet sind. Eine Spritzenpumpe wurde mit frei verfügbarer Open-Source-CAD-Software (Computer Aided Design) entworfen und mit einem Open-Source- RepRap -3D-Drucker und leicht verfügbaren Teilen hergestellt. Der Entwurf, die Stückliste und die Montageanleitung stehen jedem, der sie nutzen möchte, weltweit zur Verfügung. Es werden Einzelheiten zur Verwendung der CAD-Software und des RepRap 3D-Druckers bereitgestellt. Auch der Einsatz eines (teilweise Open-Source) Raspberry-Pi- Rechners als drahtloses Steuergerät wird veranschaulicht. Die Leistung der Spritzenpumpe wurde bewertet und die zur Bewertung verwendeten Methoden werden detailliert beschrieben. Die Kosten für das gesamte System, einschließlich Controller und webbasierter Steuerschnittstelle, liegen in der Größenordnung von 5 % oder weniger, als man für eine kommerzielle Spritzenpumpe mit ähnlicher Leistung erwarten würde. Das Design sollte den Anforderungen einer bestimmten Forschungsaktivität entsprechen, die unter anderem eine Spritzenpumpe erfordert, einschließlich der sorgfältig kontrollierten Dosierung von Reagenzien, Pharmazeutika und der Abgabe viskoser 3D-Druckermedien.
- Der Quellcode für den Linearantrieb und den Pumpenserver ist hier untergebracht: https://github.com/mtu-most/linear-actuator
- Wenn Sie Ihre eigene Pumpe anpassen, benötigen Sie die MEISTEN SCAD-Bibliotheksdateien, die Sie hier finden: https://github.com/mtu-most/most-scad-libraries Laden Sie sie alle herunter und legen Sie sie im selben Ordner wie die Dateien für die Pumpe ab -- dann wird das SCAD korrekt kompiliert.
- Beispiele für STL-Dateien finden Sie unter https://www.youmagine.com/designs/syringe-pump
- Siehe auch: Lynch-Open-Source-Spritzenpumpen-Modifikationen – umfasst 1) Fluchtmechanismus zum Bewegen des Drückerblocks, ohne den Motor laufen zu lassen, 2) Offene Spritzenklemme, um eine einfache Entfernung zu ermöglichen, 3) Arduino-Steuerung mit EasyDriver.
- Um den Wert der Arbeit an Projekten wie diesem zu berechnen, siehe: Quantifizierung des Werts der Open-Source-Hardwareentwicklung
Inhalt
Materialien und Werkzeuge
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So bauen Sie eine Open-Source-Spritzenpumpe
Befestigen Sie den Motor am Motorende mit 4 M3-Unterlegscheiben und 4 M3 x 20-mm-Innensechskantschrauben.
Führen Sie die 2 Metallstangen in das Motorende ein und befestigen Sie sie dann mit 2 M3-Muttern und 2 M3 x 10-mm-Innensechskantschrauben.
Führen Sie die Gewindestange zur Hälfte in die Kupplung ein, die andere Hälfte sollte sich am Motor befinden und befestigen Sie sie.
Hohlen Sie die beiden Enden des Schlittens mit einem Handbohrer oder einem Messer aus, um ein Loch in den Kunststoff zu bohren
Linearlager und Mutter im Schlitten eingesetzt.]] Lassen Sie die Linearlager an den ausgehöhlten Enden des Schlittens einrasten. Setzen Sie dann eine M5-Mutter in die Mutternmulde an der Unterseite des Schlittens ein.
Basis des Kolbenhalters am Schlitten befestigt]]Befestigen Sie die Basis des Kolbenhalters mit 2 M3-Muttern und 2 M3 x 10-mm-Innensechskantschrauben am Schlitten.
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Schieben Sie den Schlitten auf die Gewindestange und achten Sie darauf, dass die beiden Metallstangen in die Linearlager passen
Auf der Gewindestange montierte M5-Muttern.]] Nachdem sich der Schlitten auf halber Höhe der Gewindestange befindet, schrauben Sie zwei M5-Muttern auf die Gewindestange.
Setzen Sie die beiden Lager in die kreisförmigen Schlitze am Ende der Spannrolle ein.
Schieben Sie nun das Spannrollenende auf die Stangen und befestigen Sie es mit zwei weiteren M5-Muttern am Ende der Gewindestange. Schieben Sie die beiden Muttern, die sich bereits an der Stange befinden, bis zum Ende der Spannrolle, um sie zu sichern.
Setzen Sie den Spritzenkörper in die Körperhalter ein und schieben Sie dann den Kolben in die Basis des Kolbenhalters
Befestigen Sie die beiden Haltestücke mit vier M3 x 40-mm-Schrauben, vier M3-Unterlegscheiben und vier M3-Muttern am Leerlaufende der Pumpe. Bringen Sie zwei Muttern an der Oberseite des Halters näher am Schlitten und zwei Muttern an der Unterseite des Halters am Ende der Umlenkrolle an.
Stecken Sie die Lasche des Kolbenhalters oben auf den Kolben, um ihn an der Pumpe zu befestigen und ein Verrutschen während des Gebrauchs zu verhindern.
Controller: Verbindung und Kalibrierung
Dies ist eine Beschreibung für die Verwendung von Franklin zur Steuerung des Geräts. Neueste Version kostenlos auf Github verfügbar .
(Das Papier beschreibt die Elektronik, wie sie ursprünglich implementiert wurde. Diese Methode wird nicht mehr beibehalten. Es wird jetzt empfohlen, einen RepRap 3-D-Drucker-Controller wie RAMPS oder Melzi zu verwenden, den Sie online erwerben und Franklin steuern können Die Originalanweisungen finden Sie auf der Registerkarte „Diskussion“.
Der Motor muss an die Klemmen der Steuerplatine angeschlossen werden, die für die erste Achse (normalerweise X genannt) vorgesehen sind. Laden Sie in Franklin das Profil für Ihr Board, richten Sie dann das Profil ein und kalibrieren Sie die Pumpe:
Ziehen Sie die Spritze etwas über eine große Markierung hinaus heraus. Schieben Sie dann die Spritze in kleinen Schritten bis zur größeren Markierung, sodass der Kolben genau auf der Markierung sitzt. (Aufgrund des Spiels möchten Sie den gesamten Vorgang nur durch Drücken durchführen.)
Klicken Sie auf die Home-Schaltfläche, um die Position auf 0 zu setzen.
Schieben Sie ihn weiter, bis Sie eine weitere Markierung erreichen (größerer Abstand ist besser). Stellen Sie sicher, dass Sie am Ende kleine Schritte ausführen, um sicherzustellen, dass Sie nur durch Drücken vorgehen.
Notieren Sie die aktuelle Position.
Teilen Sie die angegebene Anzahl mm mal die Kopplung durch die Anzahl Milliliter zwischen den Markierungen. Dies ist der korrekte Kopplungswert für diese Spritze.
Nachdem Sie die richtige Kupplung eingestellt haben, stellen Sie die maximale Geschwindigkeit auf einen funktionierenden Wert ein (ist sie zu hoch, springt der Motor) und benennen und speichern Sie das Profil. Legen Sie dieses Profil auch als Standard fest.
Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Exportlink und speichern Sie das Ziel an einem Ort auf Ihrem Computer, an dem Sie es finden können. Verwenden Sie diese Datei, um das Profil bei Bedarf wiederherzustellen.
Wenn Sie möchten, dass die Schnittstelle korrekt ist (natürlich), öffnen Sie das Profil in einem Nur-Text-Editor und ändern Sie die Einstellung „unit_name“ von mm in mL. Speichern Sie es und importieren Sie die neuen Einstellungen. Beachten Sie, wie sich alle Einheiten in der Schnittstelle ändern.
Die Pumpe ist nun betriebsbereit. Sie können die Eingabe der X-Position verwenden, um sie manuell zu verschieben, oder einen G-Code hochladen, der die X-Koordinate verschiebt, um sie in einem vorprogrammierten Muster zu verschieben. Ein einfaches G-Code-Beispiel ist:
Mindestpumpenrate
Die minimale Pumpmenge beträgt einen einzelnen Schritt des Motors; Wie viel das ist, hängt von der Größe der Spritze ab. Hier hat die Leitspindel eine Steigung von 0,8 mm und der Motor macht 3200 Mikroschritte pro Umdrehung, sodass ein Schritt einer Kolbenbewegung von 0,8 mm/3200=250 nm entspricht. Der Querschnitt einer 25-ml-Spritze beträgt etwa 4 cm², ein Schritt ist also das Produkt daraus, nämlich 0,1 mm³ = 0,1 μL.
Es gibt keinen Mindestwert für die Geschwindigkeit, die die Pumpe erreichen kann, aber wenn Sie sich der Schrittgröße nähern, erfolgt der Durchfluss in spürbaren Schritten statt kontinuierlich. Wenn Sie beispielsweise 1 μL/min wünschen, wird alle 6 Sekunden ein Schritt ausgeführt.
Siehe auch
- Lynch-Open-Source-Spritzenpumpen-Modifikationen – umfassen 1) Fluchtmechanismus zum Bewegen des Drückerblocks, ohne den Motor laufen zu lassen, 2) Offene Spritzenklemme, um eine einfache Entfernung zu ermöglichen, 3) Arduino-Steuerung mit EasyDriver
- Open-Source-Labor
- Bauen Sie Forschungsgeräte mit kostenloser Open-Source-Hardware
- Open-Source-Wissenschaft
- Open-Source-Optik
- Open-Source-3D-Druck von OSAT
- Open-Source-Hardware
- Literaturübersicht über Spritzenpumpen
- Open-Source-3D-gedruckter Nutationsmischer
- 3D-druckbares Open-Source-Zweiachsen-Gimbalsystem für optoelektronische Messungen
- Ystruder: Open-Source-Multifunktionsextruder mit Sensor- und Überwachungsfunktionen
- Digital reproduzierbare Open-Source-Waagen in Laborqualität
- Open-Source-Vakuumofendesign für die Niedertemperaturtrocknung: Leistungsbewertung für recyceltes PET und Biomasse
- Open-Source-3D-gedruckte, ISO 8655-konforme Mehrkanalpipette
- Wissenschaftlicher Open-Source-Flaschenroller
Gekoppelte Initiativen
- Modifizierte Open-Source-Spritzenpumpenteile – von Dylan Lynch
- Offene Pumpe – Helfen Sie dabei, bessere Geräte für das Gesundheitswesen und Laborumgebungen herzustellen
- Offene Spritzenpumpe auf Hackaday von naroom – Arduino-gesteuert
- Will Patricks OS-Spritzenpumpe am MIT
- Hedron Paste Extruder-Projekt
- Hochladen der Testdatenbank:
- Universeller Pastenextruder
- Bricoleur Clay Extruder, Open Source
- E-Schritte-pro-mm-Methode – Methode zur Berechnung der E-Schritte pro mm eines Extruders basierend auf der Open-Source-Spritzenpumpe.
- LVESPmm – Python-Skript mit GUI zur Berechnung der E-Schritte pro mm eines Extruders basierend auf der Open-Source-Spritzenpumpe.
In den Nachrichten
- Wissenschaft ist jetzt noch günstiger (und schneller): Mit der Designbibliothek können Forscher ihre eigenen Spritzenpumpen drucken – Michigan Tech News
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- 3D-gedruckte Spritzenpumpen könnten die Kosten für systematische Forschung senken – World News Source
- Mit einem RepRap – 3Ders konnten Forscher nun ihre eigenen Spritzenpumpen in 3D drucken
- Wissenschaft ist jetzt günstiger – und schneller – Science Codex
- RepRap: Open-Source-Laborausrüstung macht Wissenschaft billiger – und schneller – Wissenschaft 2.0
- 3D-gedruckte Spritzenpumpen kosten nur einen Bruchteil herkömmlicher Pumpen – 3D-Druck
- „Ein neuer Tag, eine weitere phänomenale Ergänzung der Liste praktischer, hypefreier, realer, greifbarer, 3D-druckbarer Werkzeuge, die mit Sicherheit einige willkommene Veränderungen mit sich bringen werden. Diesmal ist es die wissenschaftliche Gemeinschaft, die Loblieder singen und ihr Glas erheben kann.“ Sie sind dabei, von den Vorteilen 3D-gedruckter Spritzenpumpen zu profitieren – und eine Menge zu sparen.“
- Wissenschaftliche Forschung ist jetzt günstiger – und schneller – ECN
- Ärzte können jetzt für einen Hungerlohn Spritzenpumpen in 3D drucken - Softpedia
- 3DP führt zu einem weiteren Fortschritt bei selbstgebauten wissenschaftlichen Geräten – Engineering.com
- Die medizinische Welt könnte dank des 3D-Drucks Inside 3DP viel billiger werden
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- Neue Open-Source-Designs machen Laborarbeit erschwinglich – The Lode
- Die Wissenschaft ist jetzt billiger (und schneller) – die heutigen medizinischen Entwicklungen
- Open-Source-Spritzenpumpenbibliothek – Replicator World
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- Open-Source-Spritzenpumpe #piday #raspberrypi @Raspberry_Pi – Adafruit
- Open-Source-Spritzenpumpe - FreeIO.org
- Wie 3D-Druck die medizinischen Kosten senken kann – Nation Swell
- EINE VORLAGENBIBLIOTHEK ERMÖGLICHT FORSCHERN, IHRE EIGENEN SPRITZENPUMPEN IN 3D ZU DRUCKEN - InfoHighTech (Frankreich)
- Open Source Hardware soll durch Kosteneinsparung Medizin revolutionieren - 3Druck (Deutschland)
- 3D-gedruckte Spritzenpumpe – What Next (Polen)
- Open-Source-3D-Druck-Modellbibliothek für Einspritzpumpen, um Wissenschaftlern Provinzgeld zu helfen - Maker8 (China)
- 3D打印,模型库,注射泵,开源 – 中关村在线办公打印频道– oa.zol.com.cn (Zhongguancun Online (zol.com.cn) – das weltweit erste chinesische Technologieportal, das kommerziell wertvollste IT-Fachportal im Großraum China .)
- Científicos ahorran millones en equipo con simple invento - Electronics Online (Spanisch)
- 3D-gedruckte Spritze mit offener Hardware erzielt laut Studie einen Wert von 800 Millionen US-Dollar – 3D-Druckindustrie
- Pioniere der „offenen Hardware“ drängen auf kostengünstige Laborausrüstung – Nature News