antriebstechnik 12/2016

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Das Projekt „Robogel“ hingegen verfolgte
einen völlig neuen Ansatz: die Herstellung
dreidimensionaler, lebender Gewebe. Mit
Zellen beladene Hydrogele werden dazu
gemäß eines Modells Schicht für Schicht
aufgetragen. Die ausgedruckten Hydrogelstrukturen
werden mit Signalmolekülen
versorgt und in einem Nährmedium inkubiert,
so dass die Zellen sich reproduzieren
und am Ende das gesamte Objekt aus der
gewünschten Zellstruktur besteht. Mit Hilfe
des Bioprintings lassen sich prinzipiell auch
komplexe 3D-Gewebe aus unterschiedlichen
Materialien und mit verschiedenen
Zelltypen aufbauen.
Mit einem Trick zum
Zentimetermaßstab
Aufgrund ihrer geringen Festigkeit ließen
sich mit der bisher verfügbaren Technik nur
wenige hundert Mikrometer bis wenige Millimeter
hohe Hydrogelstrukturen mit ausreichender
Maßhaltigkeit fertigen. Mit dem
neuen Verfahren, das zum Patent angemeldet
wurde, können mehrschichtige Hydrogelstrukturen
im Zentimetermaßstab hergestellt
werden. Um hohe Zellkonstrukte zu
stabilisieren und mit Nährstoffen zu versorgen,
wird der Strukturaufbau in einer Stützflüssigkeit
aus Fluorocarbon durchgeführt.
Gedruckt wurden bisher nur reine Knorpelzellen,
aber die nächsten Stufen sind schon
geplant. Da für höhere Gewebe verschiedene
Zelltypen benötigt werden, bietet der im
Kooperationsprojekt entwickelte 3D-Biodrucker
die Möglichkeit, mit mehreren
Druckköpfen unterschiedliche Zelltypen
parallel zu einem komplexen Zellverbund
zu drucken. So sollen später auch komplizierte
Strukturen mit verschiedenen Gewebearten
erstellt werden. Denkbar wäre die
Herstellung von Blutgefäßen, die dann in
einem Inkubator heranwachsen oder langfristig
die Produktion ganzer Organe.
Alles hängt an einer Achse
Das Systemhaus Hitec Zang beschäftigt sich
seit 1979 mit der Entwicklung kundenspezifischer
Hardware für die Laborautomatisierung.
Seit einigen Jahren gehören unter der
Marke Scibot auch anwendungsspezifische
Laborroboter dazu. Sie können z. B. mit Online-Analytik,
externen Pumpen oder Ventilen
ebenso gekoppelt werden wie mit einem
Werkzeugwechsler, der verschiedene Aktoren,
Sensoren oder Werkzeuge aufnimmt.
Auf der Basis eines Scibot erfolgte die
Entwicklung des Biodruckers. Herzstück
des Laborroboters ist eine hochpräzise
Linearachse, die an zwei Trägern über dem
Scibot befestigt ist und ein Portal bildet.
Am Läufer der Linearachse können die
entsprechenden Greifer, Werkzeuge oder
eben Druckköpfe befestigt werden. Die
Linearachse versetzt den Roboter damit in
die Lage Objekte zu manipulieren. Bei dieser
zentralen Baugruppe entschieden sich
die Projektbeteiligten für eine TH90 Linearachse
mit Kugelgewindetrieb aus der Produktfamilie
Precision System von Rollon.
Vor dem Bau des Prototyps wurden viele
Linearachsen mehrerer Anbieter verglichen.
Den Ausschlag für die TH90 gab schließlich
die hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit,
die innerhalb von 5 µm liegt. Außerdem
erzeugt die TH90 ein niedriges Anlaufmoment,
ist sehr kompakt gebaut und erreicht
eine sehr hohe Verfahrgeschwindigkeit von
bis zu 1,4 m/s. Alle diese Eigenschaften
sind für einen präzisen, schnellen und
markttauglichen 3D-Drucker essenziell.
Hinzu kam das gute Preis-Leistungsverhältnis,
das aus dem Mitbewerberumfeld deutlich
herausstach.
Stabilität trifft auf Präzision
Die Linearachsen der Baureihe TH sind sehr
verwindungssteif. Die Übertragung der
Schubkraft erfolgt mit hocheffizienten
Kugelgewindetrieben, die in verschiedenen
Präzisionsklassen und Gewindesteigungen
erhältlich sind. Die Linearbewegung erfolgt
mit zwei oder vier vorgespannten Linearführungswagen
mit Kugelkäfigtechnologie, die
auf zwei präzise ausgerichteten Schienen
montiert sind. Die Baureihe TH ist mit einfachem
oder doppeltem Laufwagen erhältlich,
um verschiedene Belastungsanforderungen
zu erfüllen. Die Lineareinheiten der
Baureihe TH verfügen darüber hinaus über
separate Schmierleitungen für die Kugelumlaufführungen
und den Kugelgewindetrieb,
um eine sichere Schmierung zu gewährleisten.
Die Linearachse TH ist in drei Baugrößen
mit 90, 110 und 145 mm Breite erhältlich.
www.rollon.de
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