L’oggetto dell’invenzione è un sistema di fabbricazione CAD/CAM due in uno che, combinando l’estrusione pneumatica (con risoluzione micrometrica) con l’ elettrofilatura (con risoluzione nanometrica) nella stessa piattaforma, rivoluziona il modo di produrre strutture 3D multiscala e multimateriale.
Stato del brevetto
CONCESSO
Numero di priorità
IT20180005065
Data di priorità
04/05/2018
Licenza
INTERNAZIONALE
Mercato
Advanced Manufacturing Technologies / Manufacturing 4.0: la manifattura additiva (AM) è considerata uno dei fattori trainanti dell’ultima rivoluzione industriale. Pertanto la tecnologia proposta gioca un ruolo chiave nella produzione 4.0 offrendo la possibilità di fabbricare strutture 3D multiscala e multimateriali con un approccio basato sulla AM. MedTEch / Biotechnology: la tecnologia proposta è in grado di processare una vasta gamma di materiali biocompatibili degradabili/non degradabili per la fabbricazione di strutture 3D multiscala e multimateriali in grado di supportare l’adesione e proliferazione cellulare, di incorporare farmaci, proteine o altri agenti desiderati per applicazioni che includono l'ingegneria tissutale e la rigenerazione di nuovi tessuti per scopi medici o per la somministrazione di farmaci localizzata. La tecnologia proposta può essere inoltre utilizzata nel campo delle biotecnologie per la fabbricazione di carne artificiale e pellame «cruelty-free». Nanotechnologies: la tecnologia proposta rappresenta una piattaforma nanotecnologica per la fabbricazione di strutture nanofibrose utili in molte applicazioni biomediche come l'ingegneria tissutale o il biosensing, nell'elettronica, nella microfluidica ed in sistemi di filtraggio di aria o acqua.
Problema
La fabbricazione di strutture multiscala (macro/micro/nano) e multimateriale è considerata una delle crescenti esigenze che potrebbero sovvertire gli attuali approcci di produzione in molti campi applicativi. Tuttavia, nello scenario attuale, gli ormai affermati processi di fabbricazione 2D/3D stanno affrontando enormi sfide per supportare la produzione multiscala e multimateriale. Per affrontare questa sfida il team ha progettato e brevettato un sistema di produzione CAD/CAM innovativo che, combinando microestrusione a pressione ed l'elettrofilatura in una stessa piattaforma robotica, rivoluzionerà il modo in cui strutture multiscala e multimateriali possono essere fabbricate per essere utilizzate in molteplici casi d'utilizzo.
Limiti attuali tecnologie / Soluzioni
Ad oggi pochi sistemi e tecnologie di fabbricazione hanno la capacità di implementare la fabbricazione di strutture 3D multimateriali e multiscala. In particolare, le strutture 3D multimateriali e multiscala sono attualmente fabbricate mediante la combinazione di più metodi e sistemi di fabbricazione distinti (ad esempio combinando tecnologie di AM ed elettrofilatura ), spostando manualmente l’oggetto in costruzione da un sistema di fabbricazione ad un altro fino al suo completamento. Questo tipo di approccio è caratterizzato dai seguenti limiti e svantaggi: l’utilizzo di più sistemi di fabbricazione ha costi di acquisto e di manutenzione più elevati; lo spostamento manuale dell’oggetto in costruzione non garantisce un’adeguata precisione, risoluzione e riproducibilità del processo di fabbricazione; lunghi tempi di fabbricazione: il processo di fabbricazione deve essere messo continuamente messo in pausa per spostare l'oggetto in costruzione da un sistema di fabbricazione all’altro; è necessaria la presenza costante di un operatore dedicato per garantire il completamento del processo di fabbricazione. Tutti questi limiti potrebbero essere superati mediante l’utilizzo di un singolo sistema di fabbricazione adeguatamente progettato per processare in modo automatizzato un’ampia gamma di materiali con diverse risoluzioni.
Killer Application
Il 3D Bioprinting è stato identificato come applicazione «killer» per la tecnologia proposta. Il 3D Bioprinting è emerso come un insieme di tecnologie di AM per la fabbricazione di «prodotti» viventi, o non viventi, costituiti da cellule, molecole, matrici extracellulare e biomateriali per l'ingegneria dei tessuti (TE). Tuttavia, nessuna tecnologia 3D Bioprinting ha attualmente la capacità di fabbricare strutture che imitano realmente il tessuto nativo in termini di composizione strutturale e topografia. A tal fine, il team vuole introdurre ELECTROSPIDER nel mercato del 3D Bioprinting come un nuovo apparato di biofabbricazione multimateriale e multiscala in grado di abilitare la strategia “bottom up” per la produzione di una nuova generazione di bioibridi tessutali 3D in vitro.
Tecnologia e nostra soluzione
L'oggetto dell'invenzione è una tecnologia CAD/CAM appositamente concepita per processare contemporaneamente due o più materiali diversi con risoluzione millimetrica e/o nanometrica. Tale tecnologia, che prende nome di "ELECTROSPIDER”, è costituita da un manipolatore robotizzato, il cui effettore finale è dotato di una pluralità di estrusori pneumatici per depositare più materiali mediante microestrusione (per fabbricare elementi alla microscala) o elettrofilatura (per fabbricare elementi alla nanoscala) in uno spazio 3D in modo indipendente o combinato.
Vantaggi
L’invezione proposta consiste in un singolo sistema robotico CAD/CAM che consente l’impiego congiunto o indipendente di due tecnologie di fabbricazione (elettrofilatura e mcroestrusione 3D ) per la produzione di strutture 3D multimateriale e multiscala.
Il sistema proposto, per come è stato progettato, è in grado di offrire i seguenti vantaggi rispetto agli approcci attualmente a disposizione per la fabbricazione multiscala e mutimateriale:
- Minori costi di acquisto e di manutenzione;
- Processo di fabbricazione completamente automatico e continuo;
- Processo di fabbricazione accurato, preciso e riproducibile;
- Riduzione dei tempi di fabbricazione;
- Fabbricazione in un ambiente controllato (controllo di temperatura e di umidità);
- Design compatto.
Roadmap
Il team di ricerca sta lavorando per lo sviluppo industriale della tecnologia e dei relativi brevetti con l'obiettivo di creare un start-up innovativa per vendere piattaforma per la fabbricazione come tecnologia avanzata di fabbricazione multiscala e multimateriale per laboratori di ricerca o per l’industria oppure per offrire un servizio di fabbricazione in outsourcing sui mercati target.
A tale scopo il team sta attualmente lavorando allo sviluppo sperimentale della tecnologia proposta per poi testarla in presenza di un panel di potenziali clienti al fine di ottenere feedback utili per perfezionare il prototipo e per sviluppare un prodotto realmente adatto ai mercati individuati.
TRL
Il team
