Mezclador orbital de código abierto

Aquí está mi participación en la Convocatoria Abierta para el Concurso Abierto de Equipamiento Científico, que se detalla aquí:

http://thecitizensciencequarterly.com/2010/11/25/open-call-for-open-science-equipment/

Empieza con el video para ver de qué se trata todo esto:

http://www.youtube.com/watch?v=1d4_SQBTFjg

http://vimeo.com/17497511

Descargue el archivo.zip para obtener todo, o consiga las piezas individuales que desee.

Se trata de un agitador orbital de código abierto para el cultivo de células y tejidos de mamíferos y para la ciencia de mesa. El agitador orbital cabe dentro de una incubadora de celdas de CO2 estándar de 37 ºC/5% y no emite calor, por lo que puede cargar la incubadora llena de estas cosas. Los hemos usado durante 2 semanas y el diseño es muy simple, barato y escalable. Nuestras células crecen felices en estos agitadores.

Los agitadores orbitales son típicamente ~$1,500 e incluso más caros si necesita uno que esté diseñado para una incubadora de células para que no apague el calor (las incubadoras sólo tienen funciones de calentamiento y no de enfriamiento, así que si el equipo apaga demasiado calor matará todas las células en la incubadora).

Para lograr este objetivo utilicé un microcontrolador arduino, un controlador de motor paso a paso Pololu y un motor paso a paso de bajo costo. Se podría haber utilizado un motor de corriente continua, pero es muy difícil controlar la velocidad de rotación con alta precisión, ya que la velocidad de rotación del motor de corriente continua varía en función de la carga. En lugar de eso, usé un motor paso a paso de $10 y un controlador de motor paso a paso pololu en el paso 1/16.

Usé un motor NEMA 17. Lin Engineering 4218L-01-11 funciona muy bien. Puede hacer 75 onzas adentro y tiene porciones de esfuerzo de torsión así que puede ser funcionado en 1/16th que camina y en la corriente baja sin generar ningún calor.

Utilicé piezas impresas en 3D que diseñé e imprimí con un MakerBot para hacer el conector del motor fuera del eje y el soporte de la placa de rodamiento.

Se utilizan tuercas y pernos para terminar el diseño.

Se sabe que los motores paso a paso emiten enormes vibraciones, por lo que parte del diseño también requería separadores de tubos de goma que suavizan el movimiento del agitador orbital y también amortiguan toda la vibración del motor.

La codificación de la velocidad de rotación del motor paso a paso fue sencilla una vez que calibramos el tiempo de retardo correcto entre los pasos del motor. Normalmente hacemos funcionar los agitadores a 2 Hz (2 revoluciones por segundo), pero podemos llegar fácilmente a cualquier lugar entre 0,2 y 5 Hz con la configuración actual.

Fuentes completas están disponibles en Thingiverse, publicado hoy.

Si quieres comprar un agitador orbital disponible en el mercado, vas a gastar ~$1500.00 USD.

Desglose de costes del agitador orbital de código abierto:

Requisitos mínimos para la puesta en marcha del primer agitador:

Fuente de alimentación ATX $30

Arduino $30

Conector USB y cable largo $20

Motor $10

Rodamiento $1

Tubería $1

Controlador de motor $40

Transferencia bancaria $4

Tuercas y pernos $5

Piezas impresas en 3D $0.50

Total: $141.50

Agitadores adicionales, requerimientos incrementales:

Motor $10

Rodamiento $1

Tubería $1

Controlador de motor $40

Transferencia bancaria $4

Tuercas y pernos $5

Piezas impresas en 3D $0.50

Total Costo incremental por cada agitador adicional: $61.50

Actualmente tenemos 4 agitadores funcionando simultáneamente con esta configuración (un juego de electrónica).

Y aquí (adjunto) hay un video de ellos trabajando en nuestra incubadora!

Mi diseño se beneficiaría de ganar este concurso al poder diseñar una caja de corte láser para la electrónica y hacer un kit que podría ser comprado directamente por los clientes. Yo haría el corte láser de las piezas impresas en 3D en su lugar para facilitar la producción.

Todas estas piezas se pueden obtener de SparkFun y Ponoko. El controlador de motor que usé no es de SparkFun, pero SparkFun tiene muchos que funcionarían para esta aplicación, o pueden estar dispuestos a vender el controlador que estoy usando (de www.JohnYang.com). El controlador de John Yang está disponible en MakerGear.com.

Es probable que este agitador orbital tenga numerosas aplicaciones en la ciencia de mesa, además del cultivo celular in vitro.

Imprimir un PlateSlab y un MotorShaftHolder

Trae un poco de tubería. La tubería del soporte del eje del motor debe tener un diámetro exterior de 8 mm para que encaje exactamente en el rodamiento de patín 608.

Atornille el perno de la tapa del zócalo M3 de 50 mm fijado en su sitio en el soporte del eje del motor.

A continuación, coloque el tubo de pieza pequeña en el eje del motor (evitará que el soporte se deslice por el eje del motor). Luego coloque el soporte del eje del motor. A continuación, coloque más tubos en la tapa del encaje del perno de 50 mm. El tubo amortigua las vibraciones del motor.

Para introducir el rodamiento en la losa de la placa, es posible que desee mantenerlo en llamas durante un tiempo para calentarlo. Entonces se derretirá y obtendrá un ajuste a presión muy bueno.

Utilice pequeños tornillos de cabeza cilíndrica M3 en la carcasa del motor. 8-12 mm funcionan bien. Desea que las tapas de los zócalos sobresalgan por encima de la carcasa del motor para que el tubo pueda agarrarse fácilmente.

Utilice pequeños pernos de casquillo M3 en el PlateSlab. 12 mm también funcionan bien aquí. Conecte todos los tubos.

Conecta el motor. Programar el arduino (ver el .pde, adjunto a esta cosa). Enchufa todo. 1. Encienda la fuente de alimentación ATX. Los motores se acelerarán lentamente durante la primera rotación para alcanzar la velocidad máxima (de modo que no se derramen medios celulares por todas partes). El .pde actual acciona los motores paso a paso 1/16 a 2 Hz (2 revoluciones por segundo).