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Apprenez à gérer les supports, imprimez des protéines

By 28 mai 2018 No Comments

les supports dans l’impression 3D

Une des difficultés de l’impression 3D est la gestion des supports. l’imprimante ne peut ajouter une couche de plastique dans le vide, une couche inférieure est nécessaire pour ajouter une couche supérieure. Lors de l’impression d’objets complexes il peut être nécessaire d’ajouter des supports qui seront retirés en post traitement. Il est toujours préférable de les éviter, Ils augmentent le temps d’impression, consomment du filament, abîment l’objet final et demandent du temps pour être gérée en post impression. Il est cependant parfois impossible de les éviter. Il est donc nécessaire d’apprendre à les gérer. La Biche-Renard se donnant comme mission d’aider à l’exploration des possibilités données par l’impression 3D, nous nous sommes mis en quête de l’objet parfait pour apprendre la gestion de supports.

L’exemple de ce fichier d’Henri le navigateur, disponible sur Cults, montre la nécessité des supports dans certaines impressions. Sans eux il serait impossible d’imprimer ce bras tendu

Le modèle 3D de protéine, l’objet parfait pour apprendre à gérer les supports ?

Nous sommes arrivé à la conclusion que l’objet parfait était la protéine. Ou plutôt le modèle 3D de protéine. Cela peut vous étonner, il ne s’agit probablement pas d’un objet que vous avez l’intention d’imprimer. Et pourtant vous en avez forcément entendu parlé. Ne serait-ce qu’en nutrition, il s’agit d’un des nutriment de base d’un régime équilibré. Mais il s’agit avant tout d’objets tridimentionnels extrêmement complexes et variables. Ce sont elles qui font fonctionner le corps de tout être vivant. C’est par les protéines que notre corps traduit l’information de l’ADN. Sans elles aucune vie n’est possible. Elles ont une structure en trois dimensions très complexe et leur fonction est déterminée par cette structure. La détermination de cette structure est donc au centre de nombreuses recherches aboutissant à la construction de modèles en trois dimensions. Il est cependant difficile de vraiment se représenter leur forme sur un écran d’ordinateur. C’est pourquoi des chercheurs se sont penchés sur l’impression en 3D de ces modèles, bien plus adaptés à saisir les nuances de leur formes.

Or ces objets ont une structure très complexe, nécessitant de nombreux supports, nombre d’entre eux devant être ajoutés manuellement. Les imprimer est donc un excellent exercice pour tout possesseur d’une imprimante 3D. C’est aussi un excellent moyen d’en apprendre un peu plus sur l’une des briques les plus fondamentales du vivant. Vous cherchez un nouveau challenge ? Vous avez envie de devenir un expert en supports ? Vous voulez en apprendre plus sur le fonctionnement du vivant ? Autant de bonnes raisons de s’intéresser à l’impression 3D de protéines.

Quelques exemples montrant la complexité et la diversité des structures de protéines

Le choix de notre première protéine à imprimer

De nombreux protocoles peuvent être trouvés sur internet, le plus complet est un article scientifique associé à une vidéo. Dans cette article, nous allons décrire l’impression de notre première, les difficultés rencontrées et le résultat final. D’autres articles suivront, notamment un protocole détaillé de l’impression, plus d’information sur les protéines intéressantes à imprimer, et plus de détails sur la gestion des supports.

Pour notre premier essai nous avons décidé d’imprimer le modèle de la protéine de l’insuline, une hormone, molécule servant de signal dans le corps. En particulier l’insuline est le message qui indique aux cellules qu’elles doivent stocker le sucre. Nous avons choisi cette protéine car elle est connue par son rôle dans le diabète et parce qu’elle est petite et relativement simple. Il s’agit d’un bon candidat pour une première tentative d’impression de modèle protéique.

Première étape : la création du fichier STL

Nous allons maintenant décrire les étapes nécessaires à l’impression d’un modèle de protéine en 3D, il ne s’agit que d’un aperçu, les détails du protocole seront détaillés dans un autre article.

Comme pour toute impression, il est nécessaire de sélectionner le fichier STL à imprimer. Il existe des sites recensant des fichiers STL prêts à l’impression comme le NIH 3D print échange. Cependant tout modèle 3D de protéine peut facilement être transformé en fichier STL imprimable à l’aide d’un logiciel gratuit : UCFC Chimera. Une des bases de données les plus complètes de modèles protéiques est la Protein Data Base (PDB).

Nous avons choisi le modèle d’un analogue de l’insuline, il ne s’agit pas exactement de l’insuline mais une protéine très proche. Sa structure nous paraissait particulièrement intéressante pour une première impression. Son modèle est disponible sur PDB.

Une fois le modèle choisis faut l’ouvrir dans chimera et le modifier de tel sorte qu’il soit imprimable. Il est notamment pour cela nécessaire d’épaissir le modèle et de rajouter les liaisons tenant ensemble les différentes parties de la molécule. Ce modèle peut ensuite être exporté en format STL

Modification du modèle 3D pour le rendre imprimable

Préparation de l’impression : positionnement des supports

 

Les supports sont nécessaires, il est cependant préférable d’en avoir le minimum. Il est pour cela nécessaire d’orienter correctement la protéine. Pour de nombreux objets l’orientation est évidente, ce n’est pas le case des protéine. Il existe un logiciel gratuit permettant d’optimiser automatiquement l’orientation d’un objet avant impression. Il s’agit d’autodesk meshmixer. Nous avons réorienté automatiquement la protéine selon le protocole qui sert de base à cet article

Pour l’impression, nous avons utilisé le logiciel Simplfy 3D, il s’agit d’un logiciel payant mais nous nous intéresserons à CURA, un logiciel gratuit, dans un autre article. Une fonctionnalité permet d’ajouter les supports automatiquement. Cependant, cela ne permet pas d’obtenir un protéine propre à l’impression. Il est nécessaire de les éditer manuellement. Il faut supprimer les supports qui se trouvent à l’intérieur des hélices, ils sont inutiles et très difficile à enlever manuellement. Il est aussi nécessaire d’ajouter des supports aux endroits où ils sont nécessaires et manquant.

Nécessité de modifier manuellement les supports

Mais comment être sûr de n’avoir oublié aucun support ? Que notre protéine va s’imprimer correctement ? Il est possible d’effectuer une étape de vérification à l’aide de l’outil de prévisualisation. Il permet de montrer le déroulement de l’impression, couche par couche. Cela permet une étape de vérification permettant de corriger nombre d’erreurs.

Le résultat final

Notre protéine prête nous avons lancé l’impression. Après 4h d’impression notre protéine était prête . Enfin, il restait encore à retirer les supports.

La protéine imprimée, avant et après post traitement

Cette dernière étape de post traitement effectué, nous avons obtenu le modèle final de la protéine. Elle n’était cependant pas exempte de défauts. Il y a notamment deux erreurs que nous avons commises lors du positionnement des supports. Nous avons oublié de retirer un support à l’intérieur d’une hélice et nous avons oubliés de positionner des supports nécessaire à une partie de la pièce. Ces erreurs étaient visibles lors de la prévisualisation.

Deux défauts qui auraient pu être remarqué avant impression : un support manquant (à gauche) et un support à l’intérieur d’une hélice (à droite)

Il a aussi été nécessaire de coller une partie de la pièce qui s’est cassée lorsque nous avons retiré les supports. Les modèles de protéine sont fragiles et il est nécessaire d’être précautionneux lors des étapes de post traitement.

Conclusion

Les protéines sont des objets complexes, et l’impression de leur modèle en 3D nécessite un usage avancé des supports. Si vous êtes capable d’imprimer des protéines, vous développerez grandement vos compétences dans ce domaine. N’oubliez cependant pas que le meilleur support est celui qui n’existe pas. S’il est possible de les évider en repositionnant l’objet ou en le désignant différemment, c’est toujours préférable.

Logiciels utilisés

Gains de compétences

UCFC  Chimera

Autodesk Meshmixer

Simplify 3D

Gestion des supports

Découverte du monde des protéines

 

Cette article vous a été proposé par la Biche-Renard, si vous voulez découvrir de nouveaux filaments et monter en compétence sur l’impression 3D vous pourriez être intéressé par la Boîte à Fil, une box mensuelle vous permettant de découvrir les différentes facettes de l’impression 3D.

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