3D Bioprinting bioink parameter optimization and print characterization - Järvinen, Siiri (My University, 2025)
3D bioprinting is a promising technology that can be used to create organs and tissues. Materials used in bioprinting are called bioinks. These bioinks need to have their printing parameters optimized to ensure the material properties. Poorly optimized parameters can lead to poor mechanical properties and uneven outcomes. This thesis focuses on optimizing the key parameters for extrusion-based bioprinting. These parameters were nozzle size, printing speed, pressure, layer height, and heating. The effect of these parameters on the prints’ mechanical properties and quality is analyzed. Two photocurable materials, including fibers and fillers, are used in this study. These materials were used to print cylinders and cuboids. After the printing process these prints were characterized by mechanical testing and 3-point bending tests. The results of this thesis show how these different parameters effected on the material’s mechanical properties. The findings in this thesis show that parameter optimization is an important step in 3D bioprinting. By changing the printing parameters, it is possible to effect on the print’s mechanical properties, that are important part of bioprinted parts. The data presented in this thesis are preliminary and are intended to provide only indicative results. Further experiments and a larger data set are required to draw definitive conclusions.

3D biotulostus on lupaava tekniikka, jolla voidaan luoda kudoksia ja elimiä. Biotulostuksessa käytettäviä materiaaleja kutsutaan biomusteiksi. Näiden tulostamisessa käytettävien biomusteiden tulosparametrit on optimoitava, jotta halutut ominaisuudet voidaan varmistaa. Huonosti optimoidut parametrit voivat johtaa huonoihin mekaanisiin ominaisuuksiin ja epätasaiseen lopputulokseen. Tämä opinnäytetyö keskittyy ekstruusiopohjaisen biotulostuksen keskeisten parametrien optimointiin. Nämä parametrit olivat suuttimen koko, tulostusnopeus, paine, kerroskorkeus ja lämmitys. Näiden parametrien vaikutusta tulosteiden mekaanisiin ominaisuuksiin ja laatuun analysoitiin. Tässä työssä käytettiin kahta valolla kovetettavaa biomustetta, jotka sisälsivät kuituja ja täyteaineita. Näitä materiaaleja käytettiin tulostamaan sylintereitä ja suorakulmaisia särmiöitä. Tulostamisen jälkeen, näille kappaleille tehtiin 3-pisteen taivutustesti ja mekaanisia ominaisuuksia testattiin. Tämän opinnäytetyön tulokset osoittavat, miten eri parametrit vaikuttavat materiaalin mekaanisiin ominaisuuksiin. Havainnot tässä työssä osoittavat, että parametrien optimointi on tärkeä vaihe 3D biotulostuksessa. Tulosten mekaaniset ominaisuudet ovat tärkeä osa 3D biotulostusta, ja parametrien optimoinnilla on mahdollista vaikuttaa näihin. Tässä opinnäytetyössä esitetyt tulokset ovat alustavia ja niiden tarkoitus on tuottaa vain suuntaa antavia tuloksia. Jotta voidaan tehdä lopullisia johtopäätöksiä, tarvitaan lisää kokeita ja suurempaa aineistoa.
Keywords: 3D bioprinting, parameter optimization, bioink