작은 3D 프린팅 진공 펌프로 질량 분석을 향상시킬 수 있습니다.

작은 3D 프린팅 진공 펌프로 질량 분석을 향상시킬 수 있습니다.

타임 스탬프 : 22 년 2023 월 10 일 46:XNUMX AM

소형 진공 펌프
개선 사항: 한 쌍의 노치와 롤러 중 하나의 클로즈업을 보여주는 3D 인쇄 연동 진공 펌프 다이어그램. (제공: 루이스 페르난도 벨라스케스-가르시아 외)

미국의 연구원들이 3D 프린터로 만든 작은 진공 펌프를 개발했습니다. 루이스 페르난도 벨라스케스-가르시아 Massachusetts Institute of Technology의 동료들은 그들의 장치가 현재의 최첨단 소형 펌프를 능가한다고 말합니다. 외딴 지역 사회의 사람들이 건강 및 환경 테스트를 위한 질량 분석법과 같은 고급 장비에 액세스할 수 있도록 하는 데 사용할 수 있습니다.

연동 펌프는 내장 근육의 작용을 모방하는 일종의 소형 정변위 펌프입니다. 펌프 내부에서 유체는 단단한 원형 케이싱의 내부 가장자리에 맞춰진 유연한 튜브를 통해 이동합니다.

원의 축에 있는 로터에는 원의 내부 원주를 따라 지나가는 롤러가 장착되어 있습니다. 튜브를 케이싱에 대고 펌프 배출구 방향으로 롤러 앞의 유체 포켓을 운반합니다. 동시에 롤러가 통과한 후 튜브는 원래 모양으로 돌아갑니다. 이렇게 하면 더 많은 유체를 펌프로 끌어들이는 흡입 효과가 생성됩니다.

이 기술은 유체와 펌핑 메커니즘 사이의 직접적인 접촉을 피하기 때문에 화학적으로 반응성이 있거나 깨끗한 상태를 유지해야 하는 혈액과 같은 액체를 운반하는 데 널리 사용됩니다.

진공 문제

그러나 지금까지 연동 펌프는 가스 수송을 통해 진공을 생성하고 유지하는 데 널리 사용되지 않았습니다. 이렇게 하려면 로터가 더 빠른 속도로 회전하고 유연한 튜브를 더 세게 압착해야 하므로 펌프가 빠르게 손상될 수 있습니다. 또한 단면이 원형인 튜브는 완전히 밀봉될 수 없으므로 일부 가스는 항상 잘못된 방향으로 누출될 수 있습니다.

그들의 연구에서 Velásquez-García의 팀은 3D 프린팅으로 가능해진 더 똑똑하고 유연한 튜브 디자인을 통해 이러한 문제를 어떻게 해결할 수 있는지 탐구했습니다. Velásquez-García는 "3D 프린팅 사용의 주요 이점 중 하나는 적극적으로 프로토타입을 제작할 수 있다는 것입니다."라고 설명합니다.

“이러한 소형 펌프가 많이 만들어지는 클린룸에서 이 작업을 하면 시간이 많이 걸립니다. 변경하려면 전체 프로세스를 다시 시작해야 합니다. 이 경우 몇 시간 만에 펌프를 인쇄할 수 있으며 매번 새로운 디자인이 될 수 있습니다.”

이 접근 방식을 통해 Velásquez-García 팀은 펌프의 모든 내부 작동을 동시에 인쇄할 수 있었습니다. 플렉서블 튜브의 경우, 그들은 주류 플렉서블 재료보다 인쇄하기 쉽지만 필요한 특성을 가진 비교적 새로운 재료를 사용했습니다.

한 쌍의 노치

그들은 또한 튜브의 디자인을 조정하여 롤러에 의한 압축 방향에 수직인 단면의 반대쪽에 한 쌍의 노치를 도입했습니다. 이 작은 변경은 튜브를 완전히 밀봉하는 데 필요한 힘의 절반 미만을 의미했습니다(그림 참조).

이러한 적응을 통해 팀의 펌프는 다른 최첨단 소형 펌프보다 훨씬 낮은 진공 압력을 유지할 수 있습니다. 이는 더 낮은 회전자 속도와 유연한 튜브에 가해지는 더 작은 힘을 사용하여 달성됩니다. 그들의 설계는 100,000회 이상의 회전 수명 동안 이 성능을 유지했습니다.

Velásquez-García와 동료들은 그들의 결과가 3D 프린팅이 얼마나 발전했는지를 분명히 보여준다고 믿습니다. “어떤 사람들은 무언가를 3D 프린팅할 때 일종의 절충안이 있어야 한다고 생각합니다. 그러나 여기서 우리 그룹은 그것이 사실이 아님을 보여주었습니다.”라고 Velásquez-García는 주장합니다. “정말 새로운 패러다임입니다. 적층 제조가 세상의 모든 문제를 해결하지는 못하겠지만, 진정한 다리를 가진 솔루션입니다.”

팀은 고순도 야금, 코팅 공정, 반도체 제조, 특히 질량 분석법을 포함하여 장치의 다양한 용도를 예상합니다.

Velásquez-García는 "질량 분석계를 사용하면 방안에 있는 500파운드의 고릴라는 항상 진공 펌프의 문제였습니다."라고 설명합니다. “우리가 여기서 보여준 것은 획기적이지만 3D 프린팅이기 때문에 가능합니다. 이 작업을 표준 방식으로 수행하고 싶었다면 우리는 어디에도 가깝지 않았을 것입니다.”

이 접근 방식을 통해 소형 진공 펌프가 장착된 질량 분석기를 쉽게 생산하고 외딴 지역에 배치할 수 있어 개발도상국의 소규모 커뮤니티에서 혈액 샘플을 분석하고 수질을 검사할 수 있습니다.

펌프는 에 설명되어 있습니다. 첨가제 제조.

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