Mała pompa próżniowa wydrukowana w 3D może przyspieszyć spektrometrię mas – Physics World

Naukowcy z USA opracowali niewielką pompę próżniową wydrukowaną w 3D. Luis Fernando Velásquez-García i koledzy z Massachusetts Institute of Technology twierdzą, że ich urządzenie przewyższa obecne najnowocześniejsze miniaturowe pompy. Może być wykorzystany do zapewnienia ludziom w odległych społecznościach dostępu do zaawansowanej aparatury, takiej jak spektrometria mas, do badań zdrowotnych i środowiskowych.

Pompa perystaltyczna to rodzaj zminiaturyzowanej pompy wyporowej, która naśladuje działanie mięśni w naszych jelitach. Wewnątrz pompy płyn przepływa przez elastyczną rurkę zamocowaną wokół wewnętrznej krawędzi sztywnej okrągłej obudowy.

Wirnik w osi koła wyposażony jest w rolki, które poruszają się po wewnętrznym obwodzie koła – dociskając rurkę do obudowy, transportując kieszenie płynu przed rolkami, w kierunku wylotu pompy. Jednocześnie po przejściu rolki rura odzyskuje swój pierwotny kształt. Tworzy to efekt ssania, który wciąga więcej płynu do pompy.

Ponieważ ta technika pozwala uniknąć bezpośredniego kontaktu płynu z mechanizmem pompującym, jest obecnie szeroko stosowana do transportu płynów, które są chemicznie reaktywne lub muszą pozostać nieskazitelne – takich jak krew.

Wyzwania związane z próżnią

Dotychczas jednak pompy perystaltyczne nie były powszechnie stosowane do wytwarzania i utrzymywania próżni poprzez transport gazów. Wymagałoby to obracania się wirnika z większą prędkością i mocniejszego ściskania elastycznej rurki, co mogłoby szybko uszkodzić pompę. Ponadto rura o okrągłym przekroju nigdy nie może być całkowicie uszczelniona, co oznacza, że ​​część gazu zawsze może przedostać się w złym kierunku.

W swoich badaniach zespół Velásquez-García zbadał, w jaki sposób można rozwiązać te problemy za pomocą inteligentniejszej konstrukcji elastycznej rury – możliwej dzięki drukowi 3D. „Jedną z kluczowych zalet drukowania 3D jest to, że pozwala nam ono na agresywne prototypowanie” — wyjaśnia Velásquez-García.

„Jeśli wykonujesz tę pracę w czystym pomieszczeniu, w którym wytwarza się wiele tych zminiaturyzowanych pomp, zajmuje to dużo czasu. Jeśli chcesz coś zmienić, musisz zacząć cały proces od nowa. W takim przypadku możemy wydrukować naszą pompę w ciągu kilku godzin i za każdym razem może to być nowy projekt”.

Takie podejście umożliwiło zespołowi Velásquez-García jednoczesne wydrukowanie wszystkich elementów wewnętrznych pompy. W przypadku elastycznej rurki wykorzystano stosunkowo nowy materiał, który jest łatwiejszy do wydrukowania niż bardziej popularne elastyczne materiały, ale ma wymagane właściwości.

Para nacięć

Dostosowali również konstrukcję tuby – wprowadzając parę nacięć po przeciwnych stronach jej przekroju, prostopadle do kierunku jej ściskania przez rolki. Ta niewielka zmiana oznaczała, że ​​rura wymagała mniej niż połowy siły do ​​całkowitego uszczelnienia (patrz rysunek).

Dzięki tym dostosowaniom pompa zespołu mogła utrzymywać podciśnienie o rząd wielkości niższe niż inne najnowocześniejsze zminiaturyzowane pompy. Osiąga się to przy niższych prędkościach wirnika i przy mniejszych siłach wywieranych na elastyczną rurkę. Ich konstrukcja utrzymała tę wydajność przez ponad 100,000 XNUMX obrotów.

Velásquez-García i współpracownicy uważają, że ich wyniki wyraźnie pokazują, jak zaawansowane stało się drukowanie 3D. „Niektórzy ludzie myślą, że kiedy drukujesz coś w 3D, musi istnieć jakiś kompromis. Ale tutaj nasza grupa pokazała, że ​​tak nie jest” – twierdzi Velásquez-García. „To naprawdę nowy paradygmat. Produkcja addytywna nie rozwiąże wszystkich problemów świata, ale jest to rozwiązanie, które ma prawdziwe nogi”.

Barwnik spożywczy pomaga drukować sieci naczyniowe w 3D

Zespół przewiduje wiele możliwych zastosowań swojego urządzenia, w tym metalurgię o wysokiej czystości, procesy powlekania, produkcję półprzewodników, a zwłaszcza spektrometrię mas.

„W przypadku spektrometrów mas 500-kilogramowy goryl w pomieszczeniu zawsze był problemem pomp próżniowych” — wyjaśnia Velásquez-García. „To, co tutaj pokazaliśmy, jest przełomowe, ale jest możliwe tylko dlatego, że zostało wydrukowane w 3D. Gdybyśmy chcieli to zrobić w standardowy sposób, nie bylibyśmy nawet blisko”.

Dzięki takiemu podejściu spektrometry masowe wyposażone w zminiaturyzowane pompy próżniowe można łatwo produkować i wdrażać w odległych regionach, co pozwala małym społecznościom w krajach rozwijających się analizować próbki krwi i badać jakość wody.

Pompa jest opisana w Produkcja dodatkowa.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• EVM Finanse. Ujednolicony interfejs dla zdecentralizowanych finansów. Dostęp tutaj.
• Quantum Media Group. Wzmocnienie IR/PR. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/tiny-3d-printed-vacuum-pump-could-give-mass-spectrometry-a-boost/