Pequena bomba de vácuo impressa em 3D pode dar um impulso à espectrometria de massa – Physics World

Uma pequena bomba de vácuo impressa em 3D foi desenvolvida por pesquisadores nos EUA. Luis Fernando Velásquez-García e colegas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts dizem que seu dispositivo supera as atuais bombas em miniatura de última geração. Ele poderia ser usado para dar às pessoas em comunidades remotas acesso a instrumentação avançada, como espectrometria de massa para testes de saúde e meio ambiente.

Uma bomba peristáltica é um tipo de bomba de deslocamento positivo miniaturizada que imita a ação dos músculos em nossos intestinos. Dentro da bomba, o fluido viaja através de um tubo flexível, encaixado na borda interna de uma carcaça circular rígida.

Um rotor no eixo do círculo é dotado de roletes que passam ao longo da circunferência interna do círculo – apertando o tubo contra a carcaça, transportando bolsões de fluido à frente dos roletes, na direção da saída da bomba. Simultaneamente, após a passagem do rolo, o tubo recupera sua forma original. Isso cria um efeito de sucção que atrai mais fluido para a bomba.

Como essa técnica evita o contato direto entre o fluido e o mecanismo de bombeamento, ela agora é amplamente usada para transportar líquidos quimicamente reativos ou que precisam permanecer intactos – como o sangue.

desafios de vácuo

Até agora, no entanto, as bombas peristálticas não foram amplamente utilizadas para criar e manter um vácuo através do transporte de gases. Isso exigiria que o rotor girasse em velocidades mais rápidas e apertasse o tubo flexível com mais força, o que poderia danificar rapidamente a bomba. Além disso, um tubo com seção transversal circular nunca pode ser totalmente vedado, o que significa que algum gás sempre pode vazar na direção errada.

Em seu estudo, a equipe de Velásquez-García explorou como esses problemas poderiam ser resolvidos por meio de um design de tubo flexível mais inteligente – possibilitado pela impressão 3D. “Uma das principais vantagens de usar a impressão 3D é que ela nos permite prototipar agressivamente”, explica Velásquez-García.

“Se você fizer esse trabalho em uma sala limpa, onde muitas dessas bombas miniaturizadas são feitas, leva muito tempo. Se você quiser fazer uma alteração, terá que reiniciar todo o processo. Nesse caso, podemos imprimir nossa bomba em questão de horas, e toda vez pode ser um novo design.”

Essa abordagem permitiu que a equipe de Velásquez-García imprimisse simultaneamente todo o funcionamento interno da bomba. Para o tubo flexível, eles usaram um material relativamente novo que é mais fácil de imprimir do que os materiais flexíveis mais comuns, mas possui as propriedades necessárias.

Par de entalhes

Eles também adaptaram o desenho do tubo – introduzindo um par de entalhes em lados opostos de sua seção transversal, perpendiculares à direção de sua compressão pelos rolos. Esta pequena alteração fez com que o tubo precisasse de menos da metade da força para selar completamente (veja a figura).

Com essas adaptações em vigor, a bomba da equipe pode manter as pressões de vácuo uma ordem de grandeza menor do que outras bombas miniaturizadas de última geração. Isso é obtido usando velocidades de rotor mais baixas e com forças menores transmitidas ao tubo flexível. Seu design manteve esse desempenho ao longo de uma vida útil de mais de 100,000 rotações.

Velásquez-García e seus colegas acreditam que seus resultados mostram claramente o quão avançada a impressão 3D se tornou. “Algumas pessoas pensam que quando você imprime algo em 3D, deve haver algum tipo de compensação. Mas aqui nosso grupo mostrou que não é assim”, afirma Velásquez-García. “É realmente um novo paradigma. A manufatura aditiva não vai resolver todos os problemas do mundo, mas é uma solução que tem pernas reais.”

Corante alimentar ajuda a imprimir redes vasculares em 3D

A equipe prevê vários usos possíveis para seu dispositivo: incluindo metalurgia de alta pureza, processos de revestimento, fabricação de semicondutores e especialmente espectrometria de massa.

“Com espectrômetros de massa, o gorila de 500 libras na sala sempre foi o problema das bombas de vácuo”, explica Velásquez-García. “O que mostramos aqui é inovador, mas só é possível porque é impresso em 3D. Se quiséssemos fazer isso da maneira padrão, não estaríamos nem perto disso.”

Com essa abordagem, espectrômetros de massa equipados com bombas de vácuo miniaturizadas podem ser facilmente produzidos e implantados em regiões remotas – permitindo que pequenas comunidades em países em desenvolvimento analisem amostras de sangue e examinem a qualidade da água.

A bomba é descrita em De produção de aditivos.

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• EVM Finanças. Interface unificada para finanças descentralizadas. Acesse aqui.
• Grupo de Mídia Quântica. IR/PR Amplificado. Acesse aqui.
• PlatoAiStream. Inteligência de Dados Web3. Conhecimento Amplificado. Acesse aqui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/tiny-3d-printed-vacuum-pump-could-give-mass-spectrometry-a-boost/