Mica pompă de vid imprimată 3D ar putea da un impuls spectrometriei de masă – Physics World

Mica pompă de vid imprimată 3D ar putea da un impuls spectrometriei de masă – Physics World

Marca temporală: 22 iunie 2023 10:46

Pompa de vid in miniatura
Îmbunătățiri: diagramă a pompei de vid peristaltice imprimată 3D care arată perechea de crestături și un prim plan al uneia dintre role. (Cu amabilitatea: Luis Fernando Velásquez-García et al)

O mică pompă de vid imprimată 3D a fost dezvoltată de cercetători din SUA. Luis Fernando Velásquez-García și colegii de la Massachusetts Institute of Technology spun că dispozitivul lor depășește pompele miniaturale de ultimă generație actuale. Ar putea fi folosit pentru a oferi oamenilor din comunitățile îndepărtate acces la instrumente avansate, cum ar fi spectrometria de masă pentru testarea sănătății și a mediului.

O pompă peristaltică este un tip de pompă cu deplasare pozitivă miniaturizată care imită acțiunea mușchilor din intestinele noastre. În interiorul pompei, fluidul circulă printr-un tub flexibil, montat în jurul marginii interioare a unei carcase circulare rigide.

Un rotor la axa cercului este echipat cu role care trec de-a lungul circumferinței interioare a cercului – strângând tubul de carcasă, transportând buzunare de fluid înaintea rolelor, în direcția ieșirii pompei. Simultan, dupa trecerea rolului, tubul isi recapata forma initiala. Acest lucru creează un efect de aspirație care atrage mai mult fluid în pompă.

Deoarece această tehnică evită contactul direct între fluid și mecanismul de pompare, este acum utilizată pe scară largă pentru a transporta lichide care sunt reactive chimic sau trebuie să rămână curate, cum ar fi sângele.

Provocări de vid

Până acum, însă, pompele peristaltice nu au fost utilizate pe scară largă pentru crearea și menținerea unui vid prin transportul gazelor. Acest lucru ar necesita ca rotorul să se rotească la viteze mai mari și să strângă mai tare tubul flexibil, ceea ce ar putea deteriora rapid pompa. În plus, un tub cu o secțiune transversală circulară nu poate fi niciodată complet etanșat, ceea ce înseamnă că unele gaze se pot scurge întotdeauna în direcția greșită.

În studiul lor, echipa lui Velásquez-García a explorat modul în care aceste probleme ar putea fi rezolvate printr-un design mai inteligent al tubului flexibil – posibil prin imprimarea 3D. „Unul dintre avantajele cheie ale utilizării imprimării 3D este că ne permite să realizăm prototipuri agresive”, explică Velásquez-García.

„Dacă faci această lucrare într-o cameră curată, unde sunt fabricate multe dintre aceste pompe miniaturizate, este nevoie de mult timp. Dacă doriți să faceți o schimbare, trebuie să începeți întregul proces de la capăt. În acest caz, ne putem imprima pompa în câteva ore și de fiecare dată poate fi un nou design.”

Această abordare a permis echipei lui Velásquez-García să imprime simultan toate funcțiile interne ale pompei. Pentru tubul flexibil, au folosit un material relativ nou, care este mai ușor de imprimat decât materialele flexibile mai populare, dar care are proprietățile necesare.

Pereche de crestături

De asemenea, au adaptat designul tubului – introducând o pereche de crestături pe părțile opuse ale secțiunii sale transversale, perpendicular pe direcția comprimării acestuia de către role. Această mică modificare a însemnat că tubul a necesitat mai puțin de jumătate din forță pentru a etanșa complet (vezi figura).

Cu aceste adaptări în vigoare, pompa echipei ar putea menține presiunile de vid cu un ordin de mărime mai mici decât alte pompe miniaturizate de ultimă generație. Acest lucru se realizează folosind viteze mai mici ale rotorului și cu forțe mai mici transmise tubului flexibil. Designul lor a menținut această performanță pe o durată de viață de peste 100,000 de rotații.

Velásquez-García și colegii sunt de părere că rezultatele lor arată în mod clar cât de avansată a devenit imprimarea 3D. „Unii oameni cred că atunci când imprimați ceva 3D trebuie să existe un fel de compromis. Dar aici grupul nostru a arătat că nu este cazul”, susține Velásquez-García. „Este într-adevăr o nouă paradigmă. Fabricația aditivă nu va rezolva toate problemele lumii, dar este o soluție care are picioare reale.”

Echipa are în vedere numeroase utilizări posibile pentru dispozitivul lor: inclusiv metalurgia de înaltă puritate, procesele de acoperire, fabricarea semiconductorilor și în special spectrometria de masă.

„Cu spectrometrele de masă, gorila de 500 de kilograme din cameră a fost întotdeauna problema pompelor de vid”, explică Velásquez-García. „Ceea ce am arătat aici este inovator, dar este posibil doar pentru că este imprimat 3D. Dacă am fi vrut să facem asta în modul standard, nu am fi fost nicăieri aproape.”

Cu această abordare, spectrometrele de masă echipate cu pompe de vid miniaturizate ar putea fi ușor produse și implementate în regiuni îndepărtate - permițând comunităților mici din țările în curs de dezvoltare să analizeze probe de sânge și să examineze calitatea apei.

Pompa este descrisă în Fabricarea aditivilor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii