Маленький надрукований на 3D вакуумний насос може дати поштовх мас-спектрометрії – Physics World

Крихітний надрукований на 3D-принтері вакуумний насос був розроблений дослідниками в США. Луїс Фернандо Веласкес-Гарсія і колеги з Массачусетського технологічного інституту кажуть, що їхній пристрій перевершує поточні найсучасніші мініатюрні насоси. Його можна використовувати, щоб надати людям у віддалених громадах доступ до передових приладів, таких як мас-спектрометрія для тестування здоров’я та навколишнього середовища.

Перистальтичний насос — це тип мініатюрного об’ємного насоса, який імітує роботу м’язів нашого кишечника. Усередині насоса рідина проходить через гнучку трубку, встановлену навколо внутрішнього краю жорсткого круглого корпусу.

Ротор на осі кола оснащений роликами, які проходять уздовж внутрішньої окружності кола, притискаючи трубу до корпусу, транспортуючи кишені рідини перед роликами, у напрямку до вихідного отвору насоса. Одночасно, після проходу валика, трубка відновлює свою початкову форму. Це створює ефект всмоктування, який втягує більше рідини в насос.

Оскільки ця техніка дозволяє уникнути прямого контакту між рідиною та насосним механізмом, зараз вона широко використовується для транспортування рідин, які є хімічно реакційними або повинні залишатися незайманими, наприклад крові.

Вакуумні виклики

Однак поки що перистальтичні насоси не знайшли широкого застосування для створення та підтримки вакууму шляхом транспортування газів. Це вимагало б, щоб ротор обертався з більшою швидкістю та сильніше стискав гнучку трубку, що могло б швидко пошкодити насос. Крім того, трубку з круглим поперечним перерізом ніколи не можна повністю закрити, тобто деяка кількість газу завжди може витікати в неправильному напрямку.

У своєму дослідженні команда Веласкеса-Гарсіа досліджувала, як ці проблеми можна вирішити за допомогою розумнішої конструкції гнучкої труби, що стало можливим завдяки 3D-друку. «Одна з ключових переваг використання 3D-друку полягає в тому, що він дозволяє нам активно створювати прототипи», — пояснює Веласкес-Гарсія.

«Якщо ви виконуєте цю роботу в чистому приміщенні, де виготовляється багато цих мініатюрних насосів, це займає багато часу. Якщо ви хочете внести зміни, вам доведеться почати весь процес спочатку. У цьому випадку ми можемо надрукувати наш насос за лічені години, і щоразу це може бути новий дизайн».

Цей підхід дозволив команді Веласкеса-Гарсіа надрукувати всю внутрішню роботу насоса одночасно. Для гнучкої трубки вони використали відносно новий матеріал, який легше друкувати, ніж більш звичайні гнучкі матеріали, але він має необхідні властивості.

Пара насічок

Вони також адаптували конструкцію труби – ввели пару виїмок на протилежних сторонах її поперечного перерізу, перпендикулярно напрямку її стиснення роликами. Ця невелика зміна означала, що для повної герметизації трубі потрібно менше половини зусилля (див. малюнок).

З цими адаптаціями насос команди міг підтримувати вакуумний тиск на порядок нижчий, ніж інші сучасні мініатюрні насоси. Це досягається за допомогою менших обертів ротора та менших сил, що подаються на гнучку трубку. Їхня конструкція зберігала цю продуктивність протягом понад 100,000 XNUMX обертів.

Веласкес-Гарсія та його колеги вважають, що їхні результати чітко показують, наскільки прогресивним став 3D-друк. «Деякі люди думають, що коли ви щось друкуєте 3D, має бути якийсь компроміс. Але тут наша група показала, що це не так», – стверджує Веласкес-Гарсія. «Це дійсно нова парадигма. Адитивне виробництво не вирішить усіх проблем світу, але це рішення, яке має реальні ноги».

Харчовий барвник допомагає 3D-друкувати судинні мережі

Команда передбачає безліч можливих застосувань для свого пристрою: включаючи металургію високої чистоти, процеси нанесення покриттів, виробництво напівпровідників і особливо мас-спектрометрію.

«З мас-спектрометрами 500-фунтова горила в кімнаті завжди була проблемою вакуумних насосів», — пояснює Веласкес-Гарсія. «Те, що ми тут показали, є новаторським, але це можливо лише тому, що це надруковано на 3D. Якби ми хотіли зробити це стандартним способом, ми б не були десь близько».

Завдяки такому підходу мас-спектрометри, оснащені мініатюрними вакуумними насосами, можна було б легко виготовити та розгорнути у віддалених регіонах, дозволяючи невеликим громадам у країнах, що розвиваються, аналізувати зразки крові та перевіряти якість води.

Насос описано в Виробництво добавок.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• EVM Фінанси. Уніфікований інтерфейс для децентралізованих фінансів. Доступ тут.
• Quantum Media Group. ІЧ/ПР посилений. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/tiny-3d-printed-vacuum-pump-could-give-mass-spectrometry-a-boost/