Máy bơm chân không tí hon được in 3D có thể giúp tăng khối phổ – Physics World

Một máy bơm chân không in 3D cực nhỏ đã được các nhà nghiên cứu ở Mỹ phát triển. Luis Fernando Velásquez-García và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ Massachusetts cho biết thiết bị của họ hoạt động tốt hơn các máy bơm thu nhỏ hiện đại nhất hiện nay. Nó có thể được sử dụng để cung cấp cho người dân ở các cộng đồng ở vùng sâu vùng xa quyền truy cập vào các thiết bị tiên tiến như phép đo khối phổ để kiểm tra sức khỏe và môi trường.

Máy bơm nhu động là một loại máy bơm dịch chuyển tích cực thu nhỏ bắt chước hoạt động của các cơ trong ruột của chúng ta. Bên trong máy bơm, chất lỏng di chuyển qua một ống linh hoạt, được lắp xung quanh mép trong của vỏ tròn cứng.

Một rôto ở trục của vòng tròn được lắp các con lăn chạy dọc theo chu vi bên trong của vòng tròn - ép ống vào vỏ, vận chuyển các túi chất lỏng phía trước các con lăn, theo hướng đầu ra của máy bơm. Đồng thời, sau khi con lăn đi qua, ống lấy lại hình dạng ban đầu. Điều này tạo ra hiệu ứng hút hút nhiều chất lỏng hơn vào máy bơm.

Vì kỹ thuật này tránh tiếp xúc trực tiếp giữa chất lỏng và cơ chế bơm nên hiện nay nó được sử dụng rộng rãi để vận chuyển các chất lỏng có phản ứng hóa học hoặc cần giữ nguyên trạng thái nguyên chất – như máu.

Thử thách chân không

Tuy nhiên, cho đến nay, máy bơm nhu động vẫn chưa được sử dụng rộng rãi để tạo và duy trì chân không thông qua việc vận chuyển khí. Điều này đòi hỏi rôto vừa quay với tốc độ nhanh hơn vừa ép ống linh hoạt mạnh hơn, điều này có thể nhanh chóng làm hỏng máy bơm. Ngoài ra, một ống có tiết diện tròn không bao giờ có thể được bịt kín hoàn toàn, nghĩa là một số khí luôn có thể rò rỉ theo hướng sai.

Trong nghiên cứu của mình, nhóm của Velásquez-García đã khám phá cách giải quyết những vấn đề này thông qua thiết kế ống linh hoạt thông minh hơn – có thể thực hiện được nhờ in 3D. Velásquez-García giải thích: “Một trong những lợi thế chính của việc sử dụng in 3D là nó cho phép chúng tôi tạo nguyên mẫu một cách tích cực”.

“Nếu bạn thực hiện công việc này trong một căn phòng sạch sẽ, nơi sản xuất rất nhiều máy bơm thu nhỏ này, thì sẽ mất rất nhiều thời gian. Nếu bạn muốn thực hiện thay đổi, bạn phải bắt đầu lại toàn bộ quá trình. Trong trường hợp này, chúng tôi có thể in máy bơm của mình chỉ trong vài giờ và mỗi lần nó có thể là một thiết kế mới.”

Cách tiếp cận này cho phép nhóm của Velásquez-García in đồng thời tất cả hoạt động bên trong của máy bơm. Đối với ống mềm, họ đã sử dụng một loại vật liệu tương đối mới, dễ in hơn các vật liệu mềm thông thường nhưng có các đặc tính cần thiết.

Cặp rãnh

Họ cũng điều chỉnh thiết kế của ống – tạo ra một cặp rãnh ở hai phía đối diện của mặt cắt ngang của ống, vuông góc với hướng nén của các con lăn. Sự thay đổi nhỏ này có nghĩa là ống cần ít lực hơn một nửa để bịt kín hoàn toàn (xem hình).

Với những điều chỉnh này, máy bơm của nhóm có thể duy trì áp suất chân không thấp hơn một bậc so với các máy bơm thu nhỏ hiện đại khác. Điều này đạt được bằng cách sử dụng tốc độ rôto thấp hơn và truyền lực nhỏ hơn lên ống linh hoạt. Thiết kế của họ duy trì hiệu suất này trong suốt vòng đời hơn 100,000 vòng quay.

Velásquez-García và các đồng nghiệp tin rằng kết quả của họ cho thấy rõ ràng công nghệ in 3D đã trở nên tiên tiến như thế nào. “Một số người nghĩ rằng khi bạn in 3D thứ gì đó thì phải có sự đánh đổi nào đó. Nhưng ở đây nhóm của chúng tôi đã chứng minh rằng không phải như vậy,” Velásquez-García tuyên bố. “Nó thực sự là một mô hình mới. Sản xuất bồi đắp sẽ không giải quyết được tất cả các vấn đề của thế giới, nhưng nó là một giải pháp có chân thực.”

Thuốc nhuộm thực phẩm giúp in 3D mạng lưới mạch máu

Nhóm dự tính có nhiều ứng dụng khả thi cho thiết bị của họ: bao gồm luyện kim có độ tinh khiết cao, quy trình phủ, sản xuất chất bán dẫn và đặc biệt là phép đo phổ khối.

Velásquez-García giải thích: “Với máy quang phổ khối, con khỉ đột nặng 500 pound trong phòng luôn là vấn đề của máy bơm chân không. “Những gì chúng tôi trình bày ở đây là đột phá, nhưng nó chỉ có thể thực hiện được vì nó được in 3D. Nếu chúng tôi muốn làm điều này theo cách thông thường thì chúng tôi đã không thể đạt được mục tiêu đó.”

Với phương pháp này, máy quang phổ khối được trang bị máy bơm chân không thu nhỏ có thể dễ dàng được sản xuất và triển khai ở những vùng xa xôi – cho phép các cộng đồng nhỏ ở các nước đang phát triển phân tích mẫu máu và kiểm tra chất lượng nước.

Máy bơm được mô tả trong Sản xuất phụ gia.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• EVM tài chính. Giao diện hợp nhất cho tài chính phi tập trung. Truy cập Tại đây.
• Tập đoàn truyền thông lượng tử. Khuếch đại IR/PR. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh dữ liệu Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/tiny-3d-printed-vacuum-pump-could-give-mass-spectrometry-a-boost/