Imprimarea 3D a unei pompe magnetice miniaturale la 3,89 USD

Pompele magnetice monolitice, complet tipărite 3D sunt afișate lângă o monedă americană. Porturile de fluid sunt vizibile pe pompe din stânga și centru, în timp ce pistonul magnetic încorporat este vizibil pe pompa din dreapta. Credit: Luis Fernando Velásquez-García

Designul este prima demonstrație a unei pompe magnetice, cu multe materiale 3D tipărite toate dintr-o singură bucată.

O nouă pompă miniaturală – compactă, fără supape și acționată magnetic – demonstrează capacitățile extinse ale echipamentelor de imprimare 3D.

Măsurând doar 1 centimetru în volum, pompa a fost fabricată în 75 de minute într-un singur proces folosind mai multe materiale care costă mai puțin de 3,89 dolari pe unitate. Poate deplasa lichide și gaze folosind mai puțină energie și experimentând un blocaj mai mic decât pompele standard de această dimensiune. Unul dintre modelele de pompă este prima demonstrație a unei pompe magnetice, cu multe materiale 3D tipărite monolitic – totul dintr-o singură bucată.

Luis Fernando Velásquez-García, cercetător principal la cuLaboratoarele Microsystems Technology (MTL) au condus echipa care a construit pompa. El spune că pompele eficiente și portabile pot fi utilizate în aplicații „de la celule de combustibil în generarea de energie până la schimbătoare de căldură” care răcesc cipurile de computer.

Producția suplimentară oferă o modalitate de a crea dispozitive miniaturizate care conțin mai multe materiale cu noi capacități și care sunt create la cerere pentru aplicații mai personalizate, sugerează el.

Velásquez-García speră că principala pompă de testare îi va inspira pe ceilalți să analizeze mai atent potențialul pentru producția suplimentară strat cu strat, asistată de computer, în comparație cu stilul de „cameră curată” produs în serie adoptat de industrie. semiconductori.

Întrucât cercetătorii au încercat să imite succesele industriei respective în dezvoltarea de noi echipamente miniaturale, „concluzionați că, în unele cazuri, metodele de producție pot să nu fie aceleași, materialele să nu fie aceleași și concretizări specifice ale „Soluțiile sunt foarte diferite”, a spus el.

Velásquez-García, împreună cu post-doctorul MTL Javier Izquierdo Reyes, sponsorizat de programul de nanotehnologie Monterrey Tec-MIT și Anthony Taylor la Edwards Vacuum, descriu noua pompă în ediția din 27 august 2020 Journal of Physics D: Physics Applied.

Pompă magnetică imprimată 3D

În stânga: orificii pentru fluid (deasupra) și. piston cu magnet încastrat (jos). În centru, vedere laterală a uneia dintre pompe. Dreapta: o secțiune transversală a unei pompe magnetice monolitice, complet imprimată 3D. Credit: Luis Fernando Velásquez-García

Mobil și puternic

Pompele, fiecare puțin mai mici decât diametrul unei monede, sunt formate ca niște cilindri mici încoronați de o membrană. În partea superioară a membranei se află camera fluidului, cu două supape fără capăt în partea de sus pentru a uni tuburile. Cercetătorii au suprimat pompa în două moduri, folosind Nylon 12 ca material structural în ambele. În prima pompă, un magnet este prevăzut cu presiune în structura pistonului de închidere. Cu a doua pompă monolitică, cercetătorii au folosit nylon 12 încorporat cu microparticule cu magnet de neodim (NdFeB) pentru a crea miezul magnetic al pompei.

Nylonul 12 este un material structural excelent care poate absorbi cu ușurință cantități mari de particule magnetice și este suficient de puternic pentru a menține în continuare microsfere NdFeB în timpul magnetizării inițiale, făcând posibilă crearea magneților permanenți puternici, spune Velásquez- García. “Într-un material mai moale, particulele vor vibra, rezultând nicio magnetizare netă a componentei magnetice.”

Pompa este acționată de un magnet rotativ extern, care interacționează cu magnetul intern pentru a deplasa pistonul și a deforma membrana, transportând lichid sau gaz de la o poartă la alta. Pistonul este limitat doar de membrană, deci se poate deplasa în mai multe moduri în același timp când este activat de magnetul extern. Deoarece este acționat magnetic, noul dispozitiv este mai mobil decât pompele pneumatice, de exemplu, care trebuie cuplate fizic la o sursă externă de fluid sub presiune.

Paisprezece milioane de cicluri mai târziu, noile pompe nu au prezentat semne de scurgere, iar performanța lor a depășit-o pe cea a pompelor miniaturale de lichid tipărite 3D de nivel superior și s-au asortat bine cu pompele de vid miniaturale, au concluzionat cercetătorii.

„Nu pentru copiere și lipire”

Deși pompa nu a fost proiectată având în vedere nicio aplicație specifică, Velásquez-García spune că dispozitivul demonstrează posibilitățile disponibile prin imprimarea 3D monolitică, cu mai multe materiale.

De exemplu, cercetătorii au reușit să mărească capacitatea de șoc a noii pompe dincolo de cea a unei pompe de siliciu produse în mod clasic, schimbând metodele de presiune pentru a face o membrană mai deformabilă, ținând în același timp un corp de piston mai rigid – toate folosind același material din nailon 12.

„Nu este vorba despre copierea și lipirea a ceea ce oamenii au făcut înainte, dar este într-adevăr să profite de tipărire”, spune Velásquez-García. “Cred că există o oportunitate reală de a face diferența dacă analizăm problemele pe care nu le-am putut rezolva înainte și acum putem, datorită acestei umbrele de fabricare aditivă.”

„Noua pompă magnetică” este o aplicație foarte inteligentă a principiului că „complexitatea este gratuită” în producția digitală și în aditivi, spune Albert Folch, profesor de bioinginerie la Universitatea din Washington care nu a fost implicat în studiul MIT. “Deoarece aceste pompe sunt fabricate din mai multe componente din materiale diferite și forme complexe, producția și asamblarea tradițională tind să fie costisitoare.”

„Posibilitățile de a procesa energia și informațiile sunt mult mai mari dacă puteți crea monolitic dispozitive care sunt fabricate dintr-o varietate de materiale”, este de acord Velásquez-García.

Ca un alt pas, Velásquez-García și colegii săi pot folosi lecțiile învățate de la pompă pentru a construi monolitic un motor electric în miniatură. Dar speră că oamenii din întreaga lume vor fi inspirați de pompe pentru a-și proiecta și fabrica propriile echipamente, mai ales că pot fi create folosind imprimante relativ ieftine și de unică folosință. „Poate că acest lucru ar putea juca un rol în democratizarea tehnologiei”, spune el.

Referință: „Pompe compacte, activate magnetic, fabricate adițional pentru lichide și gaze” de Anthony P Taylor, Javier Izquierdo Reyes și Luis Fernando Velásquez-García, 15 iunie 2020, Journal of Physics D: Physics Applied.
DOI: 10.1088 / 1361-6463 / ab8de8

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ingineria interfeței limită între materialele 2D și 3D

din David L. Chandler, Institutul de Tehnologie din Massachusetts 2 martie 2021 Aceste imagini ale „insulelor” atomilor de aur depuse într-un strat bidimensional de sulfură de...

Cipul microfluidic simplifică testarea COVID-19, oferă rezultate pe un telefon în 55 de minute sau mai puțin

Nanobeads programate sunt asociate cu un telefon mobil exterior și instrumentul de diagnosticare plug-in poate diagnostica COVID-19 în 55 de minute sau mai puțin,...

O mușcătură puternică, mortală, foarte rapidă a unei furnici Trap-maxilar

Micile schimbări de formă pot duce la inovații în funcție, arată un nou studiu. Cercetătorii au dezvăluit modul în care o capcană de furnici -...

Recenziile școlare parentale sunt legate de indicatorii demografici și rezultatele testelor, nu de performanța școlară

Comentariile părinților au reflectat diferențele dintre rasă și venituri în școlile publice de K-12. Prima analiză a comentariilor părinților despre școlile publice din K-12 din...

Un aisberg masiv – de 10 ori mai mare decât San Francisco – rupe raftul principal de gheață din Antarctica

Noile imagini radar captate de misiunea Copernicus Sentinel-1 arată o aisberg de 1.270 km² care se relaxează și se îndepărtează rapid de raftul de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.