Миниатюрныйо магнитный насос 3D-печать

Наконец, произошла первая демонстрация магнитного насоса из нескольких материалов, напечатанного на 3D-принтере как одно целое. Новый миниатюрный насос - компактный, бесклапанный и управляемый магнитом - демонстрирует широкие возможности устройств, производимых с помощью 3D-печати.

Насос, имеющий диаметр всего 1 сантиметр, был изготовлен за 75 минут за один процесс с использованием нескольких материалов, которые стоили менее 3,89 долларов. Он может перекачивать как жидкости, так и газы, используя меньшую мощность и меньше забиваясь, чем стандартные насосы такого размера. Одна из главных особенностей насоса, это то, что он напечатан как единое целое.

Комментарии автора о его исследовании

Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, главный научный сотрудник лаборатории Microsystems Technology Laboratories (MTL) Массачусетского технологического института, возглавил команду, создавшую насос. Он говорит, что эффективный и портативный насос может быть использован во многих приложениях «от топливных элементов до выработки электроэнергии и теплообменников», которые охлаждают компьютерные чипы.

Он предполагает, что аддитивное производство предлагает способ создания миниатюрных устройств, содержащих множество материалов с новыми возможностями и разработанных по запросу для более персонализированных приложений. Веласкес-Гарсиа надеется, что испытательный насос обратит внимание других производителей на потенциал послойного компьютерного аддитивного производства по сравнению со стилем массового производства «чистых помещений», установленным полупроводниковой промышленностью.

В то время как исследователи пытались подражать успехам этой отрасли в разработке новых миниатюрных устройств, «вы приходите к выводу, что в некоторых случаях методы производства не могут быть одинаковыми, материалы не могут быть одинаковыми и конкретные варианты реализации решений также разнятся», - говорит он.

Веласкес-Гарсия вместе с постдоком MTL Хавьером Искьердо Рейесом, спонсируемым программой Monterrey Tec-MIT Nanotechnology, и Энтони Тейлором из Edwards Vacuum описывают новый насос в выпуске Journal of Physics D: Applied Physics.

Портативный и мощный насос

Насосы, диаметр каждого из которых немного меньше десятицентовика, имеют форму маленьких цилиндров, увенчанных мембраной. Сверху мембраны находится жидкостная камера с двумя бесклапанными портами вверху для присоединения трубок.

Исследователи напечатали насос двумя способами, используя нейлон 12 в качестве конструкционного материала в обоих. В первом насосе магнит запрессован в конструкцию охватывающего поршня. Во втором монолитном насосе исследователи использовали нейлон 12, залитый микрочастицами неодимового магнита (NdFeB), чтобы создать магнитный сердечник насоса. «Нейлон 12 - отличный структурный материал, который может легко поглощать большие количества магнитных частиц, и достаточно прочен, чтобы удерживать микрочастицы NdFeB во время начального намагничивания, что позволяет создавать сильные долговечные магниты», - говорит Веласкес-Гарсия.

«В более мягком материале частицы будут колебаться, что не приведет к намагничиванию магнитного композита». Насос приводится в действие внешним вращающимся магнитом, который взаимодействует с внутренним магнитом, перемещая поршень и деформируя мембрану, двигая жидкость или газ из одного порта в другой.

Поршень ограничен только мембраной, поэтому он может двигаться несколькими способами одновременно при активации внешним магнитом. Поскольку оно имеет магнитный привод, новое устройство более портативно, чем, например, пневматические насосы, которые необходимо физически соединить с внешним источником текучей среды под давлением. Исследователи пришли к выводу, что спустя четырнадцать миллионов циклов новые насосы не показали никаких признаков утечки, а их производительность превзошла производительность современных миниатюрных жидкостных насосов, напечатанных на 3D-принтере, и по сравнению с миниатюрными коммерческими вакуумными насосами.

Многогранность возможностей которые открываются новым методом производства

Хотя насос не был разработан для каких-либо конкретных применений, Веласкес-Гарсиа говорит, что устройство демонстрирует возможности, доступные благодаря монолитной трехмерной печати из нескольких материалов. Например, исследователи смогли увеличить проходную способность нового насоса по сравнению с насосом, классически изготовленным из силикона, путем изменения методов печати, чтобы сделать мембрану более деформируемой, сохранив при этом жесткий корпус поршня - все из того же материала. «Речь идет не о копировании и вставке того, что люди делали раньше, это действительно использование преимуществ печати», - говорит Веласкес-Гарсия.

«Я думаю, что есть реальная возможность изменить ситуацию, если мы вернемся к проблемам, которые мы не могли решить раньше, а теперь можем из-за появления аддитивного производства». Новый магнитный насос «представляет собой очень умную реализацию принципа, согласно которому «сложность относительна» в цифровом и аддитивном производстве», - говорит Альберт Фолч, профессор биоинженерии Вашингтонского университета, не участвовавший в исследовании Массачусетского технологического института.

«Поскольку эти насосы состоят из нескольких компонентов из разных материалов и имеют сложную форму, традиционное производство и сборка, как правило, обходятся дорого». «И ведь возможности данного метода ничем не ограничены», - соглашается Веласкес-Гарсия.

В качестве следующего шага Веласкес-Гарсиа и его коллеги могут использовать уроки, извлеченные из работы с насосом, для создания монолитного миниатюрного электродвигателя. Но он надеется, что люди во всем мире будут вдохновлены насосом, и начнут разработку и производство своих собственных устройств, тем более что они могут быть созданы с использованием относительно недорогих и широко доступных принтеров. «Может быть, это может сыграть роль в демократизации технологий », - говорит он.