Các cấu trúc và thiết bị vi lỏng đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, được sử dụng để vận chuyển chất lỏng qua các kênh bên trong, sử dụng nhiều giải pháp chế tạo vi mô, chẳng hạn như kỹ thuật vi gia công bề mặt và theo lô. 

Xem xét một thách thức trong thiết kế thiết bị liên quan đến việc phá vỡ các kênh và hồ chứa vi chất lỏng mà về cơ bản chỉ giới hạn ở dạng hình học hai chiều (2D). Tuy nhiên, những phát triển mới nhất trong công nghệ in 3D mới nổi cho thấy tiềm năng lớn để khắc phục vấn đề này một cách đơn giản. Bài báo này báo cáo toàn diện về công nghệ sản xuất phụ gia lớp polylactic acid (PLA), có thể làm tăng đáng kể mức độ phức tạp của việc hình thành cấu trúc vi lỏng ba chiều so với các công nghệ chế tạo vi mô truyền thống.

 Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng sản xuất một thiết bị cơ điện tử cầm tay có chiều cao khoảng 10mm, bao gồm một bộ phun phẳng mỏng và một bộ vi điều khiển, dùng để tạo ra các giọt nước có đường kính khoảng 6 ° m. Kết quả phân tích và thực nghiệm đều cho thấy rằng khi in ba chiều được thực hiện trong thiết bị, lưới của vi cấu trúc kênh có thể được thay đổi đơn giản thông qua các độ rộng đường khác nhau (300-500 μm) và khoảng cách (250-400 μm), do đó cung cấp Khả năng thiết kế của dòng chảy mao dẫn được cải thiện. Về vấn đề này, các thiết bị vi mô phức tạp khác nhau được sản xuất bằng phương pháp thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) và in 3D có thể được sử dụng nhiều hơn bao giờ hết, chẳng hạn như phân phối vi lỏng của vật liệu y sinh và thiết bị chăm sóc y tế cỡ nhỏ.

Một bài báo liên quan có tựa đề "Thiết kế và lắp ráp bộ nguyên tử cơ điện tử dạng tấm mỏng bằng cách in 3D" đã được xuất bản trên "Actuators" vào ngày 05 tháng 2020 năm XNUMX theo giờ Bắc Kinh.

Các cấu trúc vi lỏng, chẳng hạn như kênh dòng chảy, lỗ xốp và lỗ xốp quy mô micromet, đã được sử dụng rộng rãi để vận chuyển chất lỏng trong các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) trong nhiều thập kỷ. Hầu hết các cấu trúc vi mô này được thiết kế và sản xuất bằng công nghệ vi gia công hiện có, bao gồm quá trình ăn mòn silicon, vi gia công bề mặt, UV-LIGA (in thạch bản, mạ điện, đúc), v.v. Các cấu trúc phản lực phẳng do các nhà nghiên cứu tạo ra và các ma trận silicon, thủy tinh và polyme ngoại quan có thể được tích hợp với các chức năng điện tử và hóa học trong nhiều ứng dụng như phân phối thuốc, chẩn đoán y sinh và lưu trữ năng lượng. So với công nghệ vi cơ truyền thống, một công nghệ thay thế được gọi là sản xuất phụ gia hoặc in ba chiều (3D) có thể đơn giản tạo ra các mẫu của các thành phần phức tạp khác nhau trong cấu trúc hình học ba chiều không phẳng, do đó cung cấp một phương pháp đầy hứa hẹn để hình thành các vi cấu trúc đa chức năng mà không cần khắc trên chất nền. Sử dụng các chất lỏng hoặc chất rắn khác nhau làm vật liệu cấu trúc, cấu trúc vi mô ba chiều của thiết bị có thể được hình dung thông qua thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD), sau đó được hiện thực hóa thông qua sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM) bằng cách sử dụng đầu in / phản lực hoặc chùm tia laze. Ngoài ra, như VA Lifton et al. nêu rõ, các phương pháp in 3D (3DP) (chủ yếu bao gồm phép khắc nổi (SLA), lập mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM) và thiêu kết laser chọn lọc (SLS)) dường như tương thích với các thiết bị vi lỏng có yêu cầu độ phân giải thô. Ngoài ra, những phát triển mới nhất về phương pháp thể tích gián tiếp dựa trên in 3D dựa trên đùn và in thạch bản mềm cũng đã đạt được những tiến bộ vượt bậc, đặc biệt là trong việc ứng dụng công nghệ sinh hóa và vi lỏng. Từ việc ứng dụng công nghệ in hai chiều (2D) cho các hệ thống vi lỏng, các thành phần vi lỏng không phẳng được thiết kế và sản xuất bằng phương pháp in 3D, mang lại nhiều cơ hội mới cho việc thiết kế và sản xuất các thiết bị cơ điện tử và MEMS tiên tiến.

Một thiết kế cấu trúc vi lỏng

Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một kiểu thiết kế vi lỏng mới của máy phun nguyên tử phẳng mỏng để nhận ra sự vận chuyển chất lỏng thông qua các cấu trúc vi dạng lưới, tích hợp các bộ phận khác nhau như kênh chất lỏng, bể chứa và đầu vào / đầu ra, chẳng hạn như Hình 1. Tức là, cấu trúc là chủ yếu bao gồm khu vực bên trong và bên ngoài. Khu vực bên trong bao gồm một đầu vào chất lỏng và một kênh gradient chứa đầy chất lỏng, là phần cốt lõi của cấu trúc, cho phép đầu vào và vận chuyển chất lỏng (từ một đầu vào đến một đầu ra). Chất lỏng đi qua kênh phân kỳ trên độ dốc của kênh gradient. Một phần của chất lỏng phân nhánh có thể được hướng lên trên đến bình chứa khoảng trống ở góc trên bên trái, trong khi phần kia di chuyển đến đầu ra theo hướng chính xác. Do đó, chất lỏng chuyển tiếp được vận chuyển đến đầu ra phản lực thông qua kênh bên trong. Trong kênh bên trong, dòng chảy mao dẫn được điều khiển bởi sức căng bề mặt của chất lỏng tạo thành một mạng lưới giao nhau có cấu trúc. Ngoài ra, đầu ra tia có thể được trang bị một đầu phun phẳng mỏng trên đầu của nó, để chất lỏng có thể được đẩy ra khỏi kênh thông qua nguồn điện.

Để hiện thực hóa thiết kế của thiết bị vi lỏng nói trên, quy trình sản xuất phụ gia cấu trúc lưới ba chiều dựa trên công nghệ mô hình hóa lắng đọng hợp nhất (FDM) hiện tại được đề xuất. Đầu tiên, phủ một lớp keo mỏng lên nền in 3D để tiếp nhận vật liệu polyme nhiệt dẻo lắng đọng trên bề mặt. Sau đó, vật liệu sợi in 3 d (đường kính 1.75--3.0 mm) được nạp vào đầu in, nấu chảy bằng bộ gia nhiệt bên trong (điểm nóng chảy 190-230 ° C), vòi vắt (đường kính đầu ra d 200-400 μm), và sau đó lắng đọng trên chất kết dính (độ dày 50 lớp t-200μm). Sau bước đầu tiên của quá trình đùn vật liệu (ME) được gọi là FDM [13], sự lắng đọng hợp nhất sau đó tiếp tục tạo ra phần còn lại của cấu trúc, nơi thể hiện các chất rắn và khoảng trống. Sau khi kết hợp lắng đọng từng lớp, in 3D cấu trúc lưới nhiều lớp, có một phần trống để lấp đầy chất lỏng (ở lối vào) và một phần rắn để lấp đầy chướng ngại vật (tại kênh và bể chứa).

Do đó, sau khi chất kết dính lớp dưới cùng được giải phóng, một cấu trúc lưới cuối cùng được hình thành. Ở đây, để xử lý từng lớp dựa trên 3dpcad / CAM, số n lớp có cùng độ dày (t), cùng độ rộng dòng (w) và diện tích lớp thay đổi (Ai) trong lớp thứ i có thể là xác định khi cần thiết.

Sự lắng đọng hợp nhất của vật liệu sợi

Trong công trình của mình, các nhà nghiên cứu đã sử dụng axit polylactic polyeste nhiệt dẻo (PLA), (C3H4O2) n (nhiệt độ nóng chảy 130-175 ° C) và một máy in 3D. Nó được sử dụng để thực hiện quá trình sản xuất. Đầu tiên, sợi PLA (1 kg / cuộn) có đường kính 1.75 mm được nạp từ ống đệm bên ngoài, đưa vào đầu in của máy in 3D, sau đó được làm nóng trước ở nhiệt độ 200 ℃, và đi qua vòi phun của đầu in (đường kính 400 khẩu độ) Làm tan chảy trước mịn. Thứ hai, sau khi hoàn thành các bước chuẩn bị cho thiết lập in 3D, các sợi được ép và lắng đọng trên nền tảng. Dưới nhiệt độ và áp suất xung quanh (~ 25 ℃ và 1 atm), một lớp có độ dày không đổi là 100 ×× m được in với tốc độ 30 mm / s (100%). Tuy nhiên, để có được chất lượng sản phẩm tuyệt vời, quá trình lắng đọng cần được thực hiện với tốc độ thấp hơn, tốc độ chính là 9mm / s (30%) đến 24mm / s (80%). Ở tốc độ vượt quá giới hạn trên của phạm vi, chiều rộng và khoảng cách của đường phân lớp thay đổi bất thường; ngược lại, bề mặt không đồng đều của lớp lắng đọng có thể được tạo ra với tốc độ thấp hơn giới hạn dưới của phạm vi. Cả tốc độ và chất lượng in đều phải được xem xét. Trong trường hợp này, do tốc độ in 22.5 mm / s (75%), kênh chất lỏng của cấu trúc lưới và sự lắng đọng hợp nhất được Quân Giải phóng Nhân dân hoàn thành, FDM đặc trưng tạo thành một lưới chéo với chiều rộng đường là ~ 350 μm và khoảng cách ~ 300 μm.

cuối cùng

Trong bài báo này, các nhà nghiên cứu báo cáo một phương pháp FDM dựa trên công nghệ in 3D để tạo cấu trúc lưới ba chiều với các thiết bị vi lỏng, vi kênh (để cung cấp chất lỏng) và vi mạch (để tạo giọt chất lỏng). Kết quả phân tích và thử nghiệm cho thấy chất lỏng có thể được lấp đầy vào kênh in 3D và các giọt liên tục được hình thành sau khi phản lực được điều khiển, cung cấp một phương pháp thay thế cho thiết kế linh hoạt và sản xuất chi phí thấp và hiệu quả. Tất cả các cấu trúc lưới chủ yếu bao gồm các bể chứa chất lỏng và các kênh chất lỏng, và có thể đáp ứng việc cung cấp chất lỏng thông qua sự kết hợp của hiệu ứng áp điện và hiệu ứng mao dẫn. Cuối cùng, các đặc tính rắn và đặc tính chất lỏng của cấu trúc lưới của nó, chẳng hạn như đặc tính bề mặt và dòng chảy mao dẫn, đã được xác minh, cho thấy các ứng dụng tiềm năng của các thiết bị vi lỏng đa chức năng trong tương lai.

Liên kết đến bài viết này ： Việc sử dụng công nghệ in 3D để phát triển bộ phun cơ điện bản mỏng

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Dịch vụ. Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100. Nhà sản xuất gia công quy mô lớn túi y tế, cung cấp dịch vụ thiết kế 3D, mẫu thử nghiệm và giao hàng toàn cầu. Cũng cung cấp các loại vỏ cứng, EVA nửa cứng, bao mềm, túi và nhiều thứ khác cho OEM. Tất cả các trường hợp được thực hiện tùy chỉnh theo thông số kỹ thuật với sự kết hợp vô hạn của nguyên vật liệu, khuôn, túi, vòng, khóa kéo, tay cầm, logo và phụ kiện. Các tùy chọn chống va đập, chống nước và thân thiện với môi trường. Bộ phận y tế, phản hồi khẩn cấp, Phần điện tử, các ngành công nghiệp, giáo dục, quân sự, an ninh, thể thao, ngoài trời và xây dựng. Các dịch vụ bao gồm tư vấn khái niệm trường hợp, thiết kế 3D, tạo mẫu, tạo mẫu,Khoan CNC Dịch vụ và sản xuất. Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ( sales@pintejin.com ).