작은 3D

미국 연구진이 작은 3D 프린팅 진공 펌프를 개발했습니다. MIT의 Luis Fernando Velásquez-García와 동료들은 그들의 장치가 현재 최첨단 소형 펌프보다 성능이 뛰어나다고 말합니다. 이는 원격 지역사회의 사람들에게 건강 및 환경 테스트를 위한 질량 분석기와 같은 고급 장비에 대한 액세스를 제공하는 데 사용될 수 있습니다.

연동 펌프는 장내 근육의 작용을 모방한 소형화된 용적형 펌프의 일종입니다. 펌프 내부에서 유체는 견고한 원형 케이스의 내부 가장자리에 장착된 유연한 튜브를 통해 이동합니다.

원의 축에 있는 로터에는 원의 내부 원주를 따라 지나가는 롤러가 장착되어 있습니다. 즉, 케이싱에 대해 튜브를 압착하여 펌프 출구 방향으로 롤러 앞의 유체 포켓을 운반합니다. 동시에 롤러가 통과한 후 튜브는 원래 모양을 회복합니다. 이는 더 많은 유체를 펌프로 끌어들이는 흡입 효과를 생성합니다.

이 기술은 유체와 펌핑 메커니즘 사이의 직접적인 접촉을 피하기 때문에 화학적으로 반응성이 있거나 혈액과 같이 깨끗한 상태를 유지해야 하는 액체를 운반하는 데 널리 사용됩니다.

그러나 지금까지 연동 펌프는 가스 수송을 통해 진공을 생성하고 유지하는 데 널리 사용되지 않았습니다. 이렇게 하려면 로터가 더 빠른 속도로 회전하고 유연한 튜브를 더 세게 쥐어야 하므로 펌프가 빠르게 손상될 수 있습니다. 또한 단면이 원형인 튜브는 완전히 밀봉할 수 없으므로 일부 가스가 항상 잘못된 방향으로 누출될 수 있습니다.

새로운 연구에서 Velásquez-García 팀은 3D 프린팅을 통해 가능해진 보다 스마트하고 유연한 튜브 설계를 통해 이러한 문제를 어떻게 해결할 수 있는지 탐구했습니다. Velásquez-García는 "3D 프린팅 사용의 주요 이점 중 하나는 공격적으로 프로토타입을 제작할 수 있다는 것입니다."라고 설명합니다.

“이러한 소형 펌프가 많이 만들어지는 클린룸에서 이 작업을 하면 시간이 많이 걸립니다. 변경하려면 전체 프로세스를 다시 시작해야 합니다. 이 경우 우리는 몇 시간 만에 펌프를 프린팅할 수 있으며 매번 새로운 디자인을 만들 수 있습니다.”

이 접근 방식을 통해 Velásquez-García와 팀은 펌프의 모든 내부 작동을 동시에 프린트할 수 있었습니다. 유연한 튜브의 경우 주류의 유연한 재료보다 인쇄하기가 쉽지만 필요한 특성을 갖춘 비교적 새로운 재료를 사용했습니다.

또한 그들은 롤러에 의한 압축 방향에 수직인 단면의 반대쪽에 한 쌍의 노치를 도입하여 튜브의 디자인을 조정했습니다. 이러한 작은 변화는 튜브가 완전히 밀봉되는 데 절반 미만의 힘이 필요하다는 것을 의미합니다(그림 참조).

이러한 적응을 통해 팀의 펌프는 다른 최첨단 소형 펌프보다 훨씬 낮은 진공 압력을 유지할 수 있습니다. 이는 더 낮은 로터 속도와 유연한 튜브에 전달되는 더 작은 힘을 사용하여 달성됩니다. 그들의 설계는 100,000회 이상의 회전 수명 동안 이러한 성능을 유지했습니다.

Velásquez-García와 동료들은 그들의 결과가 3D 프린팅이 얼마나 발전했는지 명확하게 보여준다고 믿습니다. “어떤 사람들은 3D 프린팅을 할 때 일종의 절충안이 있어야 한다고 생각합니다. 그러나 여기서 우리 그룹은 그렇지 않다는 것을 보여주었습니다.”라고 Velásquez-García는 주장합니다. “정말 새로운 패러다임이에요. 적층 가공이 세상의 모든 문제를 해결할 수는 없지만 실질적인 기반을 갖춘 솔루션입니다.”

식품 염료는 3D 프린팅 혈관 네트워크를 돕습니다.

팀은 고순도 야금, 코팅 공정, 반도체 제조, 특히 질량 분석법을 포함하여 장치의 다양한 용도를 구상하고 있습니다.

"질량 분석기를 사용하면 방에 있는 500파운드 고릴라가 항상 진공 펌프의 문제였습니다."라고 Velásquez-García는 설명합니다. “우리가 여기서 보여준 것은 획기적이지만 이는 3D 프린팅이기 때문에 가능합니다. 우리가 이것을 표준 방식으로 하고 싶었다면 우리는 근처에도 가지 못했을 것입니다.”