3D-печать спешит на помощь: сокращение вакуумных насосов для больших открытий

Адам Зеве, Массачусетский технологический институт, 3 июня 2023 г.

Исследователи Массачусетского технологического института разработали способ печати на 3D-принтере миниатюрного перистальтического вакуумного насоса, который может стать ключевым компонентом портативного масс-спектрометра. Фото: предоставлено исследователями

Устройство станет ключевым компонентом портативного масс-спектрометра, который поможет отслеживать загрязняющие вещества, проводить медицинскую диагностику в отдаленных районах или тестировать марсианский грунт.

MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">MIT researchers have used additive manufacturing to create a small, inexpensive vacuum pump that could lead to the development of portable mass spectrometers. The 3D printed mini peristaltic pump, designed with a hyperelastic material tube featuring notches, overcomes traditional design issues, reduces heat, and increases the device’s lifespan. This could enable monitoring of pollutants or medical diagnoses in remote areas, and soil testing on MarsMars is the second smallest planet in our solar system and the fourth planet from the sun. It is a dusty, cold, desert world with a very thin atmosphere. Iron oxide is prevalent in Mars' surface resulting in its reddish color and its nickname "The Red Planet." Mars' name comes from the Roman god of war." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Марс.

Масс-спектрометры — это чрезвычайно точные химические анализаторы, которые имеют множество применений: от оценки безопасности питьевой воды до обнаружения токсинов в крови пациента. Но создание недорогого портативного масс-спектрометра, который можно было бы использовать в отдаленных местах, остается сложной задачей, отчасти из-за сложности миниатюризации вакуумного насоса, необходимого для его работы, при низкой стоимости.

Исследователи Массачусетского технологического института использовали аддитивное производство, чтобы сделать важный шаг к решению этой проблемы. Они напечатали в 3D миниатюрную версию вакуумного насоса, известного как перистальтический насос, размером примерно с человеческий кулак.

Их насос может создавать и поддерживать вакуум, давление которого на порядок ниже, чем у так называемого сухого грубого насоса, которому не требуется жидкость для создания вакуума и который может работать при атмосферном давлении. Уникальный дизайн исследователей, который можно напечатать за один проход на 3D-принтере из нескольких материалов, предотвращает утечку жидкости или газа, одновременно сводя к минимуму тепло от трения во время процесса откачки. Это увеличивает срок службы устройства.

Это устройство размером всего с человеческий кулак показало лучшие результаты, чем другие типы насосов, при создании и поддержании сухого вакуума, что является ключом к тому, чтобы масс-спектрометр мог эффективно определять молекулы в образце. Фото: предоставлено исследователями

Этот насос можно было бы включить в портативный масс-спектрометр, используемый, например, для мониторинга загрязнения почвы в изолированных частях мира. Устройство также может быть идеальным для использования в геологоразведочном оборудовании, предназначенном для Марса, поскольку запустить легкий насос в космос будет дешевле.

«Мы говорим об очень недорогом оборудовании, которое при этом очень функционально», — говорит Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, главный научный сотрудник Лаборатории микросистемных технологий Массачусетского технологического института (MTL) и старший автор статьи, описывающей новый насос. «Что касается масс-спектрометров, то 500-фунтовая горилла в комнате всегда была проблемой насосов. То, что мы показали здесь, является новаторским, но это возможно только потому, что оно напечатано на 3D-принтере. Если бы мы хотели сделать это стандартным способом, мы бы не приблизились к этому.