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研究人员使用微流体分析解决3D打印问题

发布人:3D打印商情

责任编辑:激光制造商情

来源:3D打印商情

2019-09-23 10:19

  据《3D打印商情》了解,在Rui Mendes,Paola Fanzio,LauraCampo-Deaño和Francisco J.Galindo-Rosales最近发表的论文《微流体作为分析3D打印问题的平台》中,作者探索了FFF 3D打印及其固有的挑战,将研究重点放在挤压流动问题和微流体技术上,作为研究和解决这些问题的一种方式,研究也涉及其他问题,例如不对齐、零件完全失效、回流和整体喷嘴堵塞等。

  定义了打印条件,涉及Deborah数(De)、雷诺数(Re)和弹性数(El),并将每个喷嘴结构的横截面复制到平面微流体芯片中。研究人员使用聚二甲基硅氧烷和一系列流体来表示这些重复的横截面,这些流体旨在表示与聚碳酸酯相似的弹性值。

  喷嘴的设计涉及四种不同的比例,每个微通道都具有出口。

  研究人员说:“在入口和出口之间,存在一个收缩,该收缩复制了3D打印喷嘴的横截面,并突然膨胀,以模拟离开喷嘴并与大气相互作用时聚合材料的膨胀。”

PC54的并叉频率和弛豫时间。

  创建、交联聚二甲基硅氧烷(PDMS)通道,然后使用内径为0.51 mm、外径为0.82 mm的精密尖端,用安装在注射器上的不锈钢尖端构造入口和出口。将PDMS粘结到显微镜玻璃上,通过SEM图像检查尺寸。

  论文作者说:“流体流的特征是条纹线照相法,其中包括记录在一段时间内的颗粒位移,从而可以对流态进行定性分析。” 

  “为了保证良好的可视化效果,将少量浓度的颗粒(40和90 ppm)添加到模拟流体中。与其使用十二烷基硫酸钠(SDS)来最大程度地减少荧光示踪剂颗粒(疏水性颗粒)对通道壁的附着力,不如对每个微通道进行用氧等离子体对PDMS进行表面处理,使其具有亲水性。”

  只是创建微通道的过程是一项任务,作者指出,他们必须花费“相当长的时间”来制造没有错误的掩膜。但是,对于不同的比例,它们提供了模拟打印条件所需的灵活性。区分了三种不同的条件:

  ·在Reand De下部,他们可以观察到层流剖面,流体附着在微通道壁上。

  ·第二个区域显示了流量是如何从收缩上游的壁上分离的。

  ·当进一步增加Reand De时,较大的涡流导致了优先的中心流动路径。

  研究人员总结说:“考虑到上游涡流的尺寸,可以得出结论,它们可能是3D打印机中回流问题的原因。”

  “在未来的工作中,应该研究更广泛的模拟流体,不仅可以进一步完善流型图,还可以复制打印机的精确条件,并发现可增强层流的临界Re和De值。另一种方法可能是创建不同的几何结构,并分析其中的任何一个是否延迟甚至阻止了涡流的产生。最后,利用所有这些信息,就可以在流型和传热方面尝试在数值上复制3D打印内部的挤压过程。”

  总体而言,从芯片技术到各种不同的支架和便携式平台,3D打印对微流体产生了重大影响。

牛顿流体在不同Re值下的流动模式。流向是从左到右。

在E1~375和不同流动条件下PAA溶液的流动模式:(a)点1; (b)第2点; (c)第3点; (d)第4点(表13)。流向是从左到右。