Miniatuur magnetische pomp toont de ware kracht van 3D-printen

Het onderzoek is verschenen in  Journal of Physics D: Applied Physics.

Met een volume van 1 kubieke centimeter werd de monolithische pomp in 75 minuten in één printgang vervaardigd uit meerdere materialen die samen 3,89 Dollar kosten. De pomp kan zowel vloeistoffen als gassen verplaatsen met minder stroom en minder verstoppingen dan standaard pompen van dit formaat.

Luis Fernando Velásquez-García, hoofdonderzoeker bij MIT’s Microsystems Technology Laboratories (MTL), leidde het team dat de pomp bouwde. Hij zegt dat de efficiënte en draagbare pomp kan worden gebruikt in toepassingen "van brandstofcellen tot energieopwekking tot warmtewisselaars" die computerchips koelen. "Additive manufacturing biedt een manier om miniatuurapparaten te maken uit meerdere materialen en die op bestelling zijn ontworpen voor meer gepersonaliseerde toepassingen", stelt hij.

Hij hoopt dat de proof-of-principle-pomp anderen zal inspireren om beter te kijken naar het potentieel van laag-voor-laag, computerondersteunde additive manufacturing, in vergelijking met de massaproductiestijl in de ‘cleanroom’ van de halfgeleiderindustrie. Terwijl onderzoekers hebben geprobeerd de successen van die industrie na te bootsen om nieuwe miniatuurapparaten te ontwikkelen, "kom je tot de conclusie dat in sommige gevallen de fabricagemethoden niet hetzelfde kunnen zijn, de materialen niet hetzelfde kunnen zijn, en de specifieke uitvoeringen van de oplossingen heel verschillend zijn".

"Niet copy-pasten"

Hoewel de pomp niet is ontworpen met het oog op specifieke toepassingen, zegt Velásquez-García dat het apparaat de mogelijkheden laat zien die beschikbaar zijn via monolithisch, multi-materiaal 3D-printen.

De onderzoekers waren bijvoorbeeld in staat om de slagcapaciteit van de nieuwe pomp te vergroten tot boven die van een pomp die klassiek gemaakt is van silicium door de printmethoden te veranderen om een ​​meer vervormbaar membraan te maken met behoud van een stijver zuigerlichaam – allemaal met hetzelfde Nylon 12-materiaal.

"Het gaat niet om copy-pasten wat mensen eerder hebben gedaan, het gaat erom de voordelen van printen echt te benutten", zegt Velásquez-García. "Ik denk dat er een reële kans is om een ​​verschil te maken als we problemen opnieuw bekijken die we eerder niet helemaal konden oplossen en nu kunnen we dat vanwege deze paraplu van additive manufacturing."

De pomp "is een zeer slimme implementatie van het principe dat‘complexiteit gratis is’in digitale en additieve productie," zegt Albert Folch, een professor in bio-engineering aan de Universiteit van Washington die niet betrokken was bij het MIT-onderzoek. "Omdat deze pompen zijn gemaakt van verschillende componenten van verschillende materialen en complexe vormen, is traditionele fabricage en montage vaak duur."

"De mogelijkheden om energie en informatie te verwerken zijn veel groter als je monolithisch apparaten kunt maken die zijn gemaakt van meerdere materialen", beaamt Velásquez-García.

Elektromotor

Als volgende stap kunnen Velásquez-García en zijn collega’s de lessen van de pomp gebruiken om monolithisch een miniatuur elektromotor te bouwen. Maar hij hoopt dat mensen over de hele wereld door de pomp zullen worden geïnspireerd om hun eigen apparaten te ontwerpen en te vervaardigen, vooral omdat ze kunnen worden gemaakt met relatief goedkope en algemeen verkrijgbare printers. "Misschien kan dit een rol spelen bij het democratiseren van technologie", zegt hij.