EO

Nieuwe rotatietechniek breekt visco-elastische vloeistofbruggen

28 juni 2021 om 14:15 uur

Wanneer het mondstuk (of de plaat) wordt opgetild, strekt de vloeistofbrug zich uit en breekt. Dit kan capillaire staarten en satellietdruppels vormen

Wetenschappers van de TU/e en de Universiteit van Okinawa hebben een nieuwe methode gevonden om het doseren van visco-elastische vloeistoffen zoals ketchup, stopverf en tandpasta te verbeteren.


Hun bevindingen - gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) - kunnen bijdragen aan een snellere en nauwkeurigere dosering van visco-elastische vloeistoffen bij de productie van printplaten, de verwerking van voedsel, het manipuleren van levend weefsel en 3D-printen.

 

Ketchup, stopverf en tandpasta

"Visco-elastische vloeistoffen, zoals ketchup, stopverf en tandpasta, hebben heel vreemde eigenschappen - als je er langzaam in knijpt, vloeien ze als een vloeistof, maar bij hogere snelheden gedragen ze zich als een elastische vaste stof," zegt mede-auteur San To Chan. "Deze unieke eigenschappen maken het doseren van deze vloeistoffen vrij moeilijk."

 

Momenteel bestaat de standaard-doseermethode uit het optillen van de spuitmond van het oppervlak waarop de vloeistof is gedeponeerd. Hoewel dit de ‘brug' effectief breekt, trekt het de gedeponeerde vloeistof omhoog in een lange, dunne piek, die bekend staat als capillaire staart. Als de vloeistofbrug op meerdere plaatsen breekt, vormen zich ook kleine vloeistofdruppeltjes, satellietdruppeltjes genaamd. Capillaire staarten en satellietdruppels kunnen producten verontreinigen of leiden tot kortsluiting in elektronische chips.

 

"Hoe hoger de spuitmond wordt ingetrokken, hoe langer de capillaire staart, dus hoe groter de kans op besmetting," zegt Chan. "Omdat het mondstuk niet te hoog kan worden opgetild, is de vloeistofbrug dikker en duurt het langer voordat hij breekt, wat het hele proces vertraagt."

 

Van rekken naar draaien

De onderzoekers bedachten een eenvoudige oplossing voor het probleem: in plaats van de vloeibare brug uit te rekken, kon hij worden gedestabiliseerd door hem te draaien.

 

In de studie testte het onderzoeksteam dit idee op siliconenolie, die 60.000 keer stoperiger is dan water. De wetenschappers plaatsten een druppel silicone-olie tussen twee platen. Met behulp van hogesnelheidsfotografie ontdekten zij dat wanneer de vloeistofbrug werd verdraaid door de bovenste plaat te draaien, dit een scheur veroorzaakte halverwege de uiteinden van de vloeistofbrug. De scheur breidde zich vervolgens van de rand naar het midden uit, waarbij de brug netjes in tweeën werd gesneden zonder capillaire staarten of satellietdruppels te vormen.

 

Belangrijk is dat dit proces ongeveer een seconde duurde, vergeleken met de tien seconden die gewoonlijk nodig zijn om dezelfde vloeistof aan te brengen met de conventionele terugtrekmethode. Gedetailleerde numerieke simulaties door co-auteur Frank van Berlo waren van belang om het onderliggende mechanisme bloot te leggen dat ervoor zorgt dat de vloeistofbrug breekt wanneer deze onder torsie wordt geplaatst.

 

"Met de simulaties konden we systematisch het effect van rotatie op de stroming en spanningen in de vloeistofbrug onderzoeken", aldus Van Berlo. Zijn begeleider Patrick Anderson: "Frank heeft concrete informatie verschaft over hoe de vloeistofbrug reageerde, en bevestigde daarmee wat wij al vermoedden: de scheur wordt veroorzaakt door de randfractuur. Tot dusver zijn randbreuken altijd gekarakteriseerd als een ongewenst fenomeen dat wetenschappers proberen tegen te houden. Dit is de eerste keer dat randfractuur een gunstige toepassing blijkt te hebben."

 

Toekomstig onderzoek

In de volgende fase van hun onderzoek willen de wetenschappers experimenteren met verschillende visco-elastische vloeistoffen om te zien dat daar hetzelfde effect optreedt. Ze zijn ook van plan om de snelheid van het doseerproces verder op te voeren, mogelijk door zowel het roteren als het intrekken van de bovenste plaat te combineren.

 

Anderson: "Voor toekomstig 3D-printen zou een snellere en preciezere vloeistofdosering het energieverbruik kunnen verlagen, en minder vervuilde producten zou kunnen betekenen dat er minder grondstof wordt gebruikt."

 

 

Gerelateerd nieuws

Elektronica-industrie maakt massaal gebruik van kinderarbeid

Elektronica-industrie maakt massaal gebruik van kinderarbeid

Veel mensen, ook professionals, zijn zich er niet van bewust, maar in de elektronica-industrie wordt massaal gebruik gemaakt van een grondstof die onder zeer ongezonde en gevaarlijke omstandigheden wordt gedolven door…

Samenwerking moet Zuid-Holland wereldwijde leverancier maken van kwantumapparatuur

Samenwerking moet Zuid-Holland wereldwijde leverancier maken van kwantumapparatuur

In Zuid-Holland werken 6 private partijen samen om een kwantumcomputer met high-quality apparatuur werkend te krijgen: het zogenaamde ImpaQT-project. Als dat slaagt, geeft dat deze regio wereldwijd een unieke positie als…

ABN Amro: Industrie slaat weg in naar breed gedragen herstel

ABN Amro: Industrie slaat weg in naar breed gedragen herstel

De industrie is de weg naar een breed gedragen herstel ingeslagen, stelt ABN Amro op basis van zijn Sectorprognoses Industrie 2021/2022. Terwijl in 2020 sprake was van een krimp (-5 procent), kwam het herstel in het…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Volledig metalen transponderschakelaar CTA

Met een volledig metalen behuizing is deze CTA een nóg sterkere variant dan de kunststof versie.

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 september 2021, Brainport Industries Campus, Eindhoven

[RE]CONNECT EVENT

Een conferentie over test- en meettechnologieën voor ingenieurs, wetenschappers en managers.

23 september 2021

Online dag over simulaties voor milieutechniek

Comsol houdt een online event over de toepassing van simulaties binnen de milieutechniek.

28 september 2021

Electronics & Applications

E&A gaat over de totale elektronicaketen van print tot product.

Meer agendapunten »