Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Mikrostrukturen mit Verdampfung eines Opferbauteil

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, dreidimensionale mikrovaskuläre Strukturen herzustellen. Dies wird erreicht, indem zunächst Opferfasern erzeugt werden, indem Zinn-2-Oxalat in Polymilchsäurefasern eingebaut wird. Im zweiten Schritt werden die Fasern mit Hilfe von Strukturierungsplatten dreidimensional strukturiert.

Anschließend werden die Fasern in ein Einbettharz gegossen. Der letzte Schritt besteht darin, die Fasern unter Hitze und Vakuum aus dem Harz zu evakuieren. Letztendlich kann das mikrovaskuläre System für viele Zwecke verwendet werden, einschließlich Wärmeaustausch, Stofftransport und selbstheilende Systeme.

Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da der Grad an manueller Geschicklichkeit und das visuelle Bewusstsein, das für die Arbeit mit den Fasern erforderlich ist, hoch ist. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die chemische Behandlung von Fasern und das Auffädeln von Musterplatten schwer zu erlernen sind, da sie eine Hand-Auge-Koordination und spezielle Ausrüstung erfordern. Starten Sie den Infusionsprozess des Faserkatalysators mit einer kundenspezifischen Spindel und einer Quelle für Polymilchsäurefasern mit bekanntem Durchmesser.

Hier sind es 200 Mikrometer. Wickeln Sie die gewünschte Menge der Fasern um die unteren drei Viertel der Spindel. Reduzieren Sie die Faserüberlappung, um eine maximale Oberflächenbelichtung in einer Flasche zu gewährleisten, die versiegelt werden kann.

Mischen Sie 400 Milliliter deionisiertes Wasser mit 40 Millilitern dysbarischem Wasser. Eine 30. Verschließen Sie die Flasche und schütteln Sie sie, bis eine homogene Lösung entsteht.

Legen Sie anschließend einen 1000-Milliliter-Becher in ein Wasserbad bei 37 Grad Celsius. Gießen Sie 400 Milliliter Trifluorethanol in das Becherglas. Geben Sie die Wasserdisper-Lösung in das Becherglas und rühren Sie, bis sie gleichmäßig ist.

Fügen Sie der Mischung ein Gramm Malachitgrün oder einen anderen Farbstoff hinzu und rühren Sie, bis sie sich aufgelöst hat. Befestigen Sie nun die Spindel an den digitalen Mischer und stellen Sie die Höhe so ein, dass die Spindel einen halben Zoll von unten entfernt ist. Stellen Sie den Mixer auf 400 U/min ein und beginnen Sie langsam mit dem Mixen.

Fügen Sie der Mischung 1,3 Gramm Zinnoxalat-Katalysator hinzu. Stellen Sie den pH-Wert in der Mischung mit Natriumhydroxid ein, bis der pH-Wert etwa 6,8 bis 7,2 beträgt. Befestigen Sie anschließend einen Deckel am Becherglas und erhöhen Sie die Spindeldrehzahl auf 500 U/min.

Halten Sie diese innerhalb der ersten zwei Stunden 24 Stunden lang aufrecht. Brechen Sie jede entstehende Agglomeration von Zinnoxalat manuell auf. Nach 24 Stunden einen Ofen auf 35 Grad Celsius vorheizen lassen.

Nehmen Sie die Spindel aus dem Mischer und stellen Sie sie in den Ofen. Über Nacht trocknen lassen. Nach mindestens acht Stunden Trocknung nehmen Sie die Spindel aus dem Ofen und wickeln die Fasern von der Spindel aus.

Entfernen Sie den überschüssigen Katalysator aus den Fasern. Die Herstellung der mikrovaskulären Gasaustauscheinheit beginnt mit der Herstellung eines Paares lasergeschnittener Messingstrukturierungsplatten mit dem gewünschten mikrovaskulären Muster. Befestigen Sie die Platten an den Cliphaltern.

Schneiden Sie eine 10-Zoll-Länge katalysierter Faser pro Mikrokanal. Verwenden Sie eine auf den Faserdurchmesser zugeschnittene Platte, um den verbleibenden Katalysator von den Fasern zu entfernen. Verwende die Spitze einer Heißklebepistole, um die Kanten der Faser zu verjüngen.

Tun Sie dies, indem Sie die Faserspitzen langsam extrudieren. Sobald Sie fertig sind, fädeln Sie die Fasern durch passende Löcher in den Paaren der Messing-Strukturierungsplatten. Schrauben Sie anschließend die Platten auf einen Formkasten.

Achten Sie darauf, dass sich die Fasern beim Anbringen der Platten nicht verdrehen. Fädeln Sie dann die Faserspitzen durch die Stimmwirbel des Custom Spannbretts und spannen Sie die PLA-Fasern, bis sie gespannt sind. Achte darauf, dass du die Fasern nicht überspannst und reißt.

Entfernen Sie überschüssige Partikel aus dem Fasermuster mit Druckluft. Mischen Sie nun die Polydimethylxinbase mit ihrem Härter im Verhältnis 10 zu eins und geben Sie die Mischung in ein Trockenmittelglas. Entgasen Sie das Gemisch 10 Minuten lang unter Vakuum.

Gießen Sie die PDMS-Mischung in den Formkasten, aber nicht direkt über die Fasern. Verwenden Sie eine 26-Gauge-Nadel, um Blasen im Formkasten oder zwischen den Fasern zu entfernen. Sobald dies erledigt ist, härten Sie die Baugruppe 30 Minuten lang bei 85 Grad Celsius aus.

Wenn der Kasten abgekühlt ist, lösen Sie die Messingplatten vom Formkasten und achten Sie darauf, die Platten nicht zu verbiegen oder zu stark zu ziehen. Nehmen Sie die ausgehärtete erste Stufe aus dem Formkasten. Verwenden Sie eine Injektionsnadel mit einer Stärke, die mindestens doppelt so groß ist wie der Außendurchmesser der Fasern, um Löcher in eine RTV-Endkappe zu stechen, indem Sie den Faserfaden mit der Nadel durch das Loch stechen.

Entfernen Sie dann die Nadel. Das Lochmuster sollte ähnlich wie bei der Strukturierungsplatte aus Messing sein, aber weiter gespreizt. Befestigen Sie als Nächstes die Endkappen an einem größeren Formkasten.

Gießen Sie eine zweite Stufe PDMS ein und entfernen Sie alle verbleibenden Gasblasen. Wieder 30 Minuten bei 85 Grad Celsius aushärten. Schneiden Sie nach dem zweiten Aushärten überschüssige PLA-Fasern aus der Probe ab.

Legen Sie es 24 Stunden lang bei 210 Grad Celsius in einen Vakuumschrank oder bis die meisten PLA-Fasern evakuiert sind. Wenn PLA nicht entfernt werden kann, injizieren Sie einen Milliliter Chloroform, um die in den Mikrokanälen verbleibenden Reste aufzulösen. Damit ist die Herstellung der Einheit abgeschlossen.

Dieses Verfahren stellt ein Verfahren zur Herstellung mikrovaskulärer Strukturen in Harz dar, wie sie in der Gasaustauscheinheit zu sehen sind. Oben abgebildet. Unten links befindet sich ein Detail eines Segments der Struktur.

Für die visuelle Klarheit wurden Farbstoffe verwendet. Auf der rechten Seite befindet sich das sechseckige Muster aus 200 Mikron und 300 Mikron großen Löchern, die zur Erstellung der Mikrokanäle verwendet wurden. Die Mikrokanäle sind vollständig hohl und können um weniger als 50 Mikrometer voneinander getrennt werden.

Die Struktur des mikrovaskulären Netzwerks wird nur durch die Strukturen begrenzt, die durch die Opferfasern gebildet werden können. Es ist möglich, dass sowohl Lecks als auch Verstopfungen in den Mikrokanälen auftreten. Auf der linken Seite dieser Gasaustauscheinheit befindet sich ein Stecker.

Diese können oft mit einem Lösungsmittel entfernt werden. Auf der rechten Seite befindet sich ein Beispiel für ein Leck. Diese entstehen, wenn die Opferfasern nicht gründlich gereinigt oder gut gespannt werden. Einmal gemeistert, kann diese Technik in 45 Minuten für die Herstellung von Fasern und 60 Minuten für die Herstellung mikrovaskulärer Einheiten durchgeführt werden.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie Opferfasern dazu bringen, ein dreidimensionales Muster zu erzeugen, und wie Sie den umfangreichen Prozess beheben können.