Processus de fabrication de microstructures tridimensionnelles en utilisant la vaporisation d'un composant sacrificiel

L'objectif général de cette procédure est de fabriquer des structures microvasculaires tridimensionnelles. Cela est réalisé en premier lieu en créant des fibres sacrificielles en incorporant de l'oxalate d'étain(II) dans des fibres d'acide polylactique. La deuxième étape consiste à structurer les fibres en trois dimensions à l'aide de plaques de structuration.

Ensuite, les fibres sont coulées dans une résine d'encapsulation. La dernière étape consiste à extraire les fibres de la résine sous chaleur et vide. En définitive, le système microvasculaire peut être utilisé à de nombreuses fins, notamment l'échange de chaleur, le transport de masse et les systèmes d'auto-réparation.

En général, les personnes novices dans cette méthode éprouveront des difficultés en raison du haut degré de dextérité manuelle et de perception visuelle requis pour manipuler les fibres. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car le traitement chimique des fibres et l'assemblage des plaques de motif sont difficiles à apprendre, étant donné qu'ils exigent une coordination oculo-manuelle et un équipement spécialisé. Commencez le processus d'infusion du catalyseur dans les fibres à l'aide d'un fuseau personnalisé et d'une source de fibres d'acide polylactique de diamètre connu.

Ici, 200 microns. Enroulez la quantité souhaitée de fibres autour des trois quarts inférieurs du mandrin. Réduisez le recouvrement des fibres afin d'assurer une exposition maximale de la surface dans un flacon qui peut être scellé.

Mélanger 400 millilitres d'eau déionisée avec 40 millilitres de dysbarique. Un 30. Fermer la bouteille et agiter jusqu'à obtention d'une solution homogène.

Placez ensuite un bécher de 1000 millilitres dans un bain-marie à 37 degrés Celsius. Versez 400 millilitres de trifluoroéthanol dans le bécher. Ajoutez la solution Water Disper dans le bécher et mélangez jusqu'à homogénéité.

Ajoutez un gramme de vert de malachite ou d'un autre colorant au mélange et remuez jusqu'à dissolution. Fixez maintenant le rotor au mélangeur numérique et ajustez la hauteur de manière à ce que le rotor se trouve à un demi-pouce du fond. Réglez le mélangeur sur 400 tr/min et commencez à mélanger lentement.

Ajoutez 1,3 gramme de catalyseur d'oxalate d'étain au mélange. Ajustez le pH du mélange à l'aide d'hydroxyde de sodium jusqu'à ce qu'il soit approximativement compris entre 6,8 et 7,2. Ensuite, fixez un couvercle sur le bécher et augmentez la vitesse de rotation de l'agitateur à 500 tr/min.

Conserver ceci pendant 24 heures dans les deux premières heures. Rompre manuellement tout agglomérat d'oxalate d'étain qui se forme. Au bout de 24 heures, préchauffer un four à 35 degrés Celsius.

Retirez le fuseau du mélangeur et placez-le au four. Laissez-le sécher toute la nuit. Après au moins huit heures de séchage, retirez le fuseau du four et déroulez les fibres du fuseau.

Éliminer l'excès de catalyseur des fibres. La fabrication de l'unité d'échange gazeux microvasculaire commence par l'obtention d'une paire de plaques de façonnage en laiton découpées au laser, comportant le motif microvasculaire souhaité. Fixer les plaques sur des supports à pinces.

Coupez un morceau de 25,4 cm de fibre catalysée par microcanal. Utilisez une plaque découpée selon le diamètre de la fibre pour éliminer tout catalyseur résiduel présent sur les fibres. Utilisez la pointe d'un pistolet à colle chaude pour amincir les bords de la fibre.

Faites cela en extrudant lentement les extrémités des fibres. Une fois terminé, faites passer les fibres à travers les trous correspondants des paires de plaques de modelage en laiton. Ensuite, vissez les plaques sur une boîte de moulage.

Veillez à ce que les fibres ne soient pas tordues lors de l'attachement des plaques. Ensuite, faites passer les extrémités des fibres dans les chevilles de réglage de la planche de tension personnalisée et tendez les fibres de PLA jusqu'à ce qu'elles soient bien tendues. Prenez garde de ne pas trop tendre les fibres et de les casser.

Éliminer les particules excédentaires du motif de fibres à l'aide d'air comprimé. Mélanger maintenant la base de polydiméthylxine avec son agent de réticulation selon un rapport volumétrique de 10 pour 1, puis placer le mélange dans un flacon desséchant. Débarrasser le mélange des bulles d'air pendant 10 minutes sous vide.

Verser le mélange de PDMS dans le moule, mais pas directement sur les fibres. Utiliser une aiguille de calibre 26 pour éliminer les bulles d'air présentes dans le moule ou entre les fibres. Une fois cette étape terminée, polymériser l'ensemble à 85 degrés Celsius pendant 30 minutes.

Lorsque la boîte est refroidie, desserrez les plaques de laiton de la boîte de moulage en veillant à ne pas courber les plaques ni tirer trop fort. Retirez la première étape durcie de la boîte de moulage. Utilisez une aiguille hypodermique dont le calibre est d'au moins deux fois le diamètre extérieur des fibres pour percer des trous dans un bouchon RTV ; avec l'aiguille en place, faites passer le filament à travers le trou.

Ensuite, retirez l'aiguille. Le motif de trous devrait être similaire à celui de la plaque de perçage en laiton, mais plus largement espacé. Puis, fixez les embouts à une boîte de moulage plus grande.

Verser une deuxième couche de PDMS et éliminer toutes les bulles de gaz résiduelles. Procéder à nouveau à une cuisson à 85 degrés Celsius pendant 30 minutes. Après la deuxième cuisson, couper les fibres de PLA excédentaires sur l'échantillon.

Placer l'objet dans une étuve sous vide à 210 degrés Celsius pendant 24 heures ou jusqu'à ce que la majeure partie des fibres de PLA ait été éliminée. Si du PLA ne peut pas être retiré, injecter un millilitre de chloroforme pour dissoudre ce qui reste dans les microcanaux. Cela achève la fabrication de l'unité.

Cette procédure décrit une méthode de fabrication de structures microvasculaires dans une résine, comme on peut le voir dans l'unité d'échange gazeux. Représentée en haut. En bas à gauche, un agrandissement d'un segment de la structure.

Des colorants ont été utilisés pour une meilleure clarté visuelle. À droite, on observe le motif hexagonal de trous de 200 microns et de 300 microns utilisés pour créer les microcanaux. Les microcanaux sont entièrement creux et peuvent être séparés par moins de 50 microns.

La structure du réseau microvasculaire est uniquement limitée par les structures pouvant être formées par les fibres sacrificielles. Il est possible que des fuites et des obstructions apparaissent dans les microcanaux. À gauche de cette unité d'échange gazeux se trouve une obstruction.

On peut souvent les retirer à l’aide d’un solvant. À droite, on voit un exemple de fuite. Ces fuites apparaissent lorsque les fibres sacrificielles ne sont pas correctement nettoyées ou suffisamment tendues. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en 45 minutes pour la création des fibres et en 60 minutes pour la fabrication des unités microvasculaires.

Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment fabriquer des fibres sacrificielles afin de créer un motif tridimensionnel, et comment résoudre les problèmes éventuels liés à ce processus complexe.