Articolo metodologico

Tecnica di imaging frugale del flusso capillare attraverso polveri di stampa polimerica tridimensionale

DOI:

10.3791/63494

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4 ottobre 2022

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1Materials and Metallurgical Engineering Department, South Dakota School of Mines & Technology, 2HP Labs, HP Inc, 3Chemical and Biological Engineering Department, South Dakota School of Mines & Technology, 4School of Chemical, Biological, and Environmental Engineering, Oregon State University

In questo articolo

Sommario

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La tecnica proposta fornirà un approccio nuovo, efficiente, frugale e non invasivo per l'imaging del flusso fluidico attraverso un letto di polvere imballato, producendo un'elevata risoluzione spaziale e temporale.

Abstract

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Lo sviluppo di nuove tecniche di imaging del trasporto molecolare e colloidale, comprese le nanoparticelle, è un'area di indagine attiva negli studi microfluidici e millifluidici. Con l'avvento della stampa tridimensionale (3D), è emerso un nuovo dominio di materiali, aumentando così la domanda di nuovi polimeri. In particolare, le polveri polimeriche, con dimensioni medie delle particelle dell'ordine del micron, stanno vivendo un crescente interesse da parte delle comunità accademiche e industriali. Il controllo della sintonizzazione dei materiali su scale di lunghezza da mesoscopica a microscopica crea opportunità per sviluppare materiali innovativi, come i materiali sfumati. Recentemente, è cresciuta la necessità di polveri polimeriche di dimensioni micron, poiché si stanno sviluppando chiare applicazioni per il materiale. La stampa tridimensionale fornisce un processo ad alta produttività con un collegamento diretto a nuove applicazioni, guidando le indagini sulle interazioni fisico-chimiche e di trasporto su mesoscala. Il protocollo discusso in questo articolo fornisce una tecnica non invasiva per visualizzare il flusso di fluidi nei letti di polvere imballati, fornendo un'elevata risoluzione temporale e spaziale sfruttando al contempo la tecnologia mobile prontamente disponibile dai dispositivi mobili, come gli smartphone. Utilizzando un comune dispositivo mobile, i costi di imaging che normalmente sarebbero associati a un microscopio ottico vengono eliminati, risultando in un approccio scientifico frugale. Il protocollo proposto ha caratterizzato con successo una varietà di combinazioni di fluidi e polveri, creando una piattaforma diagnostica per l'imaging rapido e identificando una combinazione ottimale di fluido e polvere.

Introduzione

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Il getto di legante a getto d'inchiostro nei supporti in polvere rappresenta una tecnologia importante nella produzione additiva (stampa 3D). Il processo di binder jetting inizia con la deposizione di fluidi funzionali in supporti in polvere utilizzando un processo di stampa a getto d'inchiostro a scansione. In particolare, una testina di stampa a getto d'inchiostro traslata sulla superficie della polvere, depositando l'agente legante liquido su una superficie di polvere e formando così una parte solida in modo stratoper strato 1. Le tecnologie binder jetting basate su getto d'inchiostro includono generalmente sabbia, polveri metalliche e polve....

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Protocollo

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1. Preparazione della cella a flusso microfluidico

NOTA: Per questo protocollo, verrà utilizzata una cella di flusso microfluidica commerciale. Utilizzando un prodotto commerciale progettato per la penetrazione della luce da un microscopio ottico, qualsiasi problema relativo all'illuminazione in campo chiaro dei supporti sarà ridotto al minimo.

  1. Iniziare a preparare la cella di flusso microfluidica coprendo l'uscita con parafilm per sigillare un'estremità del canale in modo che la cella di flusso vuota possa essere imballata con polvere polimerica. Prima di iniziare l'esperimento, verificare che il canale microflui....

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Risultati

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Nella sezione sull'analisi dei dati, i dati per le immagini time-lapsed nella Figura 3 illustrano la soluzione di etanolo al 75% in peso che si infiltra nella polvere di policarbonato (PC). La fluoresceina è stata aggiunta alla soluzione per migliorare la qualità dell'immagine per questa pubblicazione. Nelle immagini time-lapse, il processo di risoluzione del tempo inizia quando il fluido viene aggiunto all'ingresso. Il tempo, t, inizia non appena il fluido inizia a penetrare nel ca.......

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Discussione

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Il protocollo fornito dipende fortemente dalle caratteristiche materiali delle particelle scelte. Le proprietà del materiale che influiscono sul flusso includono la distribuzione granulometrica 2,3,4,5,11,21, la rugosità superficiale delle particelle 11, le proprietà chimiche sulla superficie delle particelle 2,3,4,5,11,16,21,23<.......

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
µ-Slide I Lueribidi80191Cella a flusso microfluidico
BeakerSouthern LabwareBG1000-800Vetreria
CALIBRE 301-58 LT Resina di policarbonato naturaleTRINSEO LLCCALIBRETM 301-58 LTResina di policarbonato naturale
EtanoloSigma Aldrich1.00983Cappa a solvente
KewauneeCappe chimiche Supreme Air LVUtilizzate con 92 FPM con apertura da 18"
iPhone 7 piùAppleCamera
Materiale stampatoIl disegno CAD è fornito nel file supplementare
ORGASOL  2002 ES 6 NAT 3ARKEMAA12135Poliammide in polvere
PipetVWR10754-268Pipetta
di trasferimento monousoPipettaGlobe Scientific Inc.3301-200Pipetta che può contenere 125 &; micro; L di fluido
PolistireneAdvanced Laser Materials, LLC.PS200Polistirene per sinterizzazione
Tracker Strumentoanalisi e modellazione video
VariQuest 100 White Light Model 3-3700FOTODYNE  3-3700Acqua
Acqua distillata
in 3D opaco di chiara bianca

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Redwood, B., Schoffer, F., Garret, B. The 3D Printing Handbook. , 3D HUBS. Amsterdam, NL. (2018).
  2. Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210087418. , Available from: https://uspto.report/patent/app/20210087418 (2021).
  3. Emamjomeh, A., et al. Three dimensional printing, Patent ID: 20210095152. , Available from:

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Ristampe e permessi

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Capillary FlowPolymeric PowdersFrugal ImagingThree Dimensional PrintingMicrofluidic Flow CellFluid Transport ImagingPowder CompactionMobile Device ImagingNanoparticle TransportDiagnostic Platform

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