Processo di creazione di microstrutture tridimensionali mediante vaporizzazione di un componente sacrificale

L'obiettivo generale di questa procedura è fabbricare strutture microvascolari tridimensionali. Questo risultato si ottiene innanzitutto creando fibre sacrificabili mediante l'incorporazione di ossalato di stagno due in fibre di acido polilattico. Il secondo passaggio consiste nel modellare tridimensionalmente le fibre utilizzando piastre di modellatura.

Successivamente, le fibre vengono incapsulate in una resina di inclusione. L'ultimo passaggio consiste nell'estrarre le fibre dalla resina mediante calore e vuoto. In definitiva, il sistema microvascolare può essere utilizzato per molteplici scopi, tra cui lo scambio termico, il trasporto di massa e i sistemi di autorigenerazione.

Generalmente, le persone nuove a questo metodo incontreranno difficoltà a causa dell'elevato grado di destrezza manuale e consapevolezza visiva necessari per lavorare con le fibre. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale, poiché il trattamento chimico delle fibre e l'infilatura delle piastre a schema sono difficili da apprendere in quanto richiedono coordinamento occhio-mano e attrezzature specializzate. Iniziare il processo di infusione del catalizzatore nella fibra utilizzando un mandrino personalizzato e una fonte di fibre di acido polilattico di diametro noto.

Qui, 200 micron. Avvolgere la quantità desiderata di fibre attorno ai tre quarti inferiori del mandrino. Ridurre il sovrapposizione delle fibre per garantire la massima esposizione della superficie in un contenitore che può essere sigillato.

Mescolare 400 millilitri di acqua deionizzata con 40 millilitri di dysbaric. One 30. Chiudere il flacone e agitare fino a ottenere una soluzione omogenea.

Successivamente, posizionare un becher da 1000 millilitri in un bagno d'acqua a 37 gradi Celsius. Versare 400 millilitri di trifluoroetanolo nel becher. Aggiungere la soluzione disperdente acquosa al becher e mescolare fino a ottenere una soluzione uniforme.

Aggiungere un grammo di verde malachite o di altro colorante alla miscela e mescolare fino a completa dissoluzione. A questo punto, fissare il perno al mixer digitale e regolare l'altezza in modo che il perno si trovi a mezzo pollice dal fondo. Impostare il mixer a 400 giri al minuto e iniziare a mescolare lentamente.

Aggiungere 1,3 grammi di catalizzatore di ossalato di stagno alla miscela. Regolare il pH della miscela utilizzando idrossido di sodio fino a quando il pH è approssimativamente compreso tra 6,8 e 7,2. Successivamente, fissare un coperchio al becher e aumentare la velocità di rotazione dell'agitatore a 500 giri al minuto.

Mantenere questa condizione per 24 ore entro le prime due ore. Rompere manualmente qualsiasi agglomerato di ossalato di stagno che si formi. Alla fine delle 24 ore, avere un forno preriscaldato a 35 gradi Celsius.

Rimuovere la fusa dal miscelatore e posizionarla nel forno. Lasciarla asciugare per tutta la notte. Dopo almeno otto ore di essiccazione, rimuovere la fusa dal forno e svolgere le fibre dalla fusa.

Rimuovere il catalizzatore in eccesso dalle fibre. La fabbricazione dell'unità di scambio gassoso microvascolare inizia con l'acquisizione di una coppia di piastre di modellatura in ottone tagliate al laser con il pattern microvascolare desiderato. Fissare le piastre sui supporti a clip.

Tagliare un tratto di 10 pollici di fibra catalizzata per ogni microcanale. Utilizzare una piastra ritagliata con il diametro della fibra per rimuovere qualsiasi catalizzatore residuo dalle fibre. Usare la punta di una pistola per colla a caldo per smussare i bordi della fibra.

Eseguire ciò estrudendo lentamente le punte delle fibre. Una volta completato, far passare le fibre attraverso i fori corrispondenti nelle coppie di piastre di modellatura in ottone. Successivamente, avvitare le piastre su una scatola di stampaggio.

Assicurarsi che le fibre non siano attorcigliate durante il fissaggio delle piastre. Quindi far passare le estremità delle fibre attraverso i pioli di regolazione della tavola di tensionamento personalizzata e tendere le fibre di PLA fino a renderle tese. Fare attenzione a non applicare una tensione eccessiva che potrebbe spezzare le fibre.

Rimuovere le particelle in eccesso dal tessuto con aria compressa. Mescolare ora la base di poli dimetil xin con il suo agente indurente in un rapporto volumetrico di 10 a 1 e collocare la miscela in un barattolo essiccatore. Sottoporre la miscela a degasaggio per 10 minuti sotto vuoto.

Versare la miscela di PDMS nella scatola di stampaggio, ma non direttamente sulle fibre. Utilizzare un ago da 26 gauge per rimuovere eventuali bolle d'aria presenti nella scatola di stampaggio o tra le fibre. Al termine, polimerizzare l'insieme a 85 gradi Celsius per 30 minuti.

Quando la scatola viene raffreddata, sganciare le piastre di ottone dalla scatola di stampaggio, avendo cura di non piegare le piastre né tirare troppo. Rimuovere la prima fase polimerizzata dalla scatola di stampaggio. Utilizzare un ago ipodermico con un calibro almeno doppio rispetto al diametro esterno delle fibre per forare un tappo in RTV; con l'ago in posizione, far passare il filamento attraverso il foro.

Quindi rimuovere l'ago. Il modello dei fori dovrebbe essere simile a quello della piastra di modellatura in ottone, ma più distanziato. Successivamente, fissare i tappi terminali a un cassero più grande.

Versare un secondo strato di PDMS ed eliminare eventuali bolle d'aria rimanenti. Procedere nuovamente alla reticolazione a 85 gradi Celsius per 30 minuti. Dopo la seconda reticolazione, rimuovere eventuali fibre in eccesso di PLA dal campione.

Posizionarlo in un forno sotto vuoto a 210 gradi Celsius per 24 ore o fino a quando la maggior parte delle fibre di PLA non sarà stata rimossa. Se del PLA non può essere eliminato, iniettare un millilitro di cloroformio per sciogliere ciò che rimane nei microcanali. In questo modo si completa la fabbricazione dell'unità.

Questa procedura fornisce un metodo per fabbricare strutture microvascolari in resina, come osservato nell'unità di scambio gassoso. Mostrato nella parte superiore. In basso a sinistra è riportato un dettaglio di un segmento della struttura.

I coloranti sono stati utilizzati per migliorare la chiarezza visiva. A destra è mostrato il modello esagonale di fori da 200 micron e 300 micron utilizzato per creare i microcanali. I microcanali sono completamente cavi e possono essere separati da meno di 50 micron.

La struttura della rete microvascolare è limitata soltanto dalle strutture che possono essere formate dalle fibre sacrificali. È possibile che si verifichino perdite e ostruzioni all'interno dei microcanali. Sul lato sinistro di questa unità di scambio gassoso è presente un'ostruzione.

Questi possono spesso essere rimossi con un solvente. Sul lato destro è mostrato un esempio di perdita. Queste si formano quando le fibre sacrificali non vengono pulite accuratamente o non sono correttamente tese. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 45 minuti per la creazione delle fibre e in 60 minuti per la fabbricazione delle unità microvascolari.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come realizzare fibre sacrificabili per creare un modello tridimensionale e di come risolvere i problemi relativi all'intero processo.