Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een Sacrificial Component

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen van driedimensionale microvasculaire structuren. Dit wordt bereikt door eerst offervezels te creëren via de incorporatie van tinstanaten(II)oxalaat in polylactidevezels. De tweede stap is het driedimensionaal patroonvormen van de vezels met behulp van patroonplaten.

Vervolgens worden de vezels gegoten in een inbedhars. De laatste stap is het evacueren van de vezels uit de hars onder invloed van hitte en vacuüm. Uiteindelijk kan het microvasculaire systeem voor vele doeleinden worden gebruikt, waaronder warmtewisseling, massatransport en zelfherstellende systemen.

Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, omdat de vereiste handvaardigheid en visuele alertheid om met de vezels te werken hoog is. Een visuele demonstratie van deze methode is cruciaal, aangezien de chemische behandeling van de vezels en het spannen van de patroonplaten moeilijk te leren zijn omdat ze hand-oogcoördinatie en gespecialiseerde apparatuur vereisen. Start het proces van vezelcatalysator-infusie met een aangepaste spoel en een bron van polymelkzuurvezels met een bekende diameter.

Hier, 200 microns. Wikkel de gewenste hoeveelheid vezels rond de onderste driekwart van de spoel. Beperk de overlap van de vezels om een maximale blootstelling van het oppervlak te garanderen in een fles die afgesloten kan worden.

Meng 400 milliliters gedeïoniseerd water met 40 milliliters dysbaric. One 30. Sluit de fles en schud deze totdat een homogene oplossing is verkregen.

Plaats vervolgens een bekerglas van 1000 milliliter in een waterbad op 37 °C. Giet 400 milliliter trifluorethanol in het bekerglas. Voeg de waterdispersie-oplossing toe aan het bekerglas en roer tot het mengsel homogeen is.

Voeg één gram malachietgroen of een andere kleurstof toe aan het mengsel en roer tot het is opgelost. Bevestig nu de spindel aan de digitale menger en stel de hoogte zo in dat de spindel een halve inch boven de bodem staat. Stel de menger in op 400 RPM en begin langzaam met mengen.

Voeg 1,3 gram tinnoxalaatkatalysator toe aan het mengsel. Stel de pH van het mengsel bij met natriumhydroxide totdat de pH ongeveer 6,8 tot 7,2 is. Plaats vervolgens een deksel op het bekerglas en verhoog de rotatiesnelheid van de spindel naar 500 RPM.

Houd dit gedurende 24 uur aan binnen de eerste twee uur. Breek eventuele agglomeraten van tinoxalaat die ontstaan handmatig op. Zorg dat er na 24 uur een oven is voorverwarmd tot 35 °C.

Verwijder de spoel uit de menger en plaats deze in de oven. Laat de spoel een nacht drogen. Haal de spoel na minimaal acht uur drogen uit de oven en wikkel de vezels van de spoel af.

Verwijder de overtollige katalysator van de vezels. De fabricage van de microvasculaire gasuitwisselingsunit begint met het verkrijgen van een paar lasergesneden messing patroonplaten met het gewenste microvasculaire patroon. Bevestig de platen op klemhouders.

Knip per microkanaal een stuk gekatalyseerde vezel van 10 inch af. Gebruik een plaat die is gesneden naar de diameter van de vezel om eventuele resterende katalysator van de vezels te verwijderen. Gebruik de tuit van een lijmpistool om de uiteinden van de vezel taps toe te maken.

Doe dit door de vezelpunten langzaam uit te persen. Rijg vervolgens de vezels door de overeenkomstige gaten in de paren messing patroonplaten. Schroef de platen daarna vast op een gietkast.

Zorg ervoor dat de vezels niet gedraaid zijn bij het bevestigen van de platen. Rijg vervolgens de uiteinden van de vezels door de stempen van het op maat gemaakte spanbord en span de PLA-vezels aan tot ze strak staan. Wees voorzichtig om de vezels niet overmatig te spannen, zodat ze niet knappen.

Verwijder overtollige deeltjes van het vezelpatroon met perslucht. Meng vervolgens poly dimethyl siloxaan-basis met het uithardingsmiddel in een volumeverhouding van 10 op 1 en plaats het mengsel in een exsiccator. Ontgas het mengsel gedurende 10 minuten onder vacuüm.

Giet het PDMS-mengsel in de gietvorm, maar niet rechtstreeks over de vezels. Gebruik een naald van 26 gauge om eventuele luchtbellen in de gietvorm of tussen de vezels te verwijderen. Wanneer dit is voltooid, wordt de assemblage 30 minuten lang gecureerd bij 85 °C.

Wanneer de doos is afgekoeld, worden de messing platen van de gietvorm losgemaakt, waarbij erop wordt gelet dat de platen niet buigen of te hard worden aangetrokken. Verwijder de uitgeharde eerste fase uit de gietvorm. Gebruik een hypodermische naald met een maat die ten minste twee keer de buitendiameter van de vezels bedraagt om gaten te prikken in een RTV-eindkap; terwijl de naald op zijn plaats blijft, wordt de vezel door het gat geregen.

Verwijder vervolgens de naald. Het gatpatroon moet vergelijkbaar zijn met dat van de messing patroonplaat, maar meer gespreid. Bevestig daarna de einddoppen aan een grotere gietvorm.

Giet een tweede laag PDMS en verwijder alle resterende gasbellen. Hard opnieuw uit bij 85 graden Celsius gedurende 30 minuten. Snijd na de tweede uitharding alle overtollige PLA-vezels van het monster af.

Plaats het in een vacuümoven op 210 °C gedurende 24 uur of totdat de meeste PLA-vezels zijn verwijderd. Als er PLA achterblijft dat niet kan worden verwijderd, injecteer dan 1 mL chloroform om de resten in de microkanalen op te lossen. Hiermee is de fabricage van de unit voltooid.

Deze procedure biedt een methode voor het fabriceren van microvasculaire structuren in hars, zoals te zien is in de gasuitwisselingsunit. Bovenaan wordt dit getoond. Linksonder staat een detail van een segment van de structuur.

Kleurstoffen zijn gebruikt voor visuele duidelijkheid. Rechts is het hexagonale patroon van gaten van 200 micron en 300 micron te zien die zijn gebruikt om de microkanalen te creëren. De microkanalen zijn volledig hol en kunnen van elkaar gescheiden zijn door minder dan 50 micron.

De structuur van het microvasculaire netwerk wordt uitsluitend beperkt door de structuren die gevormd kunnen worden door de offervezels. Het is mogelijk dat er zowel lekken als verstoppingen optreden binnen de microkanalen. Aan de linkerzijde van deze gasuitwisselingsunit bevindt zich een verstopping.

Deze kunnen vaak met een oplosmiddel worden verwijderd. Aan de rechterkant staat een voorbeeld van een lek. Deze ontstaan wanneer de offervezels niet grondig zijn gereinigd of onvoldoende zijn gespannen. Zodra deze techniek onder de knie is, kan het proces in 45 minuten voor het maken van de vezels en in 60 minuten voor het fabriceren van de microvasculaire eenheden worden voltooid.

Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe opofferingsvezels worden gebruikt om een driedimensionaal patroon te creëren, en hoe u problemen in dit uitgebreide proces kunt oplossen.