Processo de fabricação de microestruturas tridimensionais usando vaporização de um componente sacrificial

O objetivo geral deste procedimento é fabricar estruturas microvasculares tridimensionais. Isso é feito primeiro criando fibras sacrificiais, incorporando estanho e oxalato em fibras de ácido polilático. O segundo passo é padronizar as fibras tridimensionalmente usando placas padronizadas.

Em seguida, as fibras são fundidas em uma resina de incorporação. A etapa final é evacuar as fibras da resina sob calor e vácuo. Em última análise, o sistema microvascular pode ser usado para muitos propósitos, incluindo troca de calor, transporte de massa e sistemas de autocura.

Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades devido ao grau de destreza manual e consciência visual necessária para trabalhar com as fibras. A demonstração visual desse método é crítica, pois o tratamento químico das fibras e o encordoamento das placas de padrão são difíceis de aprender porque exigem coordenação olho-mão e equipamento especializado. Inicie o processo de infusão do catalisador de fibra com um fuso personalizado e uma fonte de fibras de ácido polilático de diâmetro conhecido.

Aqui, 200 mícrons. Enrole a quantidade desejada de fibras ao redor dos três quartos inferiores do fuso. Reduza a sobreposição de fibras para fornecer exposição máxima da área de superfície em uma garrafa que pode ser selada.

Misture 400 mililitros de água deionizada com 40 mililitros de disbárica. Um 30. Feche o frasco e agite-o até obter uma solução homogênea.

Em seguida, coloque um copo de 1000 mililitros em banho-maria a 37 graus Celsius. Despeje 400 mililitros de trifluoroetanol no béquer. Adicione a solução de dissipador de água ao copo e mexa até ficar homogéneo.

Adicione um grama de verde malaquita ou outro corante à mistura e mexa até dissolver. Agora, conecte o eixo ao mixer digital e ajuste a altura para que o eixo fique a meia polegada da parte inferior. Defina o mixer para 400 RPM e comece a misturar lentamente.

Adicione 1,3 gramas de catalisador de oxalato de estanho à mistura. Ajuste o pH na mistura usando hidróxido de sódio até que o pH seja aproximadamente 6,8 a 7,2. Em seguida, prenda uma tampa ao béquer e aumente a rotação do fuso para 500 RPM.

Mantenha isso por 24 horas nas primeiras duas horas. Quebre manualmente qualquer aglomeração de oxalato de estanho que se desenvolva. Ao final de 24 horas, tenha um forno pré-aquecido a 35 graus Celsius.

Retire o eixo da batedeira e coloque-o no forno. Deixe secar durante a noite. Após pelo menos oito horas de secagem, retire o fuso do forno, desembrulhe as fibras do fuso.

Remova o excesso de catalisador das fibras. A fabricação da unidade de troca gasosa microvascular começa com a obtenção de um par de placas de padrão de latão cortadas a laser com o padrão microvascular desejado. Fixe as placas nos suportes dos clipes.

Corte um comprimento de 10 polegadas de fibra catalisada por microcanal. Use uma placa cortada no diâmetro da fibra para remover qualquer catalisador restante das fibras. Use a ponta de uma pistola de cola quente para afunilar as bordas da fibra.

Faça isso extrudando lentamente as pontas da fibra. Uma vez feito isso, passe as fibras pelos orifícios correspondentes nos pares de placas de padrão de latão. Em seguida, aparafuse as placas em uma caixa de moldagem.

Certifique-se de que as fibras não estejam torcidas ao prender as placas. Em seguida, passe as pontas das fibras pelos pinos de afinação da placa tensora personalizada, tensione as fibras do PLA até ficarem esticadas. Tenha cuidado para não tensionar demais e quebrar as fibras.

Remova o excesso de partículas do padrão de fibra usando ar comprimido. Agora misture a base de poli dimetil xin com seu agente de cura em uma proporção de volume de 10 para um, coloque a mistura em um frasco dessecado. Desgaseifique a mistura por 10 minutos sob vácuo.

Despeje a mistura PDMS na caixa de moldagem, mas não diretamente sobre as fibras. Use uma agulha de calibre 26 para remover quaisquer bolhas na caixa de moldagem ou entre as fibras. Uma vez feito isso, cure o conjunto a 85 graus Celsius por 30 minutos.

Quando a caixa estiver resfriada, solte as placas de latão da caixa de moldagem, certificando-se de não dobrar as placas ou puxar com muita força. Remova o primeiro estágio curado da caixa de moldagem. Use uma agulha hipodérmica com um medidor que seja pelo menos duas vezes o diâmetro externo das fibras para fazer furos em uma tampa de extremidade RTV com agulha no lugar com fio de fibra através do orifício.

Em seguida, remova a agulha. O padrão de furos deve ser semelhante à placa de padrão de latão, mas mais amplamente espalhado. Em seguida, prenda as tampas das extremidades em uma caixa de moldagem maior.

Despeje um segundo stage de PDMS e remova quaisquer bolhas de gás restantes. Novamente, curou 85 graus Celsius por 30 minutos. Após a segunda cura, corte o excesso de fibras de PLA da amostra.

Coloque-o em um forno a vácuo a 210 graus Celsius por 24 horas ou até que a maioria das fibras de PLA tenha sido evacuada. Se algum PLA não puder ser removido, injete um mililitro de clorofórmio para dissolver o que resta nos microcanais. Isso conclui a fabricação da unidade.

Este procedimento fornece um método para a fabricação de estruturas microvasculares em resina, como visto na unidade de troca gasosa. Mostrado no topo. No canto inferior esquerdo está um detalhe de um segmento da estrutura.

Corantes têm sido usados para clareza visual. À direita está o padrão hexagonal de furos de 200 mícrons e 300 mícrons usados para criar os microcanais. Os microcanais são completamente ocos e podem ser separados por menos de 50 mícrons.

A estrutura da rede microvascular é limitada apenas pelas estruturas que podem ser formadas pelas fibras sacrificiais. É possível que vazamentos e plugues apareçam nos microcanais. No lado esquerdo desta unidade de troca gasosa há um plugue.

Muitas vezes, eles podem ser removidos com um solvente. No lado direito está um exemplo de vazamento. Estes se formam quando as fibras sacrificiais não são completamente limpas ou bem tensionadas Uma vez dominada, esta técnica pode ser feita em 45 minutos para a criação de fibras e 60 minutos para a fabricação de unidades microvasculares.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fazer fibras sacrificiais, criar um padrão tridimensional e solucionar problemas do vasto processo.