Üç boyutlu termoplastik malzemelerin oluşturmak için yazdırma şırınga pompalar geribildirim denetimiyle mikrosıvısal uygulamalar için otomatik

Bu yöntem, moleküler, hücre ve sistem biyolojisi, kimya mühendisliği ve mikrofabrikasyon dahil olmak üzere hassas sıvı işleme gerektiren herhangi bir alanda araştırma yapılmasına yardımcı olabilir. Bu yaklaşımın temel avantajı, düşük maliyetli, basınç ayarlı şırınga pompaları üretebilmemizdir. Bu teknik, çok çeşitli disiplinlerde para tasarrufu sağlamalıdır.

Bu teknik, yararlı bir laboratuvar enstrümantasyonu parçası yapmak için eklemeli üretimi açık kaynaklı elektroniklerle nasıl birleştirebileceğimizi gösteriyor. Başlamak için, bu yayının ek dosyalarından STL tasarım dosyalarını indirin. Bu dosyaları, STL model dosyalarının kullanılmakta olan 3B yazıcı için yürütülebilir komut setlerine dönüştürülmesine adanmış bir yazılım paketinde açarak yazdırmaya hazırlayın.

Bazı yazıcılar özel yazılım gerektireceğinden, diğerleri ise doğrudan STL dosyasından yazdırabileceğinden, uygun yazılımın kullanıldığından emin olun. Şimdi plastik bileşenleri yüksek kaliteli bir 3D yazıcı ayarıyla akrilonitril bütadien stiren kullanarak yazdırın. Polilaktik asit veya diğer termoplastik elastomerler gibi diğer yaygın 3D baskı malzemeleri kullanılıyorsa, bitmiş mekanik özelliklerin karşılaştırılabilir olduğundan emin olun.

Tamamlandığında, yazdırılan parçaları 3D yazıcının baskı platformundan ayırın. Yazdırılan destek yapısını bitmiş parçalardan çıkarın. Pürüzlü kenarları zımpara kağıdı kullanarak zımparalayarak yazdırılan bileşenleri düzeltin.

En iyi sonuçlar için, kum boyutu 220'nin altında olan zımpara kağıdı kullanın. Montajdan önce tüm bileşenlerin düzgün olduğundan emin olun ve yedi parçanın da yazdırıldığından emin olun. Ayar vidalarına sahip bir motor mili z ekseni esnek kuplörü kullanarak step motoru dişli bir çubuğa sabitleyin.

Devam etmeden önce, step motor milini döndürmenin dişli çubuğu kaymadan tahrik ettiğinden emin olun. Şırınga platformunun bağlantı mandallarını motor konektörünün üstündeki eşleşen deliklere sıkıca bastırarak şırınga platformunu motor konektörüne bağlayın. Motor konektöründen dört adet 16 milimetre vidayı sıkarak iki parçayı takın.

Şimdi iki lineer bilyalı rulman ve 0,8 milimetrelik bir altıgen somunu, kopça itmenin altında bulunan açıklıklara yerleştirin. Motor konektöründeki dişli çubuğu, kopça itmesindeki 0.8 milimetre altıgen somun ile hizalayın. Ardından iki lineer mili motor konnektöründeki kopça itme işleminden geçirin.

Şimdi motor konektör parçasının altıgen boşluklarına iki altıgen somun yerleştirin ve ardından doğrusal millerin hareket etmesini sağlayan bağlantıları sıkmak için iki adet 16 milimetre vida kullanın. Bilyalı rulmanı uç durdurucunun orta açıklığına yerleştirin. Uç durdurucuyu monte edilmiş bileşenlerle bağlayın.

Uç durdurucu parçanın altıgen boşluklarına iki altıgen somun yerleştirin ve ardından uç durdurucuyu tertibata sabitlemek için bağlantıları sıkmak için iki adet 16 milimetre vida kullanın. Ardından, şırınga piston dişi konektör parçasını iki çelik kilit somunu ve iki adet 16 milimetre vida kullanarak koper itme parçasına takın. Pompanın üstüne 10 mililitrelik bir şırınga yerleştirin.

Pistonun başının şırınga piston dişi konektör parçasının çentiğine hizalandığından ve şırınga namlusunun üst kısmının motor konektörünün yuvasına sabitlendiğinden emin olun. Şimdi şırınga piston erkek konektör parçasını şırınga piston dişi konektörüne yerleştirin. Şırınga namlusunun şırınga kelepçesinin yuvasına sabitlendiğinden emin olarak, iki altıgen somun ve iki adet 35 milimetre vida kullanarak şırınga kelepçesini

Pistonu yerine sabitleyen erkek ve dişi bileşenler arasında sıkı bir uyum olduğundan emin olun. Metin protokolünde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi mikroakışkan cihaz hazırlığına devam edin. Şırınga pompası sistemi montajına başlamak için, bir tıraş bıçağı kullanarak basınç sensörünün elektrik kablosundan tel yalıtımının ve korumasının uzunluğunun %80'ini çıkarın.

Tellerin istenen uzunluğun üzerinde tehlikeye atılmamasını sağlamak için keserken nazik olun. İzolasyon ve ekranlama çıkarıldıktan sonra, kabloları erkek dikdörtgen konektörlere bağlayın. Benzer bir yaklaşım kullanarak, bir step motorun uçlarından kablo yalıtımının bir ila iki santimetresini çıkarın ve kabloları erkek dikdörtgen konektörlere bağlayın.

Şimdi şırıngayı basınç sensörünün giriş tarafına takın. 22 gauge dağıtım iğnesini basınç sensörünün çıkış tarafına bağlayın. 0.51 santimetre çapındaki borunun bir ucunu basınç sensörüne bağlı 22 gauge dağıtım iğnesinin üzerine kaydırın.

Borunun diğer ucunu, mikroakışkan cihaza bağlanabilen 22 gauge dağıtım iğnesinin üzerine kaydırın. Ardından iğneyi mikroakışkan cihazın giriş portuna bağlayın. Mikroakışkan cihazın çıkış portunu, giriş portunun bağlantısına benzer şekilde 22 gauge iğne ve 0.51 santimetre çapında boru kullanarak bir atık bertaraf rezervuarına bağlayın.

Ardından, elektronik devreyi metin protokolündeki şemaya göre bir prototipleme devre tahtası üzerine monte edin. Step motordan gelen kabloları step motor sürücüsüne bağlayın. Ardından basınç sensöründen ve step motor sürücüsünden gelen kabloları devre tahtasına bağlayın.

Şimdi devre tahtasından gelen çıkış sinyalini mikrodenetleyici üzerindeki analog giriş pimi ile bağlayın. Step motor sürücüsünden gelen lojik giriş pinlerini mikrodenetleyici üzerindeki dijital pinlere bağlayın. Step motor sürücüsündeki adım girişi, mikrodenetleyici üzerindeki bir tilde işareti ile gösterilen darbe genişliği modülasyonlu bir dijital pin portu ile bağlanır.

Güç kaynağını metinde gösterildiği gibi devre tahtasına bağlayın. Ardından devre tahtası ve step motor sürücüsü için güç kaynağını 10 volta ayarlayın. Şırınga basınç pompalarını kontrol etmek için önce açık kaynaklı mikrodenetleyici için Entegre Geliştirme Ortamını veya IDE'yi açın.

Zamanlayıcıyı indirin. h ve ExcelStepper. h kitaplıklarını mikrodenetleyicinin IDE kitaplık dizinine ekleyin.

Dual Pump PID Control.INO adlı kontrolör kodunu indirin. Bu kod, geri besleme kontrollü şırınga pompası sistemini iki pompa ile kontrol etmek için kullanılır. Denetleyici kodunu, yürütülen deneye uyacak şekilde programlayın.

Zamanlama parametrelerinin kontrol parametrelerini, deneyin istenen yanıtına ve süresine uyacak şekilde değiştirin. Denemeyi çalıştırmadan önce kodu derleyin ve mikro denetleyiciye yükleyin. Şırınga pompası sistemi için güç kaynağını açın.

Son olarak, step motor güç kaynağı için voltajı 10 volta ayarlayın. Burada, kontrol parametrelerinin nasıl ayarlanabileceğini gösteren temsili sonuçlar gösterilmektedir. Oransal katsayıların burada gösterildiği gibi değiştirilmesi, basınç sinyalleri için farklı yanıt profillerine yol açar.

İntegral ve diferansiyel katsayıların değiştirilmesi de yanıt profillerinde değişikliklere yol açar. Parametreler farklı deneysel tasarımlar için optimize edilebilir. Burada, bir mikroakışkan cihazdaki laminer akış profilinin kontrolünü ve modülasyonunu gösteren temsili sonuçlar gösterilmiştir.

Y şeklindeki bir mikroakışkan cihazın iki giriş portundaki giriş basıncını kontrol ederek, arayüz konumu aşağı yönde hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Bu prosedürü takiben, sentetik gen ağı düzenleyici dinamikleri, hücre fizyolojisi ve biyolojik düzenleyici ağlar ile ilgili soruları yanıtlamak için hücre kültürü ve mikroskopi gibi diğer teknikler uygulanabilir. Bu şırınga pompa sistemleri, laboratuvar grubumuz içinde mikroakışkan prosedürlerin daha hızlı geliştirilmesini sağlamıştır.

Bu cihazlar, grupların birçok farklı mikroakışkan cihazdan akışı kontrol etmesi için ucuz ve zaman açısından verimli bir yoldur. Çok çeşitli disiplinlerdeki araştırmacıların, bu basınç ayarlı şırınga pompalarını mikroakışkan ihtiyaçları için kullanabileceklerini ve genişletebileceklerini umuyoruz.