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Imprimindo em 3D uma Mini Bomba de Vácuo

Dec 05, 2023

André Corselli

Os espectrômetros de massa são analisadores químicos extremamente precisos que têm muitas aplicações. Mas construir um espectrômetro de massa portátil e barato que possa ser implantado em locais remotos continua sendo um desafio - principalmente devido à dificuldade de miniaturizar a baixo custo sua bomba de vácuo necessária.

Agora, os pesquisadores do MIT utilizaram a manufatura aditiva para dar um passo importante na solução desse problema. A equipe imprimiu em 3D uma mini versão – do tamanho de um punho humano – de uma bomba peristáltica. A bomba pode criar e manter um vácuo que tem uma pressão de ordem de grandeza menor do que uma bomba seca e áspera, não requer líquido para criar vácuo e pode operar à pressão atmosférica.

"Estamos falando de hardware muito barato que também é muito capaz", disse o autor sênior Luis Fernando Velásquez-García. "Com espectrômetros de massa, o gorila de 500 libras na sala sempre foi o problema das bombas. O que mostramos aqui é inovador, mas só é possível porque é impresso em 3D. Se quiséssemos fazer isso da maneira padrão, não teríamos chegado nem perto."

“Uma das principais vantagens do uso da impressão 3D é que ela nos permite prototipar agressivamente”, acrescentou Velásquez-García. “Se você fizer esse trabalho em uma sala limpa, onde são feitas muitas dessas bombas miniaturizadas, leva muito tempo e muito dinheiro. Se você quiser fazer uma mudança, terá que recomeçar todo o processo. Neste caso, podemos imprimir nossa bomba em questão de horas, e toda vez pode ser um novo desenho."

Aqui está uma entrevista da Tech Briefs com Velásquez-García, editada para maior duração e clareza.

Resumos técnicos:O que inspirou sua pesquisa?

Velasquez-Garcia : A formação que tenho é em sistemas microeletromecânicos (MEMS), que é o hardware que você faz aproveitando a miniaturização. As pessoas estão familiarizadas com, digamos, a eletrônica em smartphones e computadores, mas, além disso, existem coisas como os acelerômetros MEMS em telefones.

A história, mais ou menos, é que a grande maioria desse hardware é feita em uma sala limpa de semicondutores, o que é algo realmente bom para uma coisa - fabricar eletrônicos de semicondutores. Então, você fica muito restrito no tipo de estruturas e nos materiais que pode usar. As estruturas parecem sanduíches - elas são em camadas e são principalmente bidimensionais, e há tantos materiais.

Fiquei interessado em usar microssistemas impressos em 3D porque a impressão 3D tem se mostrado uma caixa de ferramentas que expande muito as capacidades do que podemos fazer.

Essa é uma parte da história. A segunda parte da história é a bomba. Trabalho com espectrometria de massa há cerca de 15 anos, e tem sido como o Santo Graal; muitas das indústrias que temos por aí - como a indústria alimentícia, farmacêutica, exploração de petróleo - dependem da espectrometria de massa para determinar quantitativamente a composição de uma amostra.

Digamos que você crie um remédio; você precisa verificar se está realmente criando o que pensa que está criando. Ou quando você está fazendo uma pesquisa geológica, quer ter certeza de que encontrou o material que pensou ter encontrado. Portanto, existe uma técnica que você pode usar chamada espectrometria de massa. O estado da arte desses dispositivos é um hardware muito pesado, muito grande e muito caro. Então, você tem que enviar as amostras para os laboratórios, e isso tem um custo.

Se você, em vez disso, tentou enviar um espectrômetro de massa, por exemplo, para um poço de petróleo; pode quebrar. Então, o que pessoas como eu e muitos outros têm tentado fazer é miniaturizar espectrômetros de massa. Espectrômetros de massa requerem vácuo para operar, então o principal desafio é a falta de fontes de vácuo adequadas. Os espectrômetros de massa funcionam criando um vácuo, mas precisam interagir com a pressão atmosférica. Não existe uma tecnologia de bomba que possa fazer toda a gama, desde a pressão atmosférica até o alto vácuo que você precisa.

O dispositivo que criamos e sobre o qual escrevemos um artigo é o primeiro estágio. Funciona com a pressão atmosférica, enquanto reduz o nível de torr (pressão). E então, quando você estiver lá, existem outras tecnologias que você pode usar para reduzir ainda mais a pressão.