Imprimindo em 3D uma Mini Bomba de Vácuo

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.