Pequeño 3D

Investigadores estadounidenses han desarrollado una pequeña bomba de vacío impresa en 3D. Luis Fernando Velásquez-García y sus colegas del Instituto Tecnológico de Massachusetts dicen que su dispositivo supera a las bombas en miniatura de última generación actuales. Podría utilizarse para brindar a las personas de comunidades remotas acceso a instrumentación avanzada, como la espectrometría de masas, para pruebas ambientales y de salud.

Una bomba peristáltica es un tipo de bomba de desplazamiento positivo miniaturizada que imita la acción de los músculos de nuestros intestinos. Dentro de la bomba, el fluido viaja a través de un tubo flexible colocado alrededor del borde interior de una carcasa circular rígida.

Un rotor en el eje del círculo está equipado con rodillos que pasan a lo largo de la circunferencia interior del círculo, apretando el tubo contra la carcasa y transportando bolsas de líquido delante de los rodillos, en la dirección de la salida de la bomba. Al mismo tiempo, tras el paso del rodillo, el tubo recupera su forma original. Esto crea un efecto de succión que atrae más líquido hacia la bomba.

Dado que esta técnica evita el contacto directo entre el fluido y el mecanismo de bombeo, ahora se usa ampliamente para transportar líquidos que son químicamente reactivos o que necesitan permanecer impecables, como la sangre.

Sin embargo, hasta ahora las bombas peristálticas no se han utilizado ampliamente para crear y mantener el vacío mediante el transporte de gases. Esto requeriría que el rotor gire a velocidades más rápidas y apriete el tubo flexible con más fuerza, lo que podría dañar rápidamente la bomba. Además, un tubo con sección transversal circular nunca puede sellarse completamente, por lo que siempre puede escaparse algo de gas en la dirección equivocada.

En el nuevo estudio, el equipo de Velásquez-García exploró cómo estos problemas podrían resolverse mediante un diseño de tubo flexible más inteligente, posible gracias a la impresión 3D. "Una de las principales ventajas de utilizar la impresión 3D es que nos permite crear prototipos agresivos", explica Velásquez-García.

“Si haces este trabajo en una sala limpia, donde se fabrican muchas de estas bombas miniaturizadas, lleva mucho tiempo. Si desea realizar un cambio, debe comenzar todo el proceso de nuevo. En este caso, podemos imprimir nuestra bomba en cuestión de horas y cada vez puede tener un diseño nuevo”.

Este enfoque permitió a Velásquez-García y su equipo imprimir todo el funcionamiento interno de la bomba simultáneamente. Para el tubo flexible, utilizaron un material relativamente nuevo que es más fácil de imprimir que los materiales flexibles más convencionales, pero que tiene las propiedades requeridas.

También adaptaron el diseño del tubo, introduciendo un par de muescas en lados opuestos de su sección transversal, perpendiculares a la dirección de compresión por los rodillos. Esta pequeña alteración significó que el tubo requirió menos de la mitad de fuerza para sellar completamente (ver figura).

Con estas adaptaciones implementadas, la bomba del equipo podría mantener presiones de vacío un orden de magnitud más bajas que otras bombas miniaturizadas de última generación. Esto se logra utilizando velocidades de rotor más bajas y con fuerzas más pequeñas impartidas sobre el tubo flexible. Su diseño mantuvo este rendimiento durante una vida útil de más de 100.000 rotaciones.

Velásquez-García y sus colegas creen que sus resultados muestran claramente cuán avanzada se ha vuelto la impresión 3D. “Algunas personas piensan que cuando se imprime algo en 3D debe haber algún tipo de compensación. Pero aquí nuestro grupo ha demostrado que no es así”, afirma Velásquez-García. “Realmente es un nuevo paradigma. La fabricación aditiva no va a resolver todos los problemas del mundo, pero es una solución que tiene posibilidades reales”.

El colorante alimentario ayuda a imprimir redes vasculares en 3D

El equipo prevé numerosos usos posibles para el dispositivo: incluida la metalurgia de alta pureza, procesos de recubrimiento, fabricación de semiconductores y, especialmente, espectrometría de masas.

"Con los espectrómetros de masas, el gorila de 500 libras en la habitación siempre ha sido el problema de las bombas de vacío", explica Velásquez-García. “Lo que hemos mostrado aquí es innovador, pero sólo es posible porque está impreso en 3D. Si quisiéramos hacer esto de la manera estándar, no hubiéramos estado ni cerca”.

Con este enfoque, se podrían producir e implementar fácilmente espectrómetros de masas equipados con bombas de vacío miniaturizadas en regiones remotas, lo que permitiría a pequeñas comunidades de países en desarrollo analizar muestras de sangre y examinar la calidad del agua.

La bomba se describe en Fabricación aditiva.