重要な用途向けの 3D プリント紡糸口金用膜の作成

出典: 広西付加製造協会

「3D プリントされたロータリースピナレットが薄膜を作成」では、ガスの分離、医療患者の血液の濾過および透析などの重要な用途に役立つ膜を備えた新しい構造を高度なテクノロジーを使用して作成する方法を探ります。著者らは、新しい技術とアプローチにより、紡糸口金の設計をカスタマイズして膜材料の使用を改善したいと考えている。

膜を使用するプロセスに見られる現在の変化を説明する中で、著者らは、今日のろ過プロセスでは膜表面からの転送とプロセス全体のパフォーマンスに対する障壁があると述べています。分極と汚れを制御する方法は多数ありますが、著者らは二次流を供給チャネルに戻すことに重点を置き、問題が発生する可能性を排除するとともに、このタイプのプロセスに合わせて適切な形状となる紡糸口金を設計することが望ましいことにも言及しています。彼らはまた、繊維膜の形状を実験することで、物質移動抵抗の他の問題の改善にも取り組みました。

紡糸セットアップ: A) オリフィス流体入口、B) ポリマー溶液入口、C) スピナレット出口。回転するスピナレットアセンブリの断面図。ボーリング孔の流体ラインは青色で表示され、ポリマー溶液は黄色のセクションを通過します。撹拌モーターはカットラインの間にあり、この図には表示されていません。 A) 掘削液の注入口に印を付けます。 B) ポリマー溶液の入口をマークします。 C) ボア流体およびポリマー溶液ラインに接続された 3D プリントされたスピナレットの位置のマーキング。

この研究では平膜と中空糸膜の両方が使用されたが、平膜を使用する場合、ほとんどの研究者は「混合装置」としてだけでなく、高さを制御するためにも、チャネル内にスペーサーを備えた「らせん状に巻かれ、ずらされた平らなモジュール」を使用していると著者らは指摘している。対照的に、中空糸膜にはアクセスチャネルがなく、より小さな形状の混合要素を挿入することはできません。 3D スプレースピナレットに関しては、研究調査や企業の新しい部品設計における最終的な予算の節約、生産効率、計画と生産の自立性など、3D プリントの典型的な利点により、他の多くのデスクトップユーザー、中小企業、研究室、大企業、製造業者が 3D プリントの可能性を活用すると著者は予測しています。

研究者らは、「紡糸口金の製造プロセスを独自に製造し、3Dプリントによる高速、安価、柔軟な設計アプローチを可能にすることが非常に望ましい」と述べた。

設計の自由度が高いため、彼らが製造した紡糸口金は、主に中空糸の断面において改良が施されています。研究チームは、混合の可能性と充填密度の点で「制限なし」のポリマー繊維を紡ぐことができたが、紡糸口金の形状と紡糸口金の回転速度という2つの新しいパラメータを作成する必要があることに気付いた。これらのほとんどはステレオリソグラフィーによって製造される。研究者らはさらに、従来の技術に比べて「自由度が高い」ことによる利点を強調している。ドリルで穴を開けた流体針は本体の4分の1で接続され、紡糸口金の大部分はポリマーを分散させるためにある。

「製造された多孔質繊維は、分離された空洞チャネルを備えた安定した3D形状を持っています。さらに、一般的に実施される共押し出しと回転アセンブリの設計を組み合わせることで、紡糸口金設計の概念を新たなレベルに引き上げました」と研究者らは結論付けました。「結果として得られる繊維は、多孔質アプローチと高い充填密度および繊維内腔の回転を組み合わせ、動作中にディーン渦の形成を可能にします。

「この方法により、回転した内部または外部形状を持つ繊維を作成できます。したがって、私たちの研究により、膜の内部および外部の混合特性を分離タスクに合わせて調整できるようになります。」

紡糸口金の CAD 図面と印刷バージョンの比較。各ペアの左側の画像は CAD レンダリングであり、右側の写真は紡糸口金印刷後に撮影されたものです。各紡糸口金本体の直径は25mmであった。 A) 拡大図で示される、Z 方向に 100 μm のステップサイズがはっきりと見える楕円形のポリマー溶液開口部、B) 円形の 3 穴紡糸口金、C) 三角形の星形の穴開口部、D) 五角形の星形の穴開口部。

3D プリント材料の範囲が拡大し続けるにつれて、研究者は埋め込み型電子機器、連続繊維、ナノファイバー、ナノセルロースなど、さまざまな種類の繊維の実験を行ってきました。

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