Herstellung von Membranen mit 3D-gedruckten Spinndüsen für kritische Anwendungen

Die Arbeit “3D printed rotating spinnerets create membranes with a twist”, von Tobias Luelf, Deniz Rall, Tim Femmer, Christian Bremer und Matthias Wessling verfasst, erforscht, wie fortschrittliche Technologie verwendet werden kann, um neue Architekturen mit Membranen zu erstellen, die bei kritischen Anwendungen wie dem Trennen hilfreich sind Gas, Filtrationsübungen und Blutdialyse für medizinische Patienten. Die Autoren hoffen, mit ihrer neuen Technik und Methodik die Designs für Spinndüsen anpassen zu können, um den Prozess der Verwendung von Membranmaterialien zu verbessern.

Bei der Erklärung der aktuellen Veränderungen in Prozessen unter Verwendung von Membranen erwähnen die Autoren, dass es bei heutigen Filtrationsprozessen neben der Gesamtleistung des Prozesses Hindernisse beim Transfer von der Membranoberfläche gab. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, sowohl die Polarisation als auch die Verschmutzung zu steuern. Die Autoren konzentrieren sich jedoch darauf, sekundäre Ströme zurück in den Zufuhrkanal zu leiten, um die Möglichkeit von Problemen auszuschließen. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass es wünschenswert ist, eine für solche Prozesse maßgeschneiderte Spinndüse zu entwerfen, die zu einer geeigneten Geometrie führt . Sie arbeiten auch daran, andere Probleme im Massentransportwiderstand zu verbessern, indem sie mit Fasermembrangeometrien experimentieren.

In der Studie wurden sowohl Flachfolien- als auch Hohlfasermembranen verwendet. Die Autoren weisen jedoch darauf hin, dass die meisten Forscher bei der Verwendung von Flachfolienmembranen nicht nur spiralförmig gewickelte und gestaffelte Flachmodule mit Abstandshaltern in den Kanälen verwendet haben dient als “Mischvorrichtung”, steuert aber auch die Höhe. Im Vergleich dazu haben Hohlfasermembranen keinen Zugangskanal, und das Einsetzen von Mischelementen ist in kleineren Formen nicht möglich. Beim 3D-Druck einer Spinndüse sehen die Autoren aufgrund der klassischen Vorteile des 3D-Drucks Potenzial, das viele andere Desktop-Benutzer, kleine Unternehmen, Forschungslabors sowie große Unternehmen und Hersteller aus den Einsparungen im Budget gezogen haben.

Die von ihnen hergestellten Spinndüsen bieten aufgrund der Gestaltungsfreiheit vor allem im Querschnitt der Hohlfasern eine Verbesserung. Das Team war in der Lage, Polymerfasern mit Mischungspotential und „keiner Beschränkung“ in Bezug auf die Packungsdichte zu spinnen. Sie stellten fest, dass zwei neue Parameter erstellt werden mussten: Spinndüsengeometrie und Rotationsgeschwindigkeit der Spinndüse, wobei die meisten davon über Stereolithographie hergestellt wurden. Die Forscher betonten weiterhin die Vorteile, die der „höhere Freiheitsgrad“ im Vergleich zu herkömmlichen Techniken bietet, da die Nadel der Bohrflüssigkeit zu einem Viertel mit dem Körper verbunden ist und der größte Teil der Spinndüse das Polymer dispergieren kann.

„Mit diesem Ansatz können wir Fasern mit rotierenden Innen- oder Außengeometrien herstellen. Auf der Grundlage unserer Forschung ist es daher möglich, sowohl die inneren als auch die äußeren Mischeigenschaften der Membran auf eine Trennaufgabe abzustimmen.“