MIT-Forscher 3D drucken eine Miniatur-Vakuumpumpe

Die Pumpe kann ein Vakuum erzeugen und aufrechterhalten, das zehnmal niedriger ist als der Druck einer herkömmlichen Pumpe. Ihre spezielle Bauweise, die mit einem Multimaterialdrucker in einem Durchgang gedruckt werden kann, verhindert Lecks und reduziert gleichzeitig die Reibungswärme, was die Lebensdauer des Geräts erhöht.

Die Miniatur-Peristaltikpumpe bietet großes Potenzial für die Integration in tragbare Massenspektrometer zur Überwachung der Bodenkontamination in entlegenen Regionen. Darüber hinaus wäre sie ideal für geologische Vermessungsgeräte auf dem Mars, da sie leicht und kostengünstig ins All transportiert werden kann.

Luis Fernando Velásquez-García, Hauptautor der Studie und leitender Wissenschaftler am MIT, betonte, dass die innovative 3D-gedruckte peristaltische Pumpe einen Wendepunkt für Massenspektrometer darstellt, insbesondere aufgrund ihrer herausragenden Leistung und Erschwinglichkeit. Er fügte hinzu, dass dieser Durchbruch nur dank der 3D-Drucktechnologie möglich ist.

“Einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks besteht darin, dass er uns die Möglichkeit gibt, Prototypen auf aggressive Weise herzustellen. Wenn man diese Arbeit in einem Reinraum macht, in dem viele dieser miniaturisierten Pumpen hergestellt werden, dauert das sehr lange. Wenn man eine Änderung vornehmen möchte, muss man den gesamten Prozess von vorne beginnen. In diesem Fall können wir unsere Pumpe in wenigen Stunden drucken, und jedes Mal kann es ein neues Design sein”, sagt Velásquez-García.

Neben Luis Fernando Velásquez-García, dem Hauptautor der Arbeit, gehörten Han-Joo Lee, ein ehemaliger Postdoktorand am MIT, und Jorge Cañada Pérez-Sala, ein Doktorand der Elektrotechnik und Informatik, zum Team. Die veröffentlichte Arbeit ist in der Zeitschrift Additive Manufacturing zu finden.

In Massenspektrometern werden Proben gepumpt und einer elektrischen Ladung ausgesetzt, um Atome in Ionen umzuwandeln. Ein elektromagnetisches Feld wird verwendet, um diese Ionen im Vakuum zu manipulieren und ihre Masse zu bestimmen, um so die in der Probe enthaltenen Moleküle zu identifizieren. Das Aufrechterhalten des Vakuums ist entscheidend, da sonst ungenaue Ergebnisse entstehen.

Die Forscher nutzten einen Multimaterial-3D-Drucker, um den flexiblen Schlauch der Pumpe aus einem einzigartigen hyperelastischen Material herzustellen. Die ideale Größe der Kerben im Schlauch wurde durch 3D-Druck erreicht, um Lecks zu verhindern. Die Pumpe erwies sich im Test als leistungsstark, erzeugte ein hochwertiges Vakuum und benötigte nur halb so viel Kraft wie herkömmliche Pumpen.