3D打印矯直機(jī)可更好地控制氣溶膠顆粒

來源：增材之光

據(jù)了解，來自塞浦路斯和荷蘭的研究人員在最近發(fā)布的“使用3D打印矯直機(jī)改善差動(dòng)分析儀的性能”中，評(píng)估了定制DMA的開發(fā)，該DMA旨在進(jìn)一步簡(jiǎn)化用于氣霧劑管理的改進(jìn)的矯直系統(tǒng)。

結(jié)合流場(chǎng)和靜電場(chǎng)進(jìn)行分類，DMA是一個(gè)測(cè)量氣溶膠顆粒（無論是納米還是微米）的關(guān)鍵工具。由于兩個(gè)流的合并，很難創(chuàng)建流場(chǎng)，這通常會(huì)導(dǎo)致諸如局部渦流之類的問題，從而可能導(dǎo)致性能下降。為了克服挑戰(zhàn)，可將氣溶膠流量保持在“低于鞘層流量的10％�！�矯直器也可以由網(wǎng)狀絕緣子制成，這種絕緣子可能會(huì)引起干擾，但也會(huì)阻止形成全面的速度分布。

在這項(xiàng)研究中，研究人員制造了9種不同的FS樣品，并使用新的3D打印圓柱DMA評(píng)估了性能。四個(gè)印刷有ABS，其余的則由小的尼龍網(wǎng)制成，包括滌綸（用作參考）。

所有經(jīng)過測(cè)試的FS的特征詳細(xì)信息

通過光學(xué)顯微鏡確定被測(cè)矯直機(jī)的圖像

通過實(shí)驗(yàn)確定DMA的傳遞函數(shù)（TF）（即給出給定電遷移率或尺寸的粒子進(jìn)入儀器并通過其單分散體離開的可能性的函數(shù)），可以在不同的操作條件評(píng)估每個(gè)FS的性能。

TF高度對(duì)應(yīng)于粒子進(jìn)入DMA的最大概率，然后通過單分散粒子出口離開。根據(jù)高度測(cè)量偏差，計(jì)算每個(gè)FS和每個(gè)鞘層流速的半高寬。

當(dāng)使用不同的FS時(shí)，用于確定測(cè)試DMA（即DMA-2）性能的實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖布局。關(guān)鍵：AT：霧化器； SD：硅膠擴(kuò)散干燥機(jī)； NT：氣溶膠電荷中和器； DMA：差分遷移率分析儀； CPC：冷凝粒子計(jì)數(shù)器。

進(jìn)行了以下詳細(xì)測(cè)試：
•使用直徑約為50納米的近單分散顆粒。
•TF的參數(shù)版本捕獲了測(cè)量和預(yù)測(cè)之間的偏差。
•擬合參數(shù)影響TF的高度和寬度。

作者解釋說：“在每個(gè)TDMA實(shí)驗(yàn)中，我們獲得一組N1和N2值，分別對(duì)應(yīng)于在DMA-1和DMA-2下游測(cè)得的顆粒數(shù)濃度。”假設(shè)每個(gè)實(shí)驗(yàn)中P0和CPCRatio保持恒定，持續(xù)約20分鐘，并且DMA-1的TF（即等式1中的Ω1）是恒定且定義明確的，DMA-2的TF（即等式1中的Ω2）是通過使用定制方法獲得的擬合算法�！�

應(yīng)該注意的是，在這項(xiàng)工作中測(cè)試的所有FS在其外邊界（用于3D打�。┗颦h(huán)（用于織物）與DMA的內(nèi)部電極壁之間產(chǎn)生了一個(gè)小臺(tái)階（高度從0.7到1.0毫米）。”

當(dāng)使用不同的FS時(shí)，結(jié)果反映了測(cè)試DMA的尺寸精度（表示為DMA選擇的測(cè)量粒度和預(yù)測(cè)粒度之間的百分比差異）。

研究人員跟蹤了用作參考的滌綸纖維，努力保持適當(dāng)?shù)目杀刃裕�但注意到，由于所有樣品的臺(tái)階高度都相似，因此結(jié)果具有“高度可比性”。即使是滌綸纖維制成的，纖維9的性能也優(yōu)于大多數(shù)樣品。

繪制FS#9的插圖，包括俯視圖（a）、三維橫截面圖（b）以及放大FS多孔部分的俯視圖（c）和橫截面圖（d）。

“使用FS＃9時(shí)，DMA的良好性能，甚至比參考Dacron®FS在鞘流高達(dá)20 lpm的情況下使用的情況下都要好，這保證了進(jìn)一步研究使用3D打印矯直機(jī)運(yùn)行常規(guī)和/或低成本DMA（Barmpounis，Maisser，Schmidt-Ott和Biskos，2015年），鞘層流速高得多（例如，最高20 lpm）或高流量DMA（Fernandez de la Mora＆Kozlowski，2013年）），”研究人員總結(jié)說。 “對(duì)于后者，它們用于以高分辨率對(duì)納米顆粒（甚至原子團(tuán)簇（Maisser，Barmpounis，Attoui，Biskos和Schmidt-Ott，2015）進(jìn)行分類，流層化非常重要，通常需要額外的預(yù)分層階段（Amo-Gonzalez＆Perez，2018）。

“總而言之，這項(xiàng)工作中報(bào)告的測(cè)量結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的尼龍織物系統(tǒng)相比，3D打印可用于制造流平劑，其表現(xiàn)出更好的性能。通過評(píng)估測(cè)試中使用的定制DMA的測(cè)量值與理論傳遞函數(shù)之間的偏差已驗(yàn)證了這一點(diǎn)。有趣的是，與這里研究的其他FS相比，具有三角形孔形狀，高表面密度和更大孔的3D打印矯直機(jī)將其歸因于測(cè)試DMA的性能，其性能比理論上更好�？紤]到3D打印的靈活性和易制造性，我們的結(jié)果表明，采用這種技術(shù)來建立DMA的流平性，可以提高其性能，因此與現(xiàn)有方法相比是更好的選擇�！�