為關鍵應用打造3D打印噴絲頭的膜

來源： 廣西增材制造協(xié)會

“3D打印旋轉噴絲板創(chuàng)造了薄膜”，探討了如何利用先進技術創(chuàng)建具有膜的新結構，有助于分離等關鍵應用醫(yī)療患者的氣體、過濾和透析血液。通過他們的新技術和方法，作者希望定制噴絲板的設計，以改善使用膜材料。

在解釋使用膜的過程中發(fā)現(xiàn)的當前變化時，作者提到，對于當今的過濾過程，從膜表面轉移以及過程的整體性能存在障礙。有許多方法可以控制極化和結垢，但作者專注于將二次流引導回進料通道，消除了發(fā)生問題的可能性，同時注意到設計為此類工藝量身定制的噴絲頭的可取性，從而產生合適的幾何形狀。他們還通過試驗纖維膜幾何形狀，努力改善質量傳遞阻力的其他問題。

紡絲裝置：A）孔流體入口，B）聚合物溶液入口，C）噴絲頭出口

切割旋轉噴絲頭組件的視圖。鉆孔流體管線用藍色著色，而聚合物溶液被引導通過黃色部分。攪拌器電機位于切割線之間，在此視圖中不顯示。 A）標記鉆孔液的入口。 B）標記聚合物溶液的入口。 C）標記連接到孔流體和聚合物溶液管線的3D打印噴絲頭的位置。

研究中使用了平板和中空纖維膜，但作者指出，在平板膜的使用中，大多數(shù)研究人員使用了“螺旋纏繞和交錯的扁平模塊”，在通道中使用了墊片，不僅作為“混合設備”，但也控制高度。相比之下，中空纖維膜不具有進入通道，并且以較小的形狀插入混合元件是不可能的。在三維噴涂噴絲板方面，作者預見到由于3D打印的經(jīng)典優(yōu)勢所帶來的潛力，因此許多其他桌面用戶，小型企業(yè)，研究實驗室以及大型公司和制造商都在利用預算中的底線節(jié)約，它是一個研究性研究或公司的新零件設計，生產效率，規(guī)劃和生產中的自我可持續(xù)性等等：

研究人員表示，“非常希望能夠獨立于現(xiàn)有的噴絲板制造工藝，并通過3D打印實現(xiàn)快速、廉價和靈活的設計方法�！�

由于設計的自由度，它們產生的噴絲頭提供了改進，主要是在中空纖維的橫截面中。該團隊能夠旋轉具有混合潛力的聚合物纖維，并且在填充密度方面沒有“限制”，并指出有必要創(chuàng)建兩個新參數(shù)：噴絲頭幾何形狀和噴絲頭的旋轉速度，其中大多數(shù)通過立體光刻法制造。與傳統(tǒng)技術相比，研究人員繼續(xù)強調“更高自由度”所帶來的好處，因為鉆孔流體針在四分之一處與身體連接，大部分噴絲頭留下以分散聚合物。

“生產的多孔纖維具有穩(wěn)定的3D幾何形狀，具有分離的腔通道。此外，我們通過將典型實施的共擠出與旋轉組件的設計相結合，將噴絲頭設計的概念提升到另一個層次，“研究人員總結道�！八�得到的纖維結合了多孔方法，具有高填充密度和纖維內腔旋轉，從而能夠在操作期間形成院長渦旋。

“通過這種方法，我們能夠制造具有旋轉內部或外部幾何形狀的纖維。因此，在我們的研究基礎上，人們能夠將膜內外混合特性定制為分離任務�！�

噴絲板CAD圖紙與打印版本的比較。每對的左圖像是CAD渲染圖，而右側照片是在噴絲頭打印后拍攝的。每個噴絲頭主體的直徑為25mm。 A）橢圓形聚合物溶液開口，在放大倍數(shù)中顯示的z方向上具有100μm的清晰可見步長，B）圓形三孔噴絲頭，C）三邊形星形孔開口，D）五邊形星形孔開口。

隨著3D打印材料范圍的不斷擴大，研究人員嘗試了許多類型的不同纖維，例如嵌入電子產品、連續(xù)纖維、納米纖維和納米纖維素。