Minúsculo 3D

Uma pequena bomba de vácuo impressa em 3D foi desenvolvida por pesquisadores nos EUA. Luis Fernando Velásquez-García e colegas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts afirmam que o seu dispositivo supera as actuais bombas em miniatura de última geração. Poderia ser usado para dar às pessoas em comunidades remotas acesso a instrumentação avançada, como espectrometria de massa para testes de saúde e ambientais.

Uma bomba peristáltica é um tipo de bomba de deslocamento positivo miniaturizada que imita a ação dos músculos do nosso intestino. Dentro da bomba, o fluido viaja através de um tubo flexível, encaixado na borda interna de um invólucro circular rígido.

Um rotor no eixo do círculo é equipado com rolos que passam ao longo da circunferência interna do círculo – apertando o tubo contra a carcaça, transportando bolsões de fluido à frente dos rolos, na direção da saída da bomba. Simultaneamente, após a passagem do rolo, o tubo recupera a sua forma original. Isso cria um efeito de sucção que atrai mais fluido para a bomba.

Como esta técnica evita o contato direto entre o fluido e o mecanismo de bombeamento, ela é agora amplamente utilizada para transportar líquidos que são quimicamente reativos ou que precisam permanecer puros – como o sangue.

Até agora, porém, as bombas peristálticas não têm sido amplamente utilizadas para criar e manter vácuo através do transporte de gases. Isso exigiria que o rotor girasse em velocidades mais rápidas e apertasse o tubo flexível com mais força, o que poderia danificar rapidamente a bomba. Além disso, um tubo com seção transversal circular nunca pode ser totalmente vedado, o que significa que algum gás pode sempre vazar na direção errada.

No novo estudo, a equipe de Velásquez-García explorou como esses problemas poderiam ser resolvidos por meio de um design de tubo flexível mais inteligente – possibilitado pela impressão 3D. “Uma das principais vantagens do uso da impressão 3D é que ela nos permite criar protótipos de forma agressiva”, explica Velásquez-García.

“Se você fizer esse trabalho em uma sala limpa, onde são feitas muitas dessas bombas miniaturizadas, leva muito tempo. Se você quiser fazer uma alteração, terá que reiniciar todo o processo. Neste caso, podemos imprimir a nossa bomba em questão de horas e, sempre, podemos ter um novo design.”

Essa abordagem permitiu que Velásquez-García e sua equipe imprimissem todo o funcionamento interno da bomba simultaneamente. Para o tubo flexível, eles usaram um material relativamente novo que é mais fácil de imprimir do que os materiais flexíveis mais convencionais, mas que possui as propriedades necessárias.

Também adaptaram o design do tubo – introduzindo um par de entalhes em lados opostos de sua seção transversal, perpendiculares à direção de sua compressão pelos rolos. Esta pequena alteração significou que o tubo necessitou de menos de metade da força para selar completamente (ver figura).

Com essas adaptações implementadas, a bomba da equipe poderia manter pressões de vácuo uma ordem de grandeza mais baixas do que outras bombas miniaturizadas de última geração. Isto é conseguido utilizando velocidades de rotor mais baixas e com forças menores transmitidas ao tubo flexível. Seu design manteve esse desempenho durante uma vida útil de mais de 100.000 rotações.

Velásquez-García e colegas acreditam que os seus resultados mostram claramente o quão avançada se tornou a impressão 3D. “Algumas pessoas pensam que quando você imprime algo em 3D deve haver algum tipo de compensação. Mas aqui o nosso grupo mostrou que não é esse o caso”, afirma Velásquez-García. “É realmente um novo paradigma. A manufatura aditiva não vai resolver todos os problemas do mundo, mas é uma solução que tem pernas reais.”

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A equipe prevê vários usos possíveis para o dispositivo: incluindo metalurgia de alta pureza, processos de revestimento, fabricação de semicondutores e especialmente espectrometria de massa.

“Com os espectrômetros de massa, o gorila de 500 libras na sala sempre foi o problema das bombas de vácuo”, explica Velásquez-García. “O que mostramos aqui é inovador, mas só é possível porque é impresso em 3D. Se quiséssemos fazer isso da maneira padrão, não estaríamos nem perto disso.”