Disseny i muntatge d'un sistema microfuídic produït amb impressora 3D per a la intensificació de processos

Abstract

La impressió 3D, com a concepte, ha pres molta rellevància en les últimes dos dècades. Com a tecnologia, s’ha introduït i implementat de manera exponencial i amb molta força. Certament, la impressió 3D es una de les noves tecnologies associades al segle XXI que cada vegada te més presencia, no només en el àmbit de la investigació, sinó també més implementada en el sector industrial, mèdic i inclús a nivell d’usuari particular. Aquest èxit es, en part, gracies als avenços i l’esforç que des d’algunes iniciatives i empreses han invertit en desenvolupar, millorar i optimitzar tots els aspectes tècnics que conformen aquests sistemes, tornant aquesta tecnologia cada dia més atractiva i competitiva, com a alternativa a d’altres mètodes de producció clàssics. Paral·lelament, l’estudi i millora del comportament i l’efecte sobre fluxos dels sistemes micro fluídics ha permès descobrir, a partir d’una idea, un mètode amb molt de potencial per a implementar-se en el sector de la investigació i la industria, que atorga un enorme ventall de possibilitats de millora en molts aspectes i mètodes industrials, i que pot acabar repercutint molt significativament en la millora i optimització d’un gran nombre de processos. Concretament, aquest projecte proposa la unió simbiòtica entre aquestes dues idees i tecnologies, plantejant la possibilitat de servir-se del potencial de la impressió 3D pel que fa a la rapidesa i competitivitat de cost, per tal de produir sistemes micro fluídics lab-on-chip funcionals i eficaços. L’objectiu; plantejar, dissenyar, executar, produir i finalment testejar els xips en microflux, produïts per una impressora 3D, utilitzant diferents materials polimèrics, per tal de demostrar el potencial real d’aquesta tecnologia de producció de prototips tècnics d’alta precisió en el detall. Inicialment, s’adequa la impressora a disposició aplicant-hi les modificacions necessàries per tal d’assolir la màxima precisió possible. Seguidament, es porta a terme la determinació dels paràmetres òptims d’impressió d’un seguit de materials polimèrics escollits per diversos criteris de cost, propietats físiques i resistència química i física. Es continua proposant uns dissenys concrets de flux, utilitzant el software de disseny industrial 3D, SolidWorks (llicència cedida pel departament d’Expressió Gràfica a l’Enginyeria del campus del Besòs de la UPC), per tal de poder imprimir diferents dissenys amb diferents formes i característiques,i comprovant si la impressió es veu afectada per les dimensions i característiques dimensionals de cada disseny i per a cada material. Finalment, i posterior tractament post-impressió dels prototips, es procedeix a la experimentació al laboratori, per tal de demostrar la funcionalitat dels mateixos en condicions de flux real en règim laminar. Els resultats finals demostren la possibilitat de produir en impressió 3D sistemes lab-on-chip funcionals, utilitzant tecnopolímers amb característiques químiques i físiques que atorguen resistència a l’atac químic, per a un gran nombre de dissenys diferents. Concloent, el mètode i procediment seguits durant la realització d’aquest projecte, i els resultats experimentals finals obtinguts, corroboren la idea plantejada i la hipòtesis formulada inicialment, i donen la possibilitat de considerar seriosament el futur de la impressió 3D com a una alternativa de producció de prototips tècnics que requereixin d’alta precisió i detall.