为关键应用打造3D打印喷丝头的膜

来源： 广西增材制造协会

“3D打印旋转喷丝板创造了薄膜”，探讨了如何利用先进技术创建具有膜的新结构，有助于分离等关键应用医疗患者的气体、过滤和透析血液。通过他们的新技术和方法，作者希望定制喷丝板的设计，以改善使用膜材料。

在解释使用膜的过程中发现的当前变化时，作者提到，对于当今的过滤过程，从膜表面转移以及过程的整体性能存在障碍。有许多方法可以控制极化和结垢，但作者专注于将二次流引导回进料通道，消除了发生问题的可能性，同时注意到设计为此类工艺量身定制的喷丝头的可取性，从而产生合适的几何形状。他们还通过试验纤维膜几何形状，努力改善质量传递阻力的其他问题。

纺丝装置：A）孔流体入口，B）聚合物溶液入口，C）喷丝头出口

切割旋转喷丝头组件的视图。钻孔流体管线用蓝色着色，而聚合物溶液被引导通过黄色部分。搅拌器电机位于切割线之间，在此视图中不显示。 A）标记钻孔液的入口。 B）标记聚合物溶液的入口。 C）标记连接到孔流体和聚合物溶液管线的3D打印喷丝头的位置。

研究中使用了平板和中空纤维膜，但作者指出，在平板膜的使用中，大多数研究人员使用了“螺旋缠绕和交错的扁平模块”，在通道中使用了垫片，不仅作为“混合设备”，但也控制高度。相比之下，中空纤维膜不具有进入通道，并且以较小的形状插入混合元件是不可能的。在三维喷涂喷丝板方面，作者预见到由于3D打印的经典优势所带来的潜力，因此许多其他桌面用户，小型企业，研究实验室以及大型公司和制造商都在利用预算中的底线节约，它是一个研究性研究或公司的新零件设计，生产效率，规划和生产中的自我可持续性等等：

研究人员表示，“非常希望能够独立于现有的喷丝板制造工艺，并通过3D打印实现快速、廉价和灵活的设计方法。”

由于设计的自由度，它们产生的喷丝头提供了改进，主要是在中空纤维的横截面中。该团队能够旋转具有混合潜力的聚合物纤维，并且在填充密度方面没有“限制”，并指出有必要创建两个新参数：喷丝头几何形状和喷丝头的旋转速度，其中大多数通过立体光刻法制造。与传统技术相比，研究人员继续强调“更高自由度”所带来的好处，因为钻孔流体针在四分之一处与身体连接，大部分喷丝头留下以分散聚合物。

“生产的多孔纤维具有稳定的3D几何形状，具有分离的腔通道。此外，我们通过将典型实施的共挤出与旋转组件的设计相结合，将喷丝头设计的概念提升到另一个层次，“研究人员总结道。“所得到的纤维结合了多孔方法，具有高填充密度和纤维内腔旋转，从而能够在操作期间形成院长涡旋。

“通过这种方法，我们能够制造具有旋转内部或外部几何形状的纤维。因此，在我们的研究基础上，人们能够将膜内外混合特性定制为分离任务。”

喷丝板CAD图纸与打印版本的比较。每对的左图像是CAD渲染图，而右侧照片是在喷丝头打印后拍摄的。每个喷丝头主体的直径为25mm。 A）椭圆形聚合物溶液开口，在放大倍数中显示的z方向上具有100μm的清晰可见步长，B）圆形三孔喷丝头，C）三边形星形孔开口，D）五边形星形孔开口。

随着3D打印材料范围的不断扩大，研究人员尝试了许多类型的不同纤维，例如嵌入电子产品、连续纤维、纳米纤维和纳米纤维素。