Raddrizzatori a flusso stampato 3D per una migliore gestione delle particelle di aerosol
Nel recente pubblicato ” Prestazioni migliorate degli analizzatori di mobilità differenziale con raddrizzatori di flusso stampati in 3D “, i ricercatori di Cipro e dei Paesi Bassi hanno valutato lo sviluppo di un DMA personalizzato inteso a semplificare ulteriormente la costruzione di sistemi avanzati di raddrizzamento del flusso per la gestione dell’aerosol.
Combinando sia il flusso che un campo elettrostatico per la classificazione, il DMA è uno strumento di misurazione fondamentale per le particelle di aerosol, sia al nanometro che al micron. I campi di flusso possono essere difficili da creare a causa della fusione di due flussi, causando spesso problemi come i vortici locali che possono causare prestazioni ridotte. Nel tentativo di superare le sfide, il flusso di aerosol può essere mantenuto “inferiore a ca. 10% del flusso della guaina. ” Le piastre per il flusso possono anche essere realizzate da un isolante in tessuto a rete che può causare disturbi ma impedire anche lo sviluppo di un profilo di velocità completo.
In questo studio, i ricercatori hanno fabbricato nove diversi campioni di FS, valutando le prestazioni con un nuovo DMA cilindrico stampato in 3D. Quattro sono stati stampati con ABS e gli altri sono stati fatti di piccole maglie di nylon, per includere Dacron (usato come riferimento).
“Le prestazioni di ciascun FS sono state valutate determinando sperimentalmente la funzione di trasferimento (TF) del DMA (ovvero la funzione che dà la probabilità di una particella di una data mobilità elettrica, o dimensione, che entra nello strumento, di uscire attraverso il suo monodisperse uscita di particelle) quando è stato operato in diverse condizioni operative “, hanno affermato gli autori.
L’altezza TF corrispondeva alla massima probabilità che particelle entrassero nel DMA, quindi uscissero attraverso l’uscita di particelle mono-disperse. Le deviazioni sono state misurate in termini di altezza, con FWHM calcolata per ciascun FS e per ogni portata della guaina.
I test sono stati eseguiti con i seguenti dettagli:
Uso di particelle quasi monodisperse, con diametro di ca. 50 nm
La versione parametrica del TF ha rilevato deviazioni tra misurazioni e previsioni
I parametri di adattamento hanno influenzato TF per quanto riguarda altezza e larghezza
“In ogni esperimento TDMA otteniamo un insieme di valori N1 e N2, corrispondenti alle concentrazioni del numero di particelle misurate rispettivamente a valle di DMA-1 e di DMA-2”, hanno spiegato gli autori. “Supponendo che P0 e CPCRatio rimangano costanti durante ogni esperimento della durata di ca. 20 min e che il TF di DMA-1 (cioè Ω1 nell’Eq. 1) è costante e ben definito, il TF di DMA-2 (cioè, Ω2 nell’Eq. 1) è ottenuto usando un custom-made algoritmo di adattamento (cfr. supplemento).
“Va notato qui che tutti gli FS testati in questo lavoro hanno creato un piccolo passo (che varia da 0,7 a 1,0 mm di altezza) tra il loro confine esterno (per la stampa 3D), o anelli (per il tessuto), e le pareti degli elettrodi interni del DMA. “
I ricercatori hanno seguito il Dacron FS utilizzato come riferimento, lavorando per mantenere un’adeguata comparabilità, ma rilevando che poiché tutti i campioni hanno portato a passi di altezze simili, i risultati sono stati “altamente intercomparabili”. FS # 9 ha sovraperformato la maggior parte dei campioni, anche quello realizzato con Dacron.
“Le buone prestazioni del DMA quando si utilizza FS # 9, che era migliore anche nel caso in cui il Dacron® FS di riferimento fosse impiegato con portate della guaina fino a 20 lpm, garantisce di indagare ulteriormente sull’uso di piastre stampate in 3D per eseguire convenzionali e / o DMA a basso costo (Barmpounis, Maisser, Schmidt-Ott e Biskos, 2015) a portate della guaina sostanzialmente più elevate (ad es. fino a 20 lpm) o con DMA ad alto flusso (Fernandez de la Mora & Kozlowski, 2013 ) “, Hanno concluso i ricercatori. “Per quest’ultimo, che viene utilizzato per classificare le nanoparticelle (Wang et al., 2014) e persino i cluster atomici (Maisser, Barmpounis, Attoui, Biskos e Schmidt-Ott, 2015) con alta risoluzione, la laminarizzazione del flusso è piuttosto importante, in genere che richiede una fase di pre-laminarizzazione aggiuntiva (Amo-Gonzalez & Perez, 2018).
“In sintesi, le misurazioni riportate in questo lavoro mostrano che la stampa 3D può essere utilizzata per produrre piastre per il flusso che mostrano prestazioni migliori rispetto ai sistemi tradizionali realizzati con tessuti di nylon. Ciò è stato verificato valutando le deviazioni tra la funzione di trasferimento teorica e misurata di un DMA su misura impiegato nei test. È interessante notare che il raddrizzatore stampato in 3D, con una forma triangolare a pori combinato con un’alta densità superficiale e pori più grandi rispetto agli altri FS qui esaminati, ha attribuito al test DMA una performance che si confrontava meglio con la teoria. Considerando la flessibilità e la facilità di produzione della stampa 3D, i nostri risultati mostrano che l’utilizzo di questa tecnologia per creare rettilineità del flusso per i DMA può migliorare le loro prestazioni e quindi è un’alternativa migliore rispetto alle pratiche esistenti. “
Rendering delle illustrazioni di FS # 9, inclusa la vista dall’alto (a), la vista in sezione 3D (b), nonché le viste ingrandite della parte superiore (c) e della sezione trasversale (d) della parte porosa della FS. 
Riepilogo dei risultati che riflette l’accuratezza del dimensionamento del DMA di prova (espresso come differenza% tra la dimensione misurata e prevista delle particelle selezionata dal DMA) quando si utilizzano diversi FS. 
Layout schematico del set-up sperimentale utilizzato per determinare le prestazioni del DMA di prova (cioè DMA-2) quando sono stati impiegati diversi FS. Chiave: AT: Atomizzatore; SD: essiccatore a diffusione di gel di silice; NT: neutralizzatore di carica per aerosol; DMA: Analizzatore di mobilità differenziale; CPC: Contatore di particelle di condensa. 
