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FA-Info-Symbol.svgWinkel nach unten icon.svgQuelldaten
TypPapier
Zitieren als Zitierreferenz für das Quelldokument.Bas Wijnen, Emily J. Hunt, Gerald C. Anzalone, Joshua M. Pearce, 2014. Open-Source-Spritzenpumpenbibliothek , PLoS ONE 9(9): e107216. doi:10.1371/journal.pone.0107216 offener Zugang
FA-Info-Symbol.svgWinkel nach unten icon.svgProjektdaten
AutorenBas Wijnen
Emily J. Hunt
Gerald C. Anzalone
Joshua M. Pearce
StandortMichigan , USA
Status Entworfen
Modelliert
Prototyp
Verifiziert
Geprüft vonAM MEISTEN
OKH-ManifestHerunterladen
FA-Info-Symbol.svgWinkel nach unten icon.svgGerätedaten
Anweisungen erstellenhttps://github.com/mtu-most/franklin
HardwarelizenzCERN-OHL-S
ZertifizierungenStarten Sie die OSHWA-Zertifizierung

In diesem Artikel wird eine neue Open-Source-Methode zur Entwicklung und Herstellung hochwertiger wissenschaftlicher Geräte untersucht, die für den Einsatz in praktisch jedem Labor geeignet sind. Eine Spritzenpumpe wurde mit frei verfügbarer Open-Source-CAD-Software (Computer Aided Design) entworfen und mit einem Open-Source- RepRap -3D-Drucker und leicht verfügbaren Teilen hergestellt. Der Entwurf, die Stückliste und die Montageanleitung stehen jedem, der sie nutzen möchte, weltweit zur Verfügung. Es werden Einzelheiten zur Verwendung der CAD-Software und des RepRap 3D-Druckers bereitgestellt. Auch der Einsatz eines (teilweise Open-Source) Raspberry-Pi- Rechners als drahtloses Steuergerät wird veranschaulicht. Die Leistung der Spritzenpumpe wurde bewertet und die zur Bewertung verwendeten Methoden werden detailliert beschrieben. Die Kosten für das gesamte System, einschließlich Controller und webbasierter Steuerschnittstelle, liegen in der Größenordnung von 5 % oder weniger, als man für eine kommerzielle Spritzenpumpe mit ähnlicher Leistung erwarten würde. Das Design sollte den Anforderungen einer bestimmten Forschungsaktivität entsprechen, die unter anderem eine Spritzenpumpe erfordert, einschließlich der sorgfältig kontrollierten Dosierung von Reagenzien, Pharmazeutika und der Abgabe viskoser 3D-Druckermedien.

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E. Hunt D80-Präsentation über die Open-Source-Spritzenpumpe

Materialien und Werkzeuge

Hinweis: Auf dieser Seite werden der mechanische Aufbau und die Softwareinstallation beschrieben. Das Papier beschreibt die Elektronik, wie sie ursprünglich implementiert wurde. Diese Methode wird nicht mehr gepflegt. Es wird nun empfohlen , zur Steuerung des Geräts einen 3D-Drucker-Controller wie RAMPS oder Melzi und Franklin zu verwenden. Die alte Methode wird auf der Registerkarte „Diskussion“ dieser Seite ausführlich beschrieben.
Materialien für Spritzenpumpe
Teile für die Spritzenpumpenbaugruppe.
Materialien
3-D-gedrucktZählen
Motorende1
Wagen1
Kolbenhalterbasis1
Registerkarte „Kolbenhalter“.1
Körperhalter2
Idler-Ende1
Motoren & MetallZählen
NEMA17-Motor1
5 mm x 5 mm Wellenkupplung1
625z Kugellager2
LM6UU Linearlager2
M3 x 10 mm Innensechskantschraube6
M3 x 20 mm Innensechskantschrauben4
M3 x 40 mm Innensechskantschrauben4
M3 Sechskantmutter13
M5 Sechskantmutter5
M5-Gewindestange 0,2 m1
6 mm A2 Werkzeugstahl 0,2 m2
Notwendige Werkzeuge
Notwendige Werkzeuge zum Zusammenbau der Spritzenpumpe.
Werkzeuge
M3-Inbusschlüssel
3mm Bohrer

So bauen Sie eine Open-Source-Spritzenpumpe

1
Motorende am Motor montiert

Befestigen Sie den Motor am Motorende mit 4 M3-Unterlegscheiben und 4 M3 x 20-mm-Innensechskantschrauben.

2
Metallstangen im Motorende eingesetzt

Führen Sie die 2 Metallstangen in das Motorende ein und befestigen Sie sie dann mit 2 M3-Muttern und 2 M3 x 10-mm-Innensechskantschrauben.

3
Gewindestange mit Motor gekoppelt

Führen Sie die Gewindestange zur Hälfte in die Kupplung ein, die andere Hälfte sollte sich am Motor befinden und befestigen Sie sie.

4
Ausgehöhlter Wagen

Hohlen Sie die beiden Enden des Schlittens mit einem Handbohrer oder einem Messer aus, um ein Loch in den Kunststoff zu bohren

5
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Linearlager und Mutter im Schlitten eingesetzt.]] Lassen Sie die Linearlager an den ausgehöhlten Enden des Schlittens einrasten. Setzen Sie dann eine M5-Mutter in die Mutternmulde an der Unterseite des Schlittens ein.

6
MOST step05.JPG

Basis des Kolbenhalters am Schlitten befestigt]]Befestigen Sie die Basis des Kolbenhalters mit 2 M3-Muttern und 2 M3 x 10-mm-Innensechskantschrauben am Schlitten.

7
Der angeschlossene Trennbehälter.

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8
Auf die Stangen aufgeschraubter Schlitten

Schieben Sie den Schlitten auf die Gewindestange und achten Sie darauf, dass die beiden Metallstangen in die Linearlager passen

9
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Auf der Gewindestange montierte M5-Muttern.]] Nachdem sich der Schlitten auf halber Höhe der Gewindestange befindet, schrauben Sie zwei M5-Muttern auf die Gewindestange.

10
In das Rollenende eingesetzte Lager

Setzen Sie die beiden Lager in die kreisförmigen Schlitze am Ende der Spannrolle ein.

11
Rollenende auf den Stangen montiert

Schieben Sie nun das Spannrollenende auf die Stangen und befestigen Sie es mit zwei weiteren M5-Muttern am Ende der Gewindestange. Schieben Sie die beiden Muttern, die sich bereits an der Stange befinden, bis zum Ende der Spannrolle, um sie zu sichern.

12
Spritze im Körper und Kolbenhalter

Setzen Sie den Spritzenkörper in die Körperhalter ein und schieben Sie dann den Kolben in die Basis des Kolbenhalters

13
Spritze im Körper und Kolbenhalter

Befestigen Sie die beiden Haltestücke mit vier M3 x 40-mm-Schrauben, vier M3-Unterlegscheiben und vier M3-Muttern am Leerlaufende der Pumpe. Bringen Sie zwei Muttern an der Oberseite des Halters näher am Schlitten und zwei Muttern an der Unterseite des Halters am Ende der Umlenkrolle an.

14
Montierte Spritze

Stecken Sie die Lasche des Kolbenhalters oben auf den Kolben, um ihn an der Pumpe zu befestigen und ein Verrutschen während des Gebrauchs zu verhindern.

Controller: Verbindung und Kalibrierung

Dies ist eine Beschreibung für die Verwendung von Franklin zur Steuerung des Geräts. Neueste Version kostenlos auf Github verfügbar .

(Das Papier beschreibt die Elektronik, wie sie ursprünglich implementiert wurde. Diese Methode wird nicht mehr beibehalten. Es wird jetzt empfohlen, einen RepRap 3-D-Drucker-Controller wie RAMPS oder Melzi zu verwenden, den Sie online erwerben und Franklin steuern können Die Originalanweisungen finden Sie auf der Registerkarte „Diskussion“.

Der Motor muss an die Klemmen der Steuerplatine angeschlossen werden, die für die erste Achse (normalerweise X genannt) vorgesehen sind. Laden Sie in Franklin das Profil für Ihr Board, richten Sie dann das Profil ein und kalibrieren Sie die Pumpe:

1
Stellen Sie die Anzahl der Temps auf 0, die Positionsachsen auf 1 und die Extruder und Follower auf 0 ein.
Stellen Sie die Anzahl der Temps auf 0, die Positionsachsen auf 1 und die Extruder und Follower auf 0 ein.
2
Deaktivieren Sie beide Endschalter.
Deaktivieren Sie beide Endschalter.
3
Stellen Sie die Kupplung auf 100 Schritte/mm und die Geschwindigkeitsbegrenzung auf 20 mm/s ein.
Stellen Sie die Kupplung auf 100 Schritte/mm und die Geschwindigkeitsbegrenzung auf 20 mm/s ein.
4
Bringen Sie die Pumpe nach Hause.
Stellen Sie den Schalter auf 0 und stellen Sie dann die Pumpe auf Null. Dadurch wird die aktuelle Position auf die Schalterposition gesetzt.
5
Wählen Sie den X-Positionseingang.
Wählen Sie den X-Positionseingang. Drücken Sie dann die Auf- und Ab-Taste, um die Pumpe in kleinen Schritten zu bewegen, und die Auf- und Ab-Taste, um sie in größeren Schritten zu bewegen.
6
Ändern Sie bei Bedarf die Richtung.
Die Pumpe sollte bei Bewegung in die positive Richtung Flüssigkeit herausdrücken. Wenn es sich in die falsche Richtung bewegt, drehen Sie es um.
7

Ziehen Sie die Spritze etwas über eine große Markierung hinaus heraus. Schieben Sie dann die Spritze in kleinen Schritten bis zur größeren Markierung, sodass der Kolben genau auf der Markierung sitzt. (Aufgrund des Spiels möchten Sie den gesamten Vorgang nur durch Drücken durchführen.)

8

Klicken Sie auf die Home-Schaltfläche, um die Position auf 0 zu setzen.

9

Schieben Sie ihn weiter, bis Sie eine weitere Markierung erreichen (größerer Abstand ist besser). Stellen Sie sicher, dass Sie am Ende kleine Schritte ausführen, um sicherzustellen, dass Sie nur durch Drücken vorgehen.

10

Notieren Sie die aktuelle Position.

11

Teilen Sie die angegebene Anzahl mm mal die Kopplung durch die Anzahl Milliliter zwischen den Markierungen. Dies ist der korrekte Kopplungswert für diese Spritze.

12
Speichern Sie das Profil.

Nachdem Sie die richtige Kupplung eingestellt haben, stellen Sie die maximale Geschwindigkeit auf einen funktionierenden Wert ein (ist sie zu hoch, springt der Motor) und benennen und speichern Sie das Profil. Legen Sie dieses Profil auch als Standard fest.

13
Exportieren Sie das Profil.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Exportlink und speichern Sie das Ziel an einem Ort auf Ihrem Computer, an dem Sie es finden können. Verwenden Sie diese Datei, um das Profil bei Bedarf wiederherzustellen.

14
Ändern Sie die Einheiten.

Wenn Sie möchten, dass die Schnittstelle korrekt ist (natürlich), öffnen Sie das Profil in einem Nur-Text-Editor und ändern Sie die Einstellung „unit_name“ von mm in mL. Speichern Sie es und importieren Sie die neuen Einstellungen. Beachten Sie, wie sich alle Einheiten in der Schnittstelle ändern.

Die Pumpe ist nun betriebsbereit. Sie können die Eingabe der X-Position verwenden, um sie manuell zu verschieben, oder einen G-Code hochladen, der die X-Koordinate verschiebt, um sie in einem vorprogrammierten Muster zu verschieben. Ein einfaches G-Code-Beispiel ist:

Mindestpumpenrate

Die minimale Pumpmenge beträgt einen einzelnen Schritt des Motors; Wie viel das ist, hängt von der Größe der Spritze ab. Hier hat die Leitspindel eine Steigung von 0,8 mm und der Motor macht 3200 Mikroschritte pro Umdrehung, sodass ein Schritt einer Kolbenbewegung von 0,8 mm/3200=250 nm entspricht. Der Querschnitt einer 25-ml-Spritze beträgt etwa 4 cm², ein Schritt ist also das Produkt daraus, nämlich 0,1 mm³ = 0,1 μL.

Es gibt keinen Mindestwert für die Geschwindigkeit, die die Pumpe erreichen kann, aber wenn Sie sich der Schrittgröße nähern, erfolgt der Durchfluss in spürbaren Schritten statt kontinuierlich. Wenn Sie beispielsweise 1 μL/min wünschen, wird alle 6 Sekunden ein Schritt ausgeführt.

Siehe auch

Gekoppelte Initiativen

In den Nachrichten

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„Ein neuer Tag, eine weitere phänomenale Ergänzung der Liste praktischer, hypefreier, realer, greifbarer, 3D-druckbarer Werkzeuge, die mit Sicherheit einige willkommene Veränderungen mit sich bringen werden. Diesmal ist es die wissenschaftliche Gemeinschaft, die Loblieder singen und ihr Glas erheben kann.“ Sie sind dabei, von den Vorteilen 3D-gedruckter Spritzenpumpen zu profitieren – und eine Menge zu sparen.“
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