Open-source syringe pump/오픈소스 주사기 펌프

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이 논문은 거의 모든 실험실에서 사용하기에 적합한 고품질 과학 장비를 개발하고 제조하는 새로운 오픈 소스 방법을 소개합니다. 무료로 제공되는 오픈 소스 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하여 주사기 펌프를 설계하고, 오픈 소스 RepRap 3D 프린터와 쉽게 구할 수 있는 부품을 사용하여 제작했습니다. 설계, 부품 목록 및 조립 설명서는 전 세계 누구나 ​​이용할 수 있도록 공개되어 있습니다. CAD 소프트웨어와 RepRap 3D 프린터 사용법에 대한 자세한 설명이 제공됩니다. (부분적으로 오픈 소스인) Raspberry Pi 컴퓨터를 무선 제어 장치로 사용하는 방법도 설명합니다. 주사기 펌프의 성능을 평가하고 평가 방법을 자세히 기술합니다. 컨트롤러와 웹 기반 제어 인터페이스를 포함한 전체 시스템 비용은 유사한 성능을 가진 상용 주사기 펌프 가격의 5% 이하입니다. 이 설계는 시약, 의약품의 정밀한 투여, 점성 3D 프린터 재료의 공급 등 주사기 펌프가 필요한 다양한 연구 활동에 적합할 것입니다.

• 선형 액추에이터 및 펌프 서버의 소스 코드는 다음 링크에서 확인할 수 있습니다: https://github.com/mtu-most/linear-actuator
• 펌프를 직접 제작하려면 다음 링크에서 MOST SCAD 라이브러리 파일을 다운로드해야 합니다. https://github.com/mtu-most/most-scad-libraries 모든 파일을 다운로드하여 펌프 관련 파일과 같은 폴더에 넣으면 SCAD가 정상적으로 컴파일됩니다.
• 예를 들어 STL 파일은 https://www.youmagine.com/designs/syringe-pump 에서 확인할 수 있습니다.
• 참고: 린치 오픈 소스 주사기 펌프 개조 - 1) 모터를 작동시키지 않고 푸셔 블록을 이동시키는 탈출 메커니즘, 2) 쉽게 제거할 수 있도록 개방형 주사기 클램프, 3) EasyDriver를 사용한 Arduino 제어 기능을 포함합니다.
• 이와 같은 프로젝트에 참여하는 것의 가치를 계산하려면 다음을 참조하세요. 오픈 소스 하드웨어 개발의 가치 정량화

E. Hunt D80의 오픈소스 주사기 펌프 관련 발표

참고: 이 페이지는 기계 제작 및 소프트웨어 설치에 대해 설명합니다. 논문은 최초 구현 당시의 전자 장치 구성에 대해 설명합니다. 이 방법은 더 이상 유지 관리되지 않습니다. 현재는 RAMPS 또는 Melzi and Franklin 과 같은 3D 프린터 컨트롤러를 사용하여 장치를 제어하는 ​​것이 좋습니다. 이전 방법에 대한 자세한 내용은 이 페이지의 토론 탭에서 확인할 수 있습니다.

재료 3D 프린팅 세다 모터 엔드 1 마차 1 플런저 홀더 베이스 1 플런저 홀더 탭 1 바디 홀더 2 아이들러 엔드 1 모터 및 금속 세다 NEMA17 모터 1 5mm x 5mm 샤프트 커플링 1 625z 볼 베어링 2 LM6UU 선형 베어링 2 M3 x 10mm 소켓 헤드 캡 스크류 6 M3 x 20mm 소켓 헤드 캡 스크류 4 M3 x 40mm 소켓 헤드 캡 스크류 4 M3 육각 너트 13 M5 육각 너트 5 M5 나사산 봉 0.2m 1 6mm A2 공구강 0.2m 2

도구 M3 육각 렌치 3mm 드릴 비트

1

모터를 모터 끝부분에 고정하려면 M3 와셔 4개와 M3 x 20mm 소켓 헤드 캡 스크류 4개를 사용하십시오.

2

2개의 금속 막대를 모터 끝부분에 삽입한 다음, M3 너트 2개와 M3 x 10mm 소켓 헤드 캡 스크류 2개를 사용하여 제자리에 고정합니다.

3

나사산이 있는 막대를 커플러에 절반 정도 삽입하고 나머지 절반은 모터에 끼운 후 고정하십시오.

4

휴대용 드릴 비트나 칼을 사용하여 플라스틱에 구멍을 뚫어 캐리지의 양쪽 끝 부분을 파냅니다.

5

리니어 베어링을 캐리지의 오목한 끝부분에 끼워 넣습니다. 그런 다음 캐리지 하단의 너트 트랩에 M5 너트를 삽입합니다.

6

플런저 홀더의 베이스를 M3 너트 2개와 M3 x 10mm 소켓 헤드 캡 스크류 2개를 사용하여 캐리지에 부착합니다.

7

연결된 분리 용기.

8

캐리지를 나사산이 있는 막대에 끼우고 두 개의 금속 막대가 선형 베어링에 제대로 맞는지 확인하십시오.

9

캐리지가 나사산 막대의 중간쯤에 위치하면 M5 너트 두 개를 나사산 막대에 끼웁니다.

10

두 개의 베어링을 아이들러 끝부분의 원형 슬롯에 삽입하십시오.

11

이제 아이들러 끝부분을 로드에 끼우고 나사산이 있는 로드 끝부분에 M5 너트 두 개를 더 조여 고정합니다. 로드에 이미 끼워져 있는 너트 두 개를 아이들러 끝부분까지 밀어 넣어 단단히 고정합니다.

12

주사기 본체를 본체 홀더에 삽입한 다음, 피스톤을 피스톤 홀더 바닥 부분에 밀어 넣습니다.

13

M3 x 40mm 볼트 4개, M3 와셔 4개, M3 너트 4개를 사용하여 두 개의 고정 부품을 펌프의 아이들러 끝부분에 고정합니다. 너트 2개는 캐리지에 더 가까운 홀더 상단에, 나머지 2개는 아이들러 끝부분에 닿는 홀더 하단에 조입니다.

14

펌프에 고정하고 사용 중 미끄러짐을 방지하려면 플런저 홀더의 탭을 플런저 상단에 삽입하십시오.

이 문서는 Franklin을 사용하여 장치를 제어하는 ​​방법 에 대한 설명입니다 . 최신 버전은 GitHub 에서 무료로 다운로드할 수 있습니다 .

(본 문서에서는 최초 구현 방식에 대한 전자 장치 설명을 제공합니다. 이 방식은 더 이상 사용되지 않으며, 현재는 RAMPS 또는 Melzi와 같은 RepRap 3D 프린터 컨트롤러(온라인에서 구매 가능)와 Franklin 소프트웨어를 사용하여 장치를 제어하는 ​​것이 좋습니다. 원래 설명서는 토론 탭에서 확인할 수 있습니다.)

모터는 제어 보드의 첫 번째 축(일반적으로 X축이라고 함)용 단자에 연결해야 합니다. Franklin에서 사용 중인 보드에 맞는 프로파일을 불러온 다음, 프로파일을 설정하고 펌프를 보정하십시오.

1

온도 개수를 0으로, 위치 축을 1로, 압출기 및 팔로워를 0으로 설정하십시오.

2

두 개의 리미트 스위치를 모두 비활성화하십시오.

3

커플링을 100 스텝/mm로 설정하고 속도 제한을 20mm/s로 설정하십시오.

4

스위치 위치를 0으로 설정한 다음 펌프를 원점으로 되돌리십시오. 이렇게 하면 현재 위치가 스위치 위치로 설정됩니다.

5

x 위치 입력값을 선택하세요. 그런 다음 위아래 화살표 키를 눌러 펌프를 조금씩 이동시키고, 위아래 화살표 키를 눌러 더 큰 단계로 이동시키세요.

6

펌프는 정방향으로 움직일 때 액체를 밀어내야 합니다. 만약 반대 방향으로 움직인다면, 펌프의 방향을 반대로 하십시오.

12

올바른 커플링을 설정한 후, 최대 속도를 적절한 값으로 조정하십시오(속도가 너무 높으면 모터가 건너뛰게 됩니다). 그런 다음 프로필 이름을 지정하고 저장하십시오. 또한 이 프로필을 기본 프로필로 설정하십시오.

13

내보내기 링크를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 컴퓨터에서 찾기 쉬운 위치에 대상 파일을 저장하세요. 필요한 경우 이 파일을 사용하여 프로필을 복원할 수 있습니다.

14

인터페이스가 올바르게 표시되기를 원하신다면(당연히 그러시겠죠), 일반 텍스트 편집기에서 프로필 파일을 열고 unit_name 설정을 mm에서 mL로 변경하세요. 저장하고 새 설정을 불러오세요. 인터페이스의 모든 단위가 변경된 것을 확인하실 수 있습니다.

이제 펌프를 사용할 준비가 되었습니다. X 위치 입력란을 사용하여 수동으로 이동하거나, X 좌표를 이동시키는 G 코드를 업로드하여 미리 프로그래밍된 패턴으로 펌프를 움직일 수 있습니다. 간단한 G 코드 예시는 다음과 같습니다.

최소 펌핑량은 모터의 한 스텝에 해당하며, 그 크기는 주사기의 크기에 따라 달라집니다. 이 경우 리드 스크류의 피치는 0.8mm이고 모터는 회전당 3200 마이크로스텝을 수행하므로, 한 스텝은 플런저의 이동 거리 0.8mm/3200=250nm입니다. 25ml 주사기의 단면적은 약 4cm²이므로, 한 스텝은 이 두 단면적의 곱인 0.1mm³=0.1μL입니다.

펌프의 속도에는 최소값이 정해져 있지 않지만, 스텝 크기에 가까워지면 유량이 연속적이지 않고 눈에 띄게 단계적으로 변합니다. 예를 들어 1μL/min의 유량을 원하는 경우 6초마다 한 단계씩 작동합니다.

• 린치 오픈소스 주사기 펌프 개조 - 다음 기능을 포함합니다: 1) 모터를 작동시키지 않고 푸셔 블록을 이동시키는 탈출 메커니즘, 2) 쉽게 분리할 수 있도록 개방형 주사기 클램프, 3) EasyDriver를 사용한 아두이노 제어
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"또 다른 놀라운 소식이 전해졌습니다. 과장 없이 실용적이고 실질적이며, 만질 수 있는 3D 프린팅 가능 도구들이 앞으로 많은 변화를 가져올 것이라는 기대감이 커지고 있습니다. 이번에는 과학계가 3D 프린팅 주사기 펌프의 등장으로 큰 혜택을 누리고 비용도 크게 절감할 수 있게 되어 환호성을 지르며 축배를 들 만합니다."

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