Desarrollo de un sistema para el control de posición en los ejes X, Y, Z de un sistema inyector-colector en el proceso de electrohilado de andamios de nanofibras

Abstract

Este artículo muestra el diseño y la implementación de un sistema de control electrónico que posiciona un inyector que emite un flujo polimérico respecto a un colector donde se depositan fibras sólidas en un equipo de electrohilado utilizado en la preparación de nanofibras poliméricas. Recientes estudios evidencian la relación entre la calidad de la superfcie y morfología de las fibras a escala micronanométrica y el control del posicionamiento inyector-colector de la técnica de electrohilado. El sistema de control electrónico está compuesto de etapas fundamentales: interfaz para la interacción usuario-máquina, actuadores que permiten el posicionamiento en los
tres ejes cartesianos, potencia para el adecuado control de los actuadores, alimentación que genera las señales necesarias para el adecuado funcionamiento del sistema. El sistema electrónico se plantea con base en pruebas realizadas para determinar la relación de distancia del inyector a colector y el diámetro promedio de fbra, así como los datos obtenidos en diferentes posiciones en un solo eje. Las pruebas fueron realizadas en el Instituto de Investigación en Materiales (IIM) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), con el fin desarrollar un sistema de electrohilado en la Universidad Pedagógica y Tecnología de Colombia (UPTC). Las fibras se
caracterizaron por medio de la técnica de microscopia electrónica de barrido. A partir del diseño y la implementación del sistema electrónico, se logró hacer un aporte signifcativo en la técnica de electrohilado; esto permitirá hacer más eficiente el proceso, pues se aumentará el índice de reproducibilidad en los experimentos para la investigación en la preparación de nanofibras

Abstract

This article shows the design and implementation of an electronic control system that positions an injector that emits a polymer flow with respect to a manifold where solid fibers are deposited by electrospinning equipment used in the preparation of polymer nanofibers. Recent studies show the relationship between surface quality and fiber morphology at a micronanometric scale and the control of the nozzle-collector positioning of the electrospinning technique. The electronic control system consists of some fundamental stages: user-machine interaction interface, actuators that allow positioning on all three Cartesian axes, power for proper control of the actuators and
a power supply that generates the necessary signals for the proper operation of the system. The electronic system is based on tests performed to determine the distance ratio of the injector to the collector and the average fiber diameter, as well as the data obtained in different positions on a single axis. The tests were carried out at the Materials Research Institute (IIM) of the National Autonomous University of Mexico (UNAM), in order to develop an electrospinning system at the Pedagogical University and Technology of Colombia (UPTC). The fibers were characterized using a scanning electron microscopy technique. From the design and implementation of the electronic system, it was possible to make a signifcant contribution to the technique of electrospinning; this will enable the process to become more efficient, as it will increase the reproducibility index in investigations for the research of the preparation of nanofibres.

Resumo

Neste artigo se apresenta o projeto e implementação de um sistema de controle eletrônico que posiciona um injetor que emite um fluxo de polímero em relação a um colector aonde as fibras sólidas são depositadas em um equipamento de eletrofação utilizado na preparação de nanofibras de polímero. Estudos recentes têm evidenciado a relação entre a qualidade da superfície e a morfologia da fibra na escala micronanométrica e o controle do posicionamento injector-coletor da técnica de eletrofação. O sistema de controle eletrônico se compõe em etapas fundamentais: interface de interação usuário-máquina, atuadores que permitem o posicionamento em todos os três eixos cartesianos, potência para o controle adequado dos atuadores, fonte de alimentação que gera os sinais necessários para o bom funcionamento do sistema. O sistema eletrônico baseia-se em testes realizados para determinar a proporção de distância do injetor para o coletor e o diâmetro médio da fibra, bem como os dados obtidos em diferentes posições em um único eixo. Os testes foram realizados no Instituto de Pesquisa de Materiais (IIM) da Universidade Nacional Autônoma do México (UNAM), para desenvolver um sistema de eletrofação na Universidade Pedagógica e Tecnologia da Colômbia (UPTC). As fibras foram caracterizadas por medio da técnica de microscopia eletrônica de varredura. A partir do projeto e implementação do sistema eletrônico, foi possível fazer uma contribuição signifcativa na técnica de eletrofação; Isso permitirá tornar o processo mais eficiente, pois o índice de reprodutibilidade nos experimentos de pesquisa na preparação de nanofibras pode ser aumentado.