Station d’étalonnage automatique en ligne de capteurs pour les milieux visqueux

La bio-impression exige un contrôle précis de la quantité de matière extrudée. Une nouvelle méthode permet d’étalonner les systèmes d’impression directement sur la plateforme.

Fiche signalétique

  • Département responsable Technique et informatique
  • Institut Institut für Drucktechnologie IDT
  • Organisation d'encouragement Innosuisse
  • Durée 01.05.2018 - 31.12.2021
  • Responsable du projet Karl-Heinz Selbmann
  • Direction du projet Karl-Heinz Selbmann
  • Partenaire regenHU Ltd
    CSEM SA
  • Mots-clés Microdébits, étalonnage thermique de capteur, optical flow, bio-impression, mesure de capacité de débit en ligne, dosage temps/pression, capteur de débit à usage unique

Situation

Dans les applications de bio-impression, un contrôle précis et propre de l’extrusion est important pour pouvoir générer des structures stables et précises. Les matériaux utilisés pour l’extrusion sont souvent très visqueux et ont un comportement d’écoulement élastique. Cette caractéristique complique la mesure du débit de tels fluides par les capteurs de débit conventionnels. Il est en particulier très difficile de mesurer des débits faibles, comme 0,5 µl/min. L’objectif du projet était de développer une méthode de mesure et le montage correspondant permettant de déterminer une grande plage de débit de fluides très visqueux (0,5 µl/min à 66 µl/min). Du fait que le procédé est utilisé dans le domaine médical, il ne doit pas y avoir de contamination. C’est pourquoi le système doit être soit stérilisable, soit à usage unique (single use).

Approche

La première étape a consisté à établir une liste des capteurs de débit et des technologies existants pour obtenir une première vue d’ensemble du marché actuel. Les capteurs qui entraient en ligne de compte pour ce travail ont été acquis et évalués à partir de cette liste. Cependant, on a constaté qu’aucun des capteurs existants ne répondait à toutes les exigences. C’est pourquoi les différentes technologies ont été examinées de plus près et une nouvelle liste a été établie, qui classe ces technologies en fonction de leurs capacités, de leurs points forts et de leurs points faibles. Finalement, l’équipe de recherche a décidé de développer elle-même tous les prototypes de capteurs mécaniques, thermiques et optiques et de fabriquer le capteur le mieux adapté.

Résultat

La nouvelle méthode consiste en un petit capteur thermique utilisé comme système de mesure en ligne. Un système de caméra permet de calibrer le capteur thermique. Pour l’étalonnage, un programme a été conçu pour permettre de parcourir automatiquement plusieurs débits par étapes. Le signal du capteur thermique est ensuite mesuré et enregistré. En même temps, la sortie de la buse est enregistrée par le système de caméra. Les images fournies par la caméra permettent de calculer le débit exact du fluide à la sortie de la buse à l’aide d’un algorithme. Enfin, le logiciel calcule une fonction d’étalonnage pour le capteur thermique. Après l’étalonnage, le processus d’impression normal peut dès lors être lancé et le débit peut être mesuré à haute fréquence avec le capteur thermique. Pendant le processus d’impression, le système de caméra n’est plus nécessaire.