This work was supported by the NSF (CMMI-1351370).

1. أقنعة تصميم لتلفيق الركيزة المانحة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصميم قناع مع هندسة المرجوة. الى افتعال 100 ميكرومتر مربع × 100 ميكرون الوحدات الفردية السيليكون، واستخلاص مجموعة من 100 ميكرون × 100 ميكرومتر مربع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصميم قناع الثاني مع الهندسة متطابقة، مع كل جانب من تمديد إضافي 15 ميكرون. لمجموعة من 100 ميكرون × 100 ميكرون مربع، واستخلاص مجموعة من 130 ميكرون س 130 ميكرون الساحات التي يمكن أن تغطي الساحات في الخطوة 1.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصميم الهندسة مرساة. رسم أربعة 20 ميكرومتر × 40 ميكرون المستطيلات، كل تركزت على طول حافة واحدة من مربع. وضع الهياكل بحيث يغطي 15 ميكرون الأول الأصلي 100 ميكرومتر مربع × 100 ميكرون في الخطوة 1.1 و 25 ميكرومتر المتبقية يمتد إلى الخارج (كما هو موضح في الشكل 2). ملاحظة: أي الشكل والأبعاد يمكن استخدامها طالما أن الاتصالات مرساة كلا من المواد منقوشة والركيزة. واحدة من نهاية هذا مرساة يغطي المنشأآل الهندسة في الخطوة 1.1 وعلى الطرف الآخر ينبغي أن تمتد من الهندسة في الخطوة 1.2. </li></ol> 2. إعداد استرجاعها الركيزة المانحة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد ف نوع السيليكون مخدر على عازل (SOI) رقاقة مع الجهاز 3 ميكرون سماكة طبقة، مع المقاومة ورقة من 1-20 Ω • سم مربع وسمك طبقة أكسيد من 1 ميكرون. ملاحظة: يمكن لمختلف التطبيقات يتم تبديل هذه المعلمات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف مقاومة للضوء (AZ5214، 3،000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، 1.5 ميكرومتر سميكة) وإرفاق قناع مصممة في الخطوة 1.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام ايون النقش على رد الفعل (ري) الصك، نمط طبقة الجهاز من رقاقة SOI وإزالة قناع مقاومة للضوء. بعد هذه الخطوة، قد تتعرض المنطقة محفورا ري طبقة أكسيد مربع (الشكل 2A). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف مقاومة للضوء (AZ5214، 3،000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، 1.5 ميكرومتر سميكة) ونمط تصميم مع قناع في الخطوة 1.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حرارة الرقاقة عند 125 درجة مئوية لمدة 90 ثانية على طبق ساخن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزج الرقاقة في49٪ HF لمدة 50 ثانية لحفر طبقة أكسيد مربع يتعرض من الخطوة 2.3. بعد التجفيف تماما، وإزالة مقاومة للضوء اخفاء (الشكل 2B). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معطف تدور (AZ5214، 3،000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، 1.5 ميكرومتر سميكة) ونمط تصميم رسو من الخطوة 1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حرارة الرقاقة عند 125 درجة مئوية لمدة 90 ثانية على طبق ساخن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزج في 49٪ HF لمدة 50 دقيقة. هذه الخطوة يحفر طبقة أكسيد مربع المتبقية تحت المتبقية طبقة السيليكون منقوشة الجهاز، مما أدى إلى تعليق الوحدات الفردية السيليكون على مقاومة للضوء (الشكل 2C). </li></ol> 3. أقنعة تصميم لختم Microtip <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصميم قناع مع واحدة 100 × 100 ميكرومتر ميكرومتر مربع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصميم قناع مع عدة ميكرون 12 × 12 ميكرون الساحات داخل 100 × 100 ميكرومتر ميكرومتر المنطقة. </li></ol> 4. جعل قالب لختم Microtip <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنظيف رقاقة السيليكون مع التوجه البلورية &lt;1-0-0&gt;، ديبوالجلوس 100 نانومتر من نيتريد السيليكون باستخدام البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية (PECVD) المعدات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف مقاومة للضوء (AZ5214، 3،000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، 1.5 ميكرومتر سميكة) ونمط تصميم مع قناع في الخطوة 3.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نمط طبقة نيتريد السيليكون باستخدام 10:01 التخزين المؤقت أوكسيد ضوئي (البنك المركزي البريطاني). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حل 80 غرام من هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) في 170 مل من الماء منزوع الأيونات و 40 مل من الكحول الآيزوبروبيل (IPA) خليط كوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسخين كوه، IPA، وخليط الماء عند 80 درجة مئوية على طبق ساخن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع عموديا الرقاقة استعداد في الدورق مع KOH الخليط إلى حفر السيليكون يتعرض في البنية البلورية (معدل الحفر حوالي 1 ميكرون / دقيقة). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد محفورا السيليكون تتعرض بشكل كامل، وإزالة رقاقة من KOH الخليط، حفر بعيدا نيتريد السيليكون باستخدام HF، وأداء RCA 1 و 2 RCA تنظيف (الشكل 3A). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف مع SU-8 100 ونمط مع قناع على استعداد من الخطوة 3.1 مع الوصفة التالية: 3،000 صمساء لمدة 1 دقيقة، خبز لينة عند 65 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة و 95 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، مع تعرض 550 ميغا جول / سم 2، وآخر خبز عند 65 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة و 95 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة (الشكل 3B ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد الشفاء من SU-8 100 بالكامل، وتطبيق أحادي الطبقة من (tridecafluoro-1-،1،2،3 tetrahydro الأوكتيل)-1-trichlorosilane بإسقاط 3-5 قطرات من (tridecafluoro-1، 1،2،3 - tetrahydro الأوكتيل)-1-trichlorosilane في وعاء الفراغ ووضع الرقاقة في جرة وتطبيق فراغ. </li></ol> 5. مكررة وختم Microtip باستخدام القالب <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مزيج polydimethylsiloxane (PDMS) قاعدة وكيل علاج مع نسبة 5:1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ديغا الخليط عن طريق وضعها في وعاء فراغ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صب جزء صغير من خليط PDMS degassed على العفن، والسماح للإنحسر PDMS لتحقيق أعلى سطح مستو (الشكل 3C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع القالب مع PDMS في الفرن عند 70 درجة مئوية لمدة 2 ساعة لعلاج تماما PDMS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة العفن منالفرن وقشر قبالة PDMS (الشكل 3D). </li></ol> 6. استرداد الحبر من الركيزة المانحة وطباعة في المنطقة المستهدفة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الركيزة المانحة على، مراحل الترجمة ذ التناوب و x بمحركات مجهزة المجهر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إرفاق ختم microtip إلى مرحلة متعدية العمودي مستقلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحت المجهر، محاذاة ختم microtip مع الحبر سي على الركيزة المانحة باستخدام متعدية ومراحل التناوب. وعلاوة على ذلك، لا محاذاة إمالة بين سطح microtip والحبر سي عن طريق ضبط مرحلة آماله. بعد ذلك، وجلب الطابع microtip وصولا الى اجراء اتصالات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جلب ببطء الطابع microtip إلى مزيد من الانخفاض بعد الاتصال الأولي، بحيث يتم انهارت نصائح صغيرة تماما والسطح كله هو على اتصال مع الحبر على الركيزة سي المانحة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بسرعة رفع المرحلة ض، كسر المراسي ويرجع ذلك إلى منطقة التماس كبير بين الطابع microtip والحبر سي، لصetrieve الحبر سي من الركيزة المانحة وإرفاقه ختم microtip. ملاحظة: عندما ختم microtip خالية من أي إجهاد، وmicrotip مضغوط يستعيد شكله الأصلي هرمي، مما يجعل الاتصال مع الحد الأدنى من الحبر سي استردادها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الركيزة المتلقي على حرف X، Y مرحلة الترجمة ومحاذاة الحبر سي استرجاع تحت ختم microtip في الموقع المطلوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنحدر المرحلة ض حتى الحبر سي استرجاع بالكاد يجعل الاتصال مع الركيزة المتلقي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد إجراء الاتصال، رفع ببطء المرحلة ض للافراج عن الحبر سي، والطباعة على الموقع المطلوب. </li></ol> 7. عملية التسنيد <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> برنامج فرن التلدين الحراري السريع لدورة من RT تصل إلى 950 درجة مئوية في 90 ثانية، لا تزال في 950 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة ويبرد لRT (عن طريق إزالة أي إمدادات الحرارة في الفرن). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الركيزة المتلقي المطبوعة في الفرن في بيئة الهواء المحيط ويصلب في 950 °مئوية لمدة 10 دقيقة لسي سي الترابط أو على 360 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة لسي والاتحاد الافريقي الترابط. </li></ol>

<ol>
	<li>Stix, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+&#8220;Point+one.">Toward &#8220;Point one.</a> Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).</li><li>Appenzeler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Man+Who+Dared+to+Think+Small.">The Man Who Dared to Think Small.</a> Science. 254, 1300-1301 (1991).</li><li>Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+Microfabrications+The+Science+of+Miniaturization.">Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization.</a> , (2002).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).</li><li>Judy, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microelectromechanical+systems+(MEMS)+fabrication,+design+and+applications.">Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications.</a> Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).</li><li>Jain, V. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Micromanufacturing Process. , (2012).</li><li>Keum, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+micro-masonry+using+elastomeric+stamps+for+three-dimensional+microfabrication.">Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication.</a> J Micromech Microeng. 22, 55018 (2012).</li><li>Keum, H., Chung, H., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+Contact+at+The+Interface+between+Silicon+and+Transfer-Printed+Gold+Films+by+Eutectic+Joining.">Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061 (2013).</li><li>Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatically+Driven+Collapsible+Au+Thin+Films+Assembled+Using+Transfer+Printing+for+Thermal+Switching.">Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching.</a> Appl Phys Lett. 100, 211904 (2012).</li><li>Klaassen, E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+and+deep+reactive+ion+etching:+a+new+technology+for+microstructures.">Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures.</a> Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).</li><li>Barth, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+for+fabrication+of+sensors+actuators+and+microstructures.">Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures.</a> Sens Actuators. A21 - A23, 919-926 (1990).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

الصغرى والبناء، وعرضت في الشكل 4، ينطوي على الانصهار السيليكون الترابط في خطوة الترابط المادية. ويتحقق الترابط السيليكون الانصهار من خلال وضع العينة في فرن التلدين الحراري السريع (RTA الفرن) وتسخين العينة في 950 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة. هذا الشرط الصلب على حد س?...

أنظمة ميكانيكية إلكترونية صغيرة (ممس)، مثل التصغير على نطاق واسع آلات 3D العاديين، لا غنى عنها للنهوض التقنيات الحديثة من خلال توفير تحسينات في الأداء وخفض التكاليف 1،2 التصنيع. ومع ذلك، فإن المعدل الحالي للتقدم التكنولوجي في ممس لا يمكن الحفاظ عليها دون الابتكارات المستمرة في تقنيات التصنيع 3-6. التصنيع الدقيق متجانسة مشتركة تعتمد في المقام الأول على طبقة تلو طبقة العمليات المتقدمة لصناعة الدوائر المتكاملة (IC). وكانت هذه الطريقة ناجحة جدا في تمكين انتاج كميات كبيرة من الأجهزة ممس عالية الأداء. ومع ذلك، ونظرا لالمعقدة طبقة تلو طبقة وطبيعة مطروح electrochemically، تصنيع شكل بتنوع الهياكل والأجهزة 3D ممس، في حين من السهل في macroworld، هي صعبة للغاية لتحقيق استخدام هذا التصنيع الدقيق متجانسة. لتمكين أكثر مرونة التصنيع الدقيق 3D مع تعقيد عملية أقل، ونحن ديفيمتخطى مضافة استراتيجية micromanufacturing 3D (وهو ما يسمى &#39;الصغيرة / نانو البناء&#39;) الذي ينطوي على التجمع القائم على الطباعة نقل المواد متناهية الصغر / النانو بالتعاون مع تقنيات المواد الرابطة تمكين الصلب الحرارية السريع. نقل الطباعة هي طريقة لنقل المواد الصلبة الميكروسكيل (أي &#39;الأحبار الصلبة&#39;) من ركيزة حيث يتم إنشاؤها أو أنها نمت إلى ركيزة مختلفة باستخدام التصاق الجافة التي تسيطر عليها من الطوابع المرنة. الإجراء نموذجية من الأحجار الصغيرة تبدأ الطباعة نقل. الأحبار الصلبة الجاهزة هي نقل المطبوعة باستخدام ختم microtip التي هي شكل متقدم من الطوابع المرنة وصلب الهياكل المطبوعة في وقت لاحق باستخدام الصلب الحرارية السريع (RTA) لتعزيز الحبر الحبر والحبر الركيزة الالتصاق. هذا النهج يتيح للتصنيع بناء الهياكل الميكروسكيل غير عادية، والأجهزة التي لا يمكن استيعابها باستخدام metho الأخرى القائمةس 7. يوفر الصغرى البناء العديد من الميزات الجذابة غير موجودة في غيرها من الطرق: (أ) القدرة على دمج الأحبار الصلبة الوظيفية والهيكلية المواد المختلفة لتجميع أجهزة الاستشعار والمحركات ممس كل متكامل داخل هيكل 3D؛ (ب) واجهات من الأحبار الصلبة تجميعها يمكن أن تؤدي وظيفة والاتصالات الكهربائية والحرارية 9،10؛ (ج) القرار المكانية التجمع يمكن أن تكون عالية (~ 1 ميكرون) من خلال الاستفادة من عمليات الطباعة الحجرية عالية قابلة للتطوير ومفهومة جيدا لتوليد الأحبار الصلبة ومراحل الميكانيكية عالية الدقة لنقل الطباعة (7)؛ و (د) يمكن أن تكون متكاملة الأحبار الصلبة الوظيفية والهيكلية على حد سواء ركائز صلبة ومرنة في مستو أو هندستها منحني الأضلاع.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="758">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:217px;">Name of Material / Equipment</td>
			<td style="width:97px;">Company</td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:347px;">Comments / Description</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Az 5214</td>
			<td>Clariant</td>
			<td></td>
			<td>1.5 mm thick photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Su8-100</td>
			<td>Microchem</td>
			<td></td>
			<td>100 mm Photoresist used in mold</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sylgard 184</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td>PDMS mixed to fabricate stamp</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hydrofluoric Acid</td>
			<td>Honeywell</td>
			<td></td>
			<td>Acid to etch silicon oxide layer</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Silicon on insulator</td>
			<td>Ultrasil</td>
			<td></td>
			<td>Donor substrate was fabricated</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">trichlorosilane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Chemical used to help pealing of PDMS from mold</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

micro-masonry for 3d additive micromanufacturing

نقل الطباعة هي طريقة لنقل المواد متناهية الصغر / النانو الصلبة (وتسمى هنا &quot;الأحبار &#39;) من ركيزة حيث يتم إنشاؤها لأنها ركيزة المختلفة من خلال الاستفادة من الطوابع المرنة. نقل الطباعة يتيح دمج مواد غير متجانسة لصنع هياكل مثيل له أو أنظمة وظيفية التي تم العثور عليها في الأجهزة الحديثة المتقدمة مثل خلايا شمسية مرنة ولمط والمصفوفات LED. أثناء الطباعة نقل يسلك ميزات فريدة من نوعها في قدرة التجمع المواد، واستخدام طبقات لاصقة أو تعديل السطح مثل ترسب الذاتي تجميعها أحادي الطبقة (SAM) على ركائز لتعزيز عمليات الطباعة يعيق التكيف على نطاق واسع في microassembly نظام إلكترونية صغيرة (ممس) الهياكل والأجهزة. للتغلب على هذا القصور، وضعنا على الوضع المتقدم لنقل الطباعة التي تجمع حتمي الأجسام الميكروسكيل الفردية فقط من خلال السيطرة على منطقة الاتصال السطحدون أي تغيير السطح. لعدم وجود طبقة لاصقة أو أي تعديل آخر وعمليات المواد الرابطة اللاحقة ضمان الترابط الميكانيكية فحسب، ولكن أيضا اتصال الحرارية والكهربائية بين المواد تجميعها، والذي يفتح المزيد من التطبيقات المختلفة في التكيف في بناء الأجهزة ممس غير عادية.

الصغرى البناء تمكن التكامل المواد غير المتجانسة لتوليد هياكل ممس التي هي صعبة للغاية أو مستحيلة لتحقيقه من خلال عمليات التصنيع الدقيق متجانسة. من أجل إثبات قدرتها، هي ملفقة هيكل (يسمى &#39;إبريق الشاي الصغيرة&#39;) فقط من خلال البناء الصغيرة. الشكل 4A هو صورة الم?...

Watch this Scientific Journal Video about Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing at JoVE.com

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

يقدم هذه الورقة مضافة استراتيجية 3D micromanufacturing (وهو ما يسمى &#39;البناء الجزئي&#39;) لتصنيع مرنة نظام إلكترونية صغيرة (ممس) الهياكل والأجهزة. هذا النهج ينطوي على التجمع القائم على الطباعة نقل المواد متناهية الصغر / النانو بالتعاون مع تقنيات المواد الرابطة تمكين الصلب الحرارية السريع.

الصغرى البناء ل 3D المضافة Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

micro-masonry-for-3d-additive-micromanufacturing

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Civil Engineering

Engineering

Unit 1

Masonry

SCIENTISTS IN ACTION

10.3K Views.  University of Illinois at Urbana-Champaign.  يقدم هذه الورقة مضافة استراتيجية 3D micromanufacturing (وهو ما يسمى 'البناء الجزئي') لتصنيع مرنة نظام إلكترونية صغيرة (ممس) الهياكل والأجهزة. هذا النهج ينطوي على التجمع القائم على الطباعة نقل المواد متناهية الصغر / النانو بالتعاون مع تقنيات الموا...

Video: Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

عالية الدقة، والسرعة الفائقة، والتصوير ثلاثي الأبعاد الفيديو مع تقنيات الإسقاط هامش الرقمية

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing applications.&#160; For predictive simulations, it has become increasingly important to be able to model the structure of nanohelices accurately.&#160; To study the effect of local structure on the properties of these complex geometries one must develop realistic models.&#160; To date, software packages are rather limited in creating atomistic helical models.&#160; This work focuses on producing atomistic models of silica glass (SiO2) nanoribbons and nanosprings for molecular dynamics (MD) simulations. Using an MD model of &#8220;bulk&#8221; silica glass, two computational procedures to precisely create the shape of nanoribbons and nanosprings are presented.&#160; The first method employs the AWK programming language and open-source software to effectively carve various shapes of silica nanoribbons from the initial bulk model, using desired dimensions and parametric equations to define a helix.&#160; With this method, accurate atomistic silica nanoribbons can be generated for a range of pitch values and dimensions.&#160; The second method involves a more robust code which allows flexibility in modeling nanohelical structures.&#160; This approach utilizes a C++ code particularly written to implement pre-screening methods as well as the mathematical equations for a helix, resulting in greater precision and efficiency when creating nanospring models.&#160; Using these codes, well-defined and scalable nanoribbons and nanosprings suited for atomistic simulations can be effectively created.&#160; An added value in both open-source codes is that they can be adapted to reproduce different helical structures, independent of material.&#160; In addition, a MATLAB graphical user interface (GUI) is used to enhance learning through visualization and interaction for a general user with the atomistic helical structures.&#160; One application of these methods is the recent study of nanohelices via MD simulations for mechanical energy harvesting purposes.

Accurate modeling of nanohelical structures is important for predictive simulation studies leading to novel nanotechnology applications.&#160; Currently, software packages and codes are limited in creating atomistic helical models.&#160; We present two procedures designed to create atomistic nanohelical models for simulations, and a graphical interface to enhance research through visualization.

Nanohelices قابلة للدراسات التنبؤية وتعزيز التصور 3D

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

Novel 3D/VR Interactive Environment for MD Simulations, Visualization and Analysis

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials science, biology, chemistry and physics among many others. A new computational system for the accurate and fast simulation and 3D/VR visualization of nanostructures is presented here, using the open-source molecular dynamics (MD) computer program LAMMPS. This alternative computational method uses modern graphics processors, NVIDIA CUDA technology and specialized scientific codes to overcome processing speed barriers common to traditional computing methods. In conjunction with a virtual reality system used to model materials, this enhancement allows the addition of accelerated MD simulation capability. The motivation is to provide a novel research environment which simultaneously allows visualization, simulation, modeling and analysis. The research goal is to investigate the structure and properties of inorganic nanostructures (e.g., silica glass nanosprings) under different conditions using this innovative computational system. The work presented outlines a description of the 3D/VR Visualization System and basic components, an overview of important considerations such as the physical environment, details on the setup and use of the novel system, a general procedure for the accelerated MD enhancement, technical information, and relevant remarks. The impact of this work is the creation of a unique computational system combining nanoscale materials simulation, visualization and interactivity in a virtual environment, which is both a research and teaching instrument at UC Merced.

A new computational system featuring GPU-accelerated molecular dynamics simulation and 3D/VR visualization, analysis and manipulation of nanostructures has been implemented, representing a novel approach to advance materials research and promote innovative investigation and alternative methods to learn about material structures with dimensions invisible to the human eye.

رواية 3D / VR بيئة تفاعلية لMD المحاكاة، والتصور والتحليل

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

التصوير المقطعي الطاقة المتشتتة الأشعة السينية ل3D عنصري رسم الخرائط من الجسيمات النانوية الفردية

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

3D Printing of Biomolecular Models for Research and Pedagogy

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D structures are most often perceived using the two-dimensional and exclusively visual medium of the computer screen. Converting digital 3D molecular data into real objects enables information to be perceived through an expanded range of human senses, including direct stereoscopic vision, touch, and interaction. Such tangible models facilitate new insights, enable hypothesis testing, and serve as psychological or sensory anchors for conceptual information about the functions of biomolecules. Recent advances in consumer 3D printing technology enable, for the first time, the cost-effective fabrication of high-quality and scientifically accurate models of biomolecules in a variety of molecular representations. However, the optimization of the virtual model and its printing parameters is difficult and time consuming without detailed guidance. Here, we provide a guide on the digital design and physical fabrication of biomolecule models for research and pedagogy using open source or low-cost software and low-cost 3D printers that use fused filament fabrication technology.

Physical models of biomolecules can facilitate an understanding of their structure-function for the researcher, aid in communication between researchers, and serve as an educational tool in pedagogical endeavors. Here, we provide detailed guidance for the 3D printing of accurate models of biomolecules using fused filament fabrication desktop 3D printers.

3D طباعة نماذج الجزيئية البيولوجية للبحوث والتربية

The construction of physical three-dimensional (3D) models of biomolecules can uniquely contribute to the study of the structure-function relationship. 3D ...

A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, using 3D-printing. As these types of devices are sensitive to moisture and oxygen, such a chamber can aid researchers in characterizing the electronic and stability properties. The chamber is intended to be used as a temporary, reusable, and stable environment with controlled properties (including humidity, gas introduction, and temperature). It can be used to protect air-sensitive materials or to expose them to contaminants in a controlled way for degradation studies. To characterize the properties of the chamber, we outline a simple procedure to determine the water vapor transmission rate (WVTR) using relative humidity as measured by a standard humidity sensor. This standard operating procedure, using a 50% infill density of polylactic acid (PLA), results in a chamber that can be used for weeks without any significant loss of device properties. The versatility and ease of use of the chamber allows it to be adapted to any characterization condition that requires a compact-controlled atmosphere.

Here, we present a protocol for the design, manufacture, and use of a simple, versatile 3D-printed and controlled atmospheric chamber for the optical and electrical characterization of air-sensitive organic optoelectronic devices.

دائرة المطبوعة 3D للأجهزة الإلكترونية البصرية العضوية اختبار تدهور

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three dimensions for the geometry and one degree of freedom concerning the material properties at each position) the Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) was developed. It is a direct AM technology which allows the AM of multi-material components. To demonstrate the advantages of this technology black-and-white zirconia components were additively manufactured and co-sintered defect-free.
Two different pairs of black and white zirconia powders were used to prepare different thermoplastic suspensions. Appropriate dispensing parameters were investigated to manufacture single-material test components and adjusted for the additive manufacturing of multi-color zirconia components.

Multi-material Ceramic-Based Components &amp;#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

Here we describe a protocol for additively manufacturing black-and-white zirconia components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) and co-sintering defect-free.

مكونات مادية متعددة المستندة إلى الخزف – المضافة في تصنيع مكونات الزركونيا اللونين الأبيض والأسود بلدن 3D-الطباعة (سيرام-T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...

Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light processing/stereolithography, is developed within the scope of the CerAMfacturing European research project. A three-dimensional (3-D) hemi-maxillary bone-like structure is 3-D printed using custom aluminum oxide polymeric mixtures. The powders and mixtures are fully analyzed in terms of rheological behavior in order to ensure proper material handling during the printing process. The possibility to print functionally graded materials using the Admaflex technology is explained in this document. Field-emission scanning electron microscopy (FESEM) show that the sintered aluminum oxide ceramic part has a porosity lower than 1% and no remainder of the original layered structure is found after analysis.

This manuscript describes the processing of single multifunctional ceramic components (e.g., combinations of dense-porous structures) additively manufactured by stereolithography.

التصنيع المضافة من مواد خزفية وظيفيا متدرج المجسمة

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light ...

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

التصنيع، والتحكم، وتقييم الأداء من روبوت الناعمة مستوحاة من Gecko

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

3D Printing - Evaluating Particle Emissions of a 3D Printing Pen

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament fabrication (FFF) is an inexpensive method used most frequently by consumers. Studies with 3D printers have shown that during the printing process particulate and volatile substances are released. Handheld 3D printing pens also use the FFF method but the consumer&#8217;s proximity to the 3D pens gives reason to higher exposure compared to a 3D printer. At the same time, 3D printing pens are often marketed for children who could be more sensitive to the printing emission. The aim of this study was to implement a low cost method to analyze the emissions of 3D printing pens. Polylactide (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) filaments of different colors were tested. In addition, filaments containing metal and carbon nanotubes (CNTs) were analyzed. An 18.5 L chamber and sampling close to the emission source was used to characterize emissions and concentrations near the breathing zone of the user.
Particle emissions and particle size distributions were measured and the potential release of metal particles and CNTs investigated. Particle number concentrations were found in a range of 105 - 106 particles/cm3, which is comparable to previous reports from 3D printers. Transmission electron microscopy (TEM) analysis showed nanoparticles of the different thermoplastic materials as well as of metal particles and CNTs. High contents of metal were observed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).
These results call for a cautious use of 3D pens due to potential risk to the consumers.

This protocol presents a method to analyze the emission of 3D printing pens. Particle concentration and particle size distribution of the released particle is measured. Released particles are further analyzed with transmission electron microscopy (TEM). Metal content in filaments is quantified by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS).

الطباعة ثلاثية الأبعاد - تقييم انبعاثات الجسيمات من قلم الطباعة ثلاثية الأبعاد

Three-dimensional (3D) printing as a type of additive manufacturing shows continuing increase in application and consumer popularity. The fused filament ...