Name: a soft tooling process chain for injection molding of a 3d component with micro pillars
Uploaded: 2018-08-04T12:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars at JoVE.com

وتفيد هذه الورقة الأعمال المضطلع بها في إطار المشروع "متقدمة المعالجة السطحية للأجهزة الطبية القابلة للغرس" تموله الدانمرك "صندوق الابتكار". صاحب البلاغ الاعتراف بامتنان الدعم من ميكرومان شبكة تدريب مبتكرة الأوروبية "بصمة عملية زيروديفيكت صافي-الشكل ميكرومانوفاكتورينج" الممولة من أفق 2020 البرنامج الإطاري للبحث والابتكار الأوروبي الاتحاد.

1-إدراج تلفيق بمضافات التصنيع (صباحا)
<ol><li>تصميم تجاويف اللازمة عن طريق برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (انظر المواد التكميلية للملفات المستخدمة في هذا العمل). ملاحظة: صنع تدرج مباشرة في مرحلة بناء دون دعم لتجنب تشويه إدراج أثناء علاج. التسامح 0.05 مم.</li>
	<li>اختر راتنج لصور البلمرة، لا سيما واحدة التي يمكن أن تحمل الضغط والحرارة أثناء حقن صب. ملاحظة: قد الراتنج اخترنا (انظر الجدول للمواد) الشد 56 الآلام والكروب الذهنية، استطالة عند كسر 3.5 في المائة، والعاطفة قوامها 115 الآلام والكروب الذهنية، معامل الكسر 3350 الآلام والكروب الذهنية، وانحراف حرارة درجة حرارة 140 درجة مئوية18.</li>
	<li>مزيج مزيج مركب صانعوا (ميثاكريلات الميثيل الملكية والاكريلاميد مزيج، مع TiO2 على أساس صور بادئ) جيدا لمدة 30 دقيقة على الأقل بتشغيل اسطوانة مادية اسطوانة زجاجة الرطب-المختبر، شاكر قارورة أو جهاز خلط مماثل.</li>
	<li>إعداد الجهاز البلمرة صور (فوكسل-حجم 16 ميكرومتر):<ol>
<li>آلات ص التصاعدي، تحقق من أن طلاء ضريبة القيمة المضافة غير التالفة وتنظيفها جيدا.</li>
		<li>لآلات من أعلى إلى أسفل، وفحص نظام المسح لأي عيوب.</li>
		<li>فحص مرحلة البناء وضبط لوحة الإنشاء باستخدام 100 ميكرومتر قياس إحباط لإزاحة لوحة البناء للضريبة على القيمة المضافة بشكل صحيح.</li>
		<li>قبل إشعال مصدر الضوء للأداة آلة إذا أمكن التوصل إلى حالة ثابتة درجة الحرارة قبل التقدم. ينبغي أن يكون هذا درجة حرارة 65 درجة مئوية في المحرك الخفيفة و 30 درجة مئوية داخل الضريبة على القيمة المضافة.</li>
	</ol>
</li>
	<li>استيراد الهندسة إلى وظيفة إعداد البرامج. اتبع الإرشادات من الشركة المصنعة للجهاز19.<ol>
<li>تعيين معلمات الجهاز المناسب لمطابقة صانعوا المختار (سمك كثافة وطبقة خفيفة للإله المستخدمة).</li>
		<li>تشغيل البنية في أعلى دقة الجهاز الرأسي (25 ميكرومتر في هذا البحث).</li>
	</ol>
</li>
	<li>تنظيف إدراج المطبوعة.<ol>
<li>شطف في الايزوبروبانول يتعرضون لحمام الموجات فوق الصوتية للحد الأدنى 3 أشطف جيدا ثلاث مرات، وضمان أن يتم ترك لا بقايا صانعوا على سطح إدراج المطبوعة.</li>
		<li>تسمح المذيبات تتبخر تماما في درجة حرارة الغرفة وتعيين تدرج في مجفف للمبيت جاف في درجة حرارة الغرفة.</li>
	</ol>
</li>
	<li>وظيفة علاج إدراجات المجفف باستخدام الأشعة فوق البنفسجية يومض مرتين، في كل مرة قبل عام 2000 ومضات مع تردد ومضات 10 في الثانية الواحدة (انظر الجدول للمواد).</li>
</ol>2-حقن صب (IM)
<ol><li>تثبيت الوحدة النمطية الحقن الجزئي على تقليدية حقن صب الإله (انظر الجدول للمواد). ملاحظة: في حالتنا هذه، كانت وحدة حقن المسمار مثبتة بزاوية مقدارها 45 درجة، قطر المسمار 8 مم، وكانت القوة لقط 100 كيلو نيوتن.</li>
	<li>جبل تدرج على لوحات العفن.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig1.jpg"> رقم 1: آلة الحقن مع قوالب. (أ) إلى جانب الحقن يتم تجميعها مع اللوحات. يتم تمييز الإدراج بدائرة حمراء. (ب) الجانب منقولة يتم تجميعها مع اللوحات مع دبوس قذف. يتم تمييز الإدراج بدائرة حمراء. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<ol start="3"><li>لمراعاة الاختلافات أثناء عملية الطباعة، جعل يدوياً أي تعديلات طفيفة على إدراج ضرورية من أجل احتواء العفن.</li>
	<li>برغي ألواح العفن على الجهاز.</li>
	<li>تحميل حبيبات PE على هوبر.</li>
	<li>تعيين المعلمة آلة تيالعفن في 60 درجة مئوية، تيالبرميل على 175 درجة مئوية، والخامسالحقن في 65 مم/س. السماح بوقت كاف التبريد للجزء يكون ديمولديد.</li>
	<li>حرارة المسمار على 31 درجة مئوية و 155 درجة مئوية، 165 درجة مئوية، 170 درجة مئوية و 175 درجة مئوية من اليوم الأول للدورة الخامسة. عند درجة حرارة ذوبان 175 درجة مئوية، يبدأ صب حقن دقيقة. بمجرد ملء التجويف، الحفاظ على ضغط 300 بار لمدة 5 ثوان للتعويض عن انكماش PE التعبئة.</li>
	<li>فتح القالب والسماح بدبوس الإخراج لدفع الجزء PE من الجهة المنقولة من إدراج. إذا كان الجزء PE فرضت على الإدراج، تأخذ الجزء بها باليد.</li>
	<li>إيقاف الجهاز في دورات 100 من حقن صب (يتم تعريف دورة من عند إغلاق العفن حتى يتم إخراج الجزء).</li>
</ol>3-نوعية التقييم
<ol><li>قياس القطر وعمق الثقوب في إدراج قبل حقن صب بليزر المسح مجهر رقمي20 . التدبير المتعلق بإدراج على حد سواء؛ في كل إدراج، قياس أربع فتحات في هذين المجالين مع المسافة مختلفة إلى بوابة "بالقرب من بوابة" و "بعيداً عن البوابة".</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig2.jpg"> رقم 2: قياس المناطق التي أبرزت في صورة كندي من إدراج- (أ) إدراج الجانب منقولة تناظر هاربة من النسخة المتماثلة؛ (ب) إلى جانب الحقن تناظر الجانبين أعلى من النسخة المتماثلة. يحدد موقع بوابة الحقن في المركز. تتم مقارنة هذين المجالين مع اختلاف المسافة إلى البوابة، "بعيداً عن بوابة" و "بالقرب من بوابة" في البحث. (وقد تم تعديل هذا الرقم من تشانغ وآخرون عام 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<ol start="2"><li>قياس القطر وارتفاع الأعمدة في قواديس المتعقبة التي تم الحصول عليها من حقن صب. ملاحظة: تجميع أجزاء PE التي تم الحصول عليها في دفعات من 10 قطعة؛ هي الدفعة الأولى أي 1-10، 11-20 هي الدفعة الثانية؛ حتى آخر قطعة. استخدام عينة عشوائية واحدة في كل دفعة والقيام بالقياسات على الجانبين مرة أخرى؛ وأعلى على كل جانب، قياس الدعائم الأربع في هذين المجالين مع المسافة مختلفة إلى البوابة ("بالقرب من بوابة" و "بعيداً عن بوابة").</li>
	<li>تحليل البيانات بالمساعدة من معالجة البرمجيات21 بغية الحصول على الأبعاد الصور.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Doan, N., 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=Low-Cost+Photolithographic+Fabrication+of+Nanowires+and+Microfilters+for+Advanced+Bioassay+Devices.">Low-Cost Photolithographic Fabrication of Nanowires and Microfilters for Advanced Bioassay Devices.</a> Sensors. 15 (3), 6091-6104 (2015).</li><li>Lucchetta, G., 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=Effect+of+injection+molded+micro-structured+polystyrene+surfaces+on+proliferation+of+MC3T3-E1+cells.">Effect of injection molded micro-structured polystyrene surfaces on proliferation of MC3T3-E1 cells.</a> Express Polymer Letters. 9 (4), 354-361 (2015).</li><li>Hu, H., Tian, H., Shao, J., Ding, Y., Jiang, C., Liu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+bifocal+microlens+arrays+based+on+controlled+electrohydrodynamic+reflowing+of+pre-patterned+polymer.">Fabrication of bifocal microlens arrays based on controlled electrohydrodynamic reflowing of pre-patterned polymer.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 24 (9), 095027 (2014).</li><li>Kolind, K., Dolatshahi-Pirouz, A., Lovmand, J., Pedersen, F. S., Foss, M., Besenbacher, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+combinatorial+screening+of+human+fibroblast+responses+on+micro-structured+surfaces.">A combinatorial screening of human fibroblast responses on micro-structured surfaces.</a> Biomaterials. 31 (35), (2010).</li><li>Wilkinson, C. D., Riehle, M., Wood, M., Gallagher, J., Curtis, A. S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+materials+patterned+on+a+nano-+and+micro-metric+scale+in+cellular+engineering.">The use of materials patterned on a nano- and micro-metric scale in cellular engineering.</a> Materials Science and Engineering C. 19 (1-2), 263-269 (2002).</li><li>Hansen, H. N., Hocken, R. J., Tosello, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replication+of+micro+and+nano+surface+geometries.">Replication of micro and nano surface geometries.</a> CIRP Annals. 60 (2), 695-714 (2011).</li><li>Metwally, K., Barriere, T., Khan-Malek, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replication+of+micrometric+and+sub-micrometric+structured+surfaces+using+micro-injection+and+micro-injection+compression+moulding.">Replication of micrometric and sub-micrometric structured surfaces using micro-injection and micro-injection compression moulding.</a> International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 83 (5-8), 779-789 (2016).</li><li>Nian, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+embossing+system+for+replicating+micro-structures+on+curved+surfaces.">Novel embossing system for replicating micro-structures on curved surfaces.</a> International Polymer Processing. 29 (3), 364-370 (2014).</li><li>Bissacco, G., 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=Application+of+functional+nano-patterning+to+polymer+medical+micro+implants.">Application of functional nano-patterning to polymer medical micro implants.</a> Proceedings of the 4m/icomm2015 Conference. , (2015).</li><li>Diaz Lantada, A., Piotter, V., Plewa, K., Barie, N., Guttmann, M., Wissmann, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+mass+production+of+microtextured+microdevices:+Linking+rapid+prototyping+with+microinjection+molding.">Toward mass production of microtextured microdevices: Linking rapid prototyping with microinjection molding.</a> International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 76 (5-8), 1011-1020 (2015).</li><li>Volpato, N., Solis, D. M., Costa, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+analysis+of+Digital+ABS+as+a+rapid+tooling+material+for+polymer+injection+moulding.">An analysis of Digital ABS as a rapid tooling material for polymer injection moulding.</a> International Journal of Materials and Product Technology. 52 (1-2), 3-16 (2016).</li><li>Mischkot, M., Hansen, H. N., Pedersen, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+for+the+production+of+inserts+for+micro+injection+moulding.">Additive manufacturing for the production of inserts for micro injection moulding.</a> Proceedings of Euspen's 15th International Conference &amp; Exhibition. , (2015).</li><li>Zhang, Y., Hansen, H. N., S&#248;rensen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injection+molding+of+micro+pillars+on+vertical+side+walls+using+polyether-ether-ketone+(PEEK).">Injection molding of micro pillars on vertical side walls using polyether-ether-ketone (PEEK).</a> Proceeding of 11th International Conference on Micro Manufacturing. , (2016).</li><li>Zhang, Y., Mischkot, M., Hansen, H. N., Hansen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replication+of+microstructures+on+three-dimensional+geometries+by+injection+moulding+of+liquid+silicone+rubber.">Replication of microstructures on three-dimensional geometries by injection moulding of liquid silicone rubber.</a> Proceedings of the 15th International Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, ASPE, March 2015. , (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Envisiontec Perfactory MML with ERM. Technical Specifications Document no. MK-MCS-P3MiniMulti-V01-FN-EN. , (2018).</li><li>Hofst&#228;tter, T., Mischkot, M., Pedersen, D. B., Tosello, G., Hansen, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+surface+texture+and+cracks+during+injection+molding+of+fiber-reinforced,+additively-manufactured,+injection+molding+inserts.">Evolution of surface texture and cracks during injection molding of fiber-reinforced, additively-manufactured, injection molding inserts.</a> Proceedings of ASPE Summer Topical Meeting 2016: Dimensional Accuracy and Surface Finish in Additive Manufacturing. , (2016).</li><li>. Perfactory&#174; Material Available from: <a target="_blank" href="https://envisiontec.com/wp-content/uploads/2016/09/MK-MTS-HTM140IndustrialIV-V01-FN-EN.pdf">https://envisiontec.com/wp-content/uploads/2016/09/MK-MTS-HTM140IndustrialIV-V01-FN-EN.pdf</a> (2017)</li><li>. Software Manual, 2010 Available from: <a target="_blank" href="https://digfablab.wikispaces.com/file/view/Getting+started.pdf">https://digfablab.wikispaces.com/file/view/Getting+started.pdf</a> (2010)</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Olympus LEXT OLS4100 laser scanning digital microscope Manual. , (2018).</li><li>. SPIP&#8482; - Analytical Software for Microscopy Available from: <a target="_blank" href="https://www.imagemet.com/products/spip/">https://www.imagemet.com/products/spip/</a> (2017)</li><li>Zhang, Y., Pedersen, D. B., G&#248;tje, A. S., Mischkot, M., Tosello, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+soft+tooling+process+chain+employing+additive+manufacturing+for+injection+molding+of+a+3d+component+with+micro+pillars.">A soft tooling process chain employing additive manufacturing for injection molding of a 3d component with micro pillars.</a> Journal of Manufacturing Processes. 27, 138-144 (2017).</li></ol>

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

هذا الأسلوب مناسبة لتلفيق إدراج أجزاء البوليمر مع الأشكال المعقدة. فإنه يستبدل تجويف القالب الصلب أداة في حقن صب الإله مع مجموعة من إدراج أداة الناعمة المصنوعة من البوليمرات. يتم تقليل وقت التشغيل الميكانيكي وتكلفة مقارنة بالقطع المعدنية التقليدية؛ ولذلك، يتم تقصير دورة الإنتاج. هذه السلسلة العملية مناسبة للمنتجات في إنتاج متوسطة الحجم (من 1000-10,000 دورات عن طريق حقن صب أو ما شابه ذلك)، ولكن تباين عالية في التصميم. وعلاوة على ذلك، لإدراج مطبوع ثلاثي الأبعاد، لا توجد لوحات العفن الخاصة مطلوبة. لوحات صب حقن التجارية القياسية التي تم شراؤها وتشكيله لاحتوائه إدراج.
في التكنولوجيا الحالية فشل الدولة، لينة الأدوات إليه متميزة17. تم التعرف على إليه عدم ربط انحراف الحرارة درجة حرارة إدراج الأدوات الناعمة وتم التعرف التحلل بسبب الغازي. ولذلك، أن الخطوة الأكثر أهمية أن تختار الراتنج الحق لإدراج التصنيع المضافة التي تنتجها. تحدد الخصائص الحرارية والميكانيكية في حياة إدراج، أي، كم عدد دورات يمكن أن تحمل أثناء حقن صب. كما أنها تحدد نطاق البوليمر مصبوب؛ لا ينبغي أن تكون درجة حرارة العفن البوليمر مصبوب أعلى من درجة حرارة انحراف المواد إدراج.
الخطوة الحاسمة الثانية في البروتوكول هو تصميم الإدراج. ينبغي أن يتبع القواعد العامة لتصميم القالب وينبغي تجنب أجزاء ضعيفة ميكانيكيا في إدراج 3D البوليمرات مطبوعة؛ وبخلاف ذلك، سوف تتأثر حياة أداة سبب الفشل مثل الشقوق.
محدودة نوعية السطح من أجزاء مصبوب الحقن التي تم الحصول عليها خلال عملية التصنيع المضافة المطبقة. بعد تجهيز مثل النقش الكيميائية حل ممكن لتحسين نوعية السطحية. دقة السمات السطحية مسألة أخرى بسبب عملية التصنيع المضافة.
سيتم إنشاء هذا الأسلوب إمكانية لخلق ميزات الصغيرة على سطح الشكل الحر الحقيقي على مطالب صناعية جديدة إنتاج منصة اجتماع. ولذلك، هذا الأسلوب ينطوي على إمكانية تطبيقها والتحقيق للتطبيقات فيما يتعلق بالأجهزة الطبية الجيل القادم التي تتطلب ميزات الصغرى في الأشكال المعقدة، على سبيل المثال فيما يتعلق بالأجهزة الطبية أو وسائل ترسيخ14 . هذا الأسلوب سوف تيسر خلق القيمة من خلال النفقات انخفاضا كبيرا لإنتاج سلسلة الصغيرة والمتوسطة الحجم، وتؤثر تأثيراً إيجابيا على مقياس الوقت للإنتاج في الفجوة بين 1-10 أجهزة فردية والإنتاج الجماهيري الحقيقي. فإنه سيتم فتح جديدة من المنتجات ذات القيمة العالية وتصميم الحلول.

طريقة عرض يهدف إلى صنع سطح معقدة مع ميزات الصغيرة بعملية ميسرة-الأدوات، أي استخدام البوليمر التصنيع المضافة لإنتاج إدراج لصب حقن البوليمر. وبعبارة أخرى، أجزاء البوليمر مع الأسطح الوظيفية حقن مصبوب بإدراج البوليمر.
وظائف السطحية يمكن أن تتحقق بميزات الصغرى؛ على سبيل المثال، دوان et al. 1 ولوتشيتا et al. 2 تثبت الأسطح الوظيفية في مجال بيولوجيا الخلية، وهو جين تاو et al. 3 يبين مثال للعناصر البصرية، و ما إلى ذلك نوع واحد من ميزة السطحية، والأركان الصغرى، حقق مكثفة لتشجيع انتشار الخلايا. فقادرة على تعزيز الترابط بين الأنسجة المتكاثرة والسطح إذا منقوشة دعائم الجزئي في بعض طرق4،5.
بوليمر تكرار السمات الجزئية قد درست مكثفة، وصب دقيقة يمكن أن يتحقق بالعديد من العمليات6. على سبيل المثال، أبلغت متولي et al. عالية الدقة بين أجزاء مصبوب والعفن للنسخ متماثل سمات الجزئية والفرعية الصغرى على الأسطح المسطحة7.
وهناك العديد من البروتوكولات للتصنيع الجزئي ركائز أو الميزات؛ ومع ذلك، يمكن تطبيق معظمها فقط على الأسطح المسطحة أو الأسطح مع انحناء ثابتة. على سبيل المثال، نيان et al. 8 أظهرت أن الميزات الصغرى يمكن أن يتحقق بالنقش الساخنة على سطح منحن. تلك البروتوكولات ليست مناسبة للأشكال المعقدة مع الأسطح ثلاثية الأبعاد، التي مطلوبة من قبل معظم أجهزة الحياة الحقيقية. على ما يبدو، تلفيق ثلاثة تجويف الأبعاد مع ميزات الصغيرة على السطح تحديات البروتوكولات الحالية؛ وفي الوقت نفسه، قد تفشل قذف الأجزاء لركائز ارتفاع نسبة العرض إلى الارتفاع على سطح معقدة إذا كانوا غير عمودي على اتجاه ديمولدينج. بيساككو et al. 9 استخدام إدراج 3D العفن والحصول على الميزات الفرعية الصغرى بحقن صب؛ في دراستهم، التي تم إنشاؤها بواسطة عملية طلاء بأكسيد ألومنيوم الميزات الفرعية الصغرى المحددة مع نسبة العرض إلى الارتفاع منخفض ونسخ بنجاح بواسطة بوليمر مكون معقدة.
حاول الباحثين تشمل التصنيع المضافة في سلاسل عملية النسخ المتماثل البوليمر بغية تحقيق نسيج سطح التصميم. ووصف لانتادا et al. سلسلة عملية التي تبدأ من النماذج صباحا، وثم يستخدم تقنيات الطلاء للحصول على إدراج القالب المعدني لحقن صب10. قد ثبتت أجزاء البوليمر التي تنتجها صباحا تكون قابلة للتطبيق مباشرة كما العفن إدراج11،12، التي هي عملية الناعمة الأدوات المعروضة في هذا البروتوكول.
وفي عملنا السابق، أثبتنا أن Ø4 مكم خاطفة الركائز (ارتفاع 2 ميكرومتر) تم بنجاح ديمولديد على حائط عمودي بحقن صب13. في هذا البروتوكول، المنتج التحقيق خاتم مع أربعة قواديس، كل منها يتميز بوجود بزاوية 60 درجة. وقد درست هذا المنتج تشانغ et al. 14، حيث أدخلت الميزات الصغرى بتنفيذ لوحات النيكل الجاهزة، وحصلت سيليكون المطاط حقن صب في قواديس الأركان الصغرى (Ø4 ميكرومتر) مع نسبة 0.5.
في طريقة عرض، يمكن الحصول على السمات الجزئية على أسطح معقدة تم إنشاؤها بواسطة سلسلة عملية أدوات ناعمة. يتم استبدال تجاويف القالب الصلب بمجموعة من إدراج المقدمة من ضريبة القيمة المضافة تعتمد الصورة-البلمرة صباحا. بالمقارنة مع المعادن صباحا، أنا صانعوا على أساس التكنولوجيا قادرة على تحقيق دقة أعلى15. وعلاوة على ذلك، يتم تقليل وقت التشغيل الميكانيكي وتكلفة إلى حد كبير بالمقارنة مع العمليات الأدوات التقليدية القائمة على التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. ووفقا لدراسة الحالة الأخيرة16، باستخدام الأدوات الغازية للتشكيل الحراري، هو تخفيض التكلفة بنسبة 91 في المائة، بينما يتم تقليل الوقت المستهلك بنسبة 93%. هذا البروتوكول مناسبة للمنتجات التي تتطلب مرونة عالية التصميم، وحجم الإنتاج الوسيطة. فقد ثبت أن إدراج المصنوعة من ألياف الكربون التي عززت فوتوبوليميرس يمكن أن تحمل ما يصل إلى 2500 حقن صب دورات للبولي إيثيلين قبل تدهور ملحوظ العفن17. اختيار مواد الحقن مصبوب محدود بالخصائص الحرارية من صانعوا المختار لإدراج. قد لا يتم تطبيق البوليمرات مع ارتفاع درجات الحرارة في ذوبان في تجويف صانعوا. في هذه الدراسة، تم اختيار البولي إيثيلين (PE) لإجراء حقن صب الاختبار.

<table><tbody><tr><td>Photopolymer resin</td><td>EnvisionTec</td><td>HTM140 V2</td><td></td></tr><tr><td>Resin mixing device</td><td>IKA</td><td>Vortex Genius 3</td><td></td></tr><tr><td>3d printer</td><td>Envisiontec</td><td>Perfactory 3&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>UV light flash unit</td><td>EnvisionTec</td><td>Otoflash unit</td><td></td></tr><tr><td>Polyethylene</td><td>lyondellbasell</td><td>PE Purell 1840</td><td></td></tr><tr><td>Injection moulding machine</td><td>Arburg</td><td>Allrounder 370A&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Image processing</td><td>SPIP</td><td>6.2.8</td><td></td></tr></tbody></table>

a soft tooling process chain for injection molding of a 3d component with micro pillars

والغرض من هذه الورقة تقديم أسلوب سلسلة العملية الأدوات الناعمة توظيف التصنيع المضافة (صباحا) لتلفيق من حقن صب إدراج مع السمات السطحية الصغيرة. إدراج "الأدوات الناعمة" تصنع "المعالجة الضوئية الرقمية" (ضريبة القيمة المضافة صور البلمرة) استخدام صانعوا التي يمكن أن تحمل تيمبيراتوريا عالية نسبيا. وقد الجزء صنعت هنا أربعة قواديس بزاوية 60 درجة. يتم ترتيب الأركان الصغرى (Ø200 ميكرومتر، نسبة العرض إلى الارتفاع من 1) على الأسطح من صفين. صب حقن البولي إيثيلين (PE) مع إدراج الأدوات الناعمة تستخدم لاختلاق الأجزاء النهائية. هذا الأسلوب يوضح أنه من الممكن الحصول على حقن مصبوب أجزاء مع المجهرية في هندسة معقدة بإدراج المصنعة المضافة. يتم تقليل وقت التشغيل الميكانيكي وتكلفة إلى حد كبير بالمقارنة مع عمليات الأدوات التقليدية التي تقوم على أساس القطع الكمبيوتر التحكم العددي (الحاسب الآلي). أبعاد الميزات الصغرى التي تتأثر بعملية التصنيع المضافة المطبقة. عمر إدراج يحدد أن هذه العملية أكثر ملاءمة للإنتاج التجريبي. دقة إنتاج إدراجات يحد من عملية التصنيع المضافة كذلك.

ويبين الشكل 3 إدراج لفقتها صباحا وأجزاء PE التي تنتجها حقن صب. وكانت صفين من ثقوب دائرية العمودية على السطح في قواديس (الشكل 3 (ب)). هو البعد الأسمى الثقوب في تدرج مكم Ø200 و 200 ميكرومتر في العمق، مع مركز إلى مركز مسافة 400 ميكرومتر. بنيات طبقة بسبب عملية صباحا مرئية بوضوح. يوجد في أسفل اليسار سطر علامة مرئية قابلة لطي، والتي وقعت عن غير قصد أثناء التحضير لوزارة شؤون المرأة.
ويتضح أن عملية ديمولدينج في الشكل 4. أعمدة ليست موازية لاتجاه ديمولدينج. ولوحظ دعامة لا كسر في جميع العينات المدروسة (الشكل 5). في هذا المعني، ديمولدينج كانت ناجحة. أنها بالفعل تظهر أن الدعائم التي تقوم عليها في الموقف من الآن-من--بوابة أقل لا سيما على الجانب العلوي سبب انخفاض الضغط. فيما يتعلق بالقطر، الفرق من المواقف ليست بارزة، أما بالنسبة للارتفاع.
رقم 6 و رقم 7 يوضح كيف يتم نشر النسخ المتماثل على طول دورات 100 حقن صب. يتم تعريف درجة النسخ المتماثل بالنسبة بين البعد الركائز والبعد من إدراج. على طول 100 دورة، أنجز عملية مستقرة في كل موقف بشأن النسخ المتماثل الرأسي والأفقي على حد سواء. بعد الثقوب على إدراج لم تتغير بعد حقن صب، مما يؤكد هذا الاستنتاج. ارتفاع أعمدة المتمركزة بعيداً عن البوابة كانت أقل من تلك التي وضعت بالقرب من البوابة، لأنه يزيد تدفق البوليمر اللزوجة عندما يزيد طول التدفق.
قد تختلف المعلمات صب حقن ضمن النطاق المسموح به من قبل ورقة البيانات المادية. في إطار عملية استكشاف، معظم من يدير وصلت إلى أكثر من 80 من دورات، مؤكدا أن إدراج أداة حياة صباحا ولم تتأثر في إطار عملية استكشاف. ومع ذلك، تكسير وقعت لإدراج الجانب الحقن في بعض الاختبارات عندما كان الضغط حقن عالية. هذا سبب جزء مركز من إدراج يجري أرق بكثير.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig3.jpg"> الشكل 3: إدراج والنسخ المتماثلة. (أ) إدراج تنتجها عملية التصنيع المضافة تشكل تجويف القالب؛ يتم عرض نسخة متماثلة واحدة البولي إيثيلين (PE) التي تنتجها حقن صب. علامات على المسطرة المرجعية ملليمتر؛ أرقام علامة سنتيمتر. (ب) توضح الصورة مسح المجهر الإلكتروني (SEM) على السطح للإدراج؛ (ج) توضح الصورة ووزارة شؤون المرأة على سطح الأجزاء PE بواسطة حقن صب. ((أ) و (ب) قد عدلت من تشانغ وآخرون عام 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig4.jpg"> الشكل 4: نجاح ديمولدينج. ديمولدينج كانت ناجحة على الرغم من أن أعمدة ليست موازية لاتجاه ديمولدينج. (أ) قوالب إغلاق وفتح (ب) قوالب ديمولدينج. (وقد تم تعديل هذا الرقم من تشانغ وآخرون عام 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig5.jpg"> رقم 5: صورة SEM عرض الجانب من طينة عشوائي واحد. تتم تسمية أربع وظائف التحقيق على الصورة. (وقد تم تعديل هذا الرقم من تشانغ وآخرون عام 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig6.jpg"> رقم 6: الدعامة ارتفاع درجة النسخ المتماثل- درجة النسخ المتماثل من ارتفاع عمود يعرف بارتفاع الدعامة/عمق الثقب. وكان عرض القيمة يعني درجة النسخ المتماثل في أربعة مواقع في كل دفعة. وتم قياس العينة المختارة عشوائياً في كل دفعة واحدة. أربعة مواقع هي "بعيد الظهر" للموقف بعيداً عن البوابة على الجانب الخلفي، "مرة أخرى-بالقرب من" للموقف بالقرب من البوابة في الجانب الخلفي، "أعلى الآن" للموقف بعيداً عن البوابة على ظهر المركب، و "أعلى-بالقرب من" للموقف بالقرب من بوابة على الجانب العلوي. (وقد تم تعديل هذا الرقم من تشانغ وآخرون عام 2017 22) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig7.jpg"> رقم 7: الدعامة درجة النسخ المتماثل القطر. درجة النسخ المتماثل القطر أركان يحددها قطر الدعامة/قطر الثقب. وكان عرض القيمة يعني درجة النسخ المتماثل في أربعة مواقع في كل دفعة. وتم قياس العينة المختارة عشوائياً في كل دفعة واحدة. أربعة مواقع هي "بعيد الظهر" للموقف بعيداً عن البوابة على الجانب الخلفي، "مرة أخرى-بالقرب من" للموقف بالقرب من البوابة في الجانب الخلفي، "أعلى الآن" للموقف بعيداً عن البوابة على ظهر المركب، و "أعلى-بالقرب من" للموقف بالقرب من بوابة على الجانب العلوي. (تم تعديل هذا الرقم من تشانغ وآخرون عام 2017 22). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig7large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars at JoVE.com

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

سلسلة عملية أدوات ناعمة لحقن صب عنصر ثلاثي الأبعاد مع مايكرو الركائز

ويرد وضع بروتوكول لاختلاق حقن صب إدراج لهندسة معقدة مع ميزات الدقيقة على الأسطح توظف صناعة مضافات (صباحا).

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

a-soft-tooling-process-chain-for-injection-molding-3d-component-with

Research

JoVE Journal

Engineering

12.5K Views.  Technical University of Denmark. ويرد وضع بروتوكول لاختلاق حقن صب إدراج لهندسة معقدة مع ميزات الدقيقة على الأسطح توظف صناعة مضافات (صباحا).

Video: A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of low weight, easy tailoring of properties and a wide spectrum of applications2,3. Due to sensitivity of conducting polymers to environmental conditions (e.g., air, oxygen, moisture, high temperature and chemical solutions), lithographic techniques present significant technical challenges when working with these materials4. For example, current photolithographic methods, such as ultra-violet (UV), are unsuitable for patterning the conducting polymers due to the involvement of wet and/or dry etching processes in these methods. In addition, current micro/nanosystems mainly have a planar form5,6. One layer of structures is built on the top surfaces of another layer of fabricated features. Multiple layers of these structures are stacked together to form numerous devices on a common substrate. The sidewall surfaces of the microstructures have not been used in constructing devices. On the other hand, sidewall patterns could be used, for example, to build 3-D circuits, modify fluidic channels and direct horizontal growth of nanowires and nanotubes.
A macropunching method has been applied in the manufacturing industry to create macropatterns in a sheet metal for over a hundred years. Motivated by this approach, we have developed a micropunching lithography method (MPL) to overcome the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. Like the macropunching method, the MPL also includes two operations (Fig. 1): (i) cutting; and (ii) drawing. The "cutting" operation was applied to pattern three conducting polymers4, polypyrrole (PPy), Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)-poly(4-styrenesulphonate) (PEDOT) and polyaniline (PANI). It was also employed to create Al microstructures7. The fabricated microstructures of conducting polymers have been used as humidity8, chemical8, and glucose sensors9. Combined microstructures of Al and conducting polymers have been employed to fabricate capacitors and various heterojunctions9,10,11. The "cutting" operation was also applied to generate submicron-patterns, such as 100- and 500-nm-wide PPy lines as well as 100-nm-wide Au wires. The "drawing" operation was employed for two applications: (i) produce Au sidewall patterns on high density polyethylene (HDPE) channels which could be used for building 3D microsystems12,13,14, and (ii) fabricate polydimethylsiloxane (PDMS) micropillars on HDPE substrates to increase the contact angle of the channel15.

A micropunching lithography approach is developed to generate micro- and submicron-patterns on top, sidewall and bottom surfaces of polymer substrates. It overcomes the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. This method allows rapid fabrication of multiple features and is free of aggressive chemistry.

Micropunching الطباعة الحجرية لتوليد الصغرى، وأنماط Submicron، على ركائز بوليمر

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material fabrication techniques are able to mimic the complexity of these structures while maintaining scalability. The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is able to do so. This process uses sacrificial fibers as a template to form hollow, cylindrical microchannels embedded within a matrix. Tin (II) oxalate (SnOx) is embedded within poly(lactic) acid (PLA) fibers which facilitates the use of this process. The SnOx catalyzes the depolymerization of the PLA fibers at lower temperatures. The lactic acid monomers are gaseous at these temperatures and can be removed from the embedded matrix at temperatures that do not damage the matrix. Here we show a method for aligning these fibers using micromachined plates and a tensioning device to create complex patterns of three-dimensionally arrayed microchannels. The process allows the exploration of virtually any arrangement of fiber topologies and structures.

The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is used to fabricate microvascular structures. This procedure uses sacrificial poly(lactic) acid fibers to form hollow microchannels with precise 3D geometric positioning provided by laser micromachined guide plates.

عملية صنع المجهرية ثلاثي الأبعاد باستخدام تبخير مكون قرباني

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite in&#64257;ltration of 3D interconnected microfluidic networks. The manufacturing of the reinforced beams begins with the fabrication of microfluidic networks, which involves layer-by-layer deposition of fugitive ink filaments using a dispensing robot, filling the empty space between filaments using a low viscosity resin, curing the resin and finally removing the ink.&#160;Self-supported 3D structures with other geometries and many layers (e.g.&#160;a few hundreds layers) could be built using this method. The resulting tubular micro&#64258;uidic networks are then infiltrated with thermosetting nanocomposite suspensions containing nanofillers (e.g.&#160;single-walled carbon nanotubes), and subsequently cured. The infiltration is done by applying a pressure gradient between two ends of the empty network (either by applying a vacuum or vacuum-assisted microinjection). Prior to the infiltration, the nanocomposite suspensions are prepared by dispersing nanofillers into polymer matrices using ultrasonication and three-roll mixing methods. The nanocomposites (i.e.&#160;materials infiltrated) are then solidified under UV exposure/heat cure, resulting in a 3D-reinforced composite structure. The technique presented here enables the design of functional nanocomposite macroscopic products for microengineering applications such as actuators and sensors.

Three-dimensional (3D) microstructured composite beams are fabricated through the directed and localized infiltration of nanocomposites into 3D porous microfluidic networks. The flexibility of this manufacturing method enables the utilization of different thermosetting materials and nanofillers in order to achieve a variety of functional 3D reinforced nanocomposite macroscopic products.

تصنيع ثلاثة الأبعاد Microstructured nanocomposites وخلال ميكروفلويديك تسلل

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

Chemistry

Micro-masonry for 3D Additive 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 a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

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 ...

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell cultivation. These technologies offer a wide spectrum of advantages not only for manufacturing but also for different applications. The size and shape of formed cell clusters can be influenced by the exact and reproducible architecture of the microfabricated scaffold and, therefore, the diffusion path length of nutrients and gases can be controlled.1 This is unquestionably a useful tool to prevent apoptosis and necrosis of cells due to an insufficient nutrient and gas supply or removal of cellular metabolites.
Our polymer chip, called CellChip, has the outer dimensions of 2 x 2 cm with a central microstructured area. This area is subdivided into an array of up to 1156 microcontainers with a typical dimension of 300 m edge length for the cubic design (cp- or cf-chip) or of 300 m diameter and depth for the round design (r-chip).2
So far, hot embossing or micro injection moulding (in combination with subsequent laborious machining of the parts) was used for the fabrication of the microstructured chips. Basically, micro injection moulding is one of the only polymer based replication techniques that, up to now, is capable for mass production of polymer microstructures.3 However, both techniques have certain unwanted limitations due to the processing of a viscous polymer melt with the generation of very thin walls or integrated through holes. In case of the CellChip, thin bottom layers are necessary to perforate the polymer and provide small pores of defined size to supply cells with culture medium e.g. by microfluidic perfusion of the containers.
In order to overcome these limitations and to reduce the manufacturing costs we have developed a new microtechnical approach on the basis of a down-scaled thermoforming process. For the manufacturing of highly porous and thin walled polymer chips, we use a combination of heavy ion irradiation, microthermoforming and track etching. In this so called "SMART" process (Substrate Modification And Replication by Thermoforming) thin polymer films are irradiated with energetic heavy projectiles of several hundred MeV introducing so-called "latent tracks" Subsequently, the film in a rubber elastic state is formed into three dimensional parts without modifying or annealing the tracks. After the forming process, selective chemical etching finally converts the tracks into cylindrical pores of adjustable diameter.

We present two processes for the microfabrication of porous polymer chips for three-dimensional cell cultivation. The first one is hot embossing combined with a solvent vapour welding process. The second one uses a recently developed microthermoforming process combined with ion track technology leading to a significant simplification of manufacture.

التصنيع الدقيق للرقاقة الحجم السقالات لزراعة الخلايا ثلاثي الأبعاد

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell ...

Biology

Rapid and Low-cost Prototyping of Medical Devices Using 3D Printed Molds for Liquid Injection Molding

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using traditional liquid injection molding processes can be an expensive process due to tooling and equipment costs. As a result, it has traditionally been impractical to use liquid injection molding for low-cost, rapid prototyping applications. We have devised a method for rapid and low-cost production of liquid elastomer injection molded devices that utilizes fused deposition modeling 3D printers for mold design and a modified desiccator as an injection system. Low costs and rapid turnaround time in this technique lower the barrier to iteratively designing and prototyping complex elastomer devices. Furthermore, CAD models developed in this process can be later adapted for metal mold tooling design, enabling an easy transition to a traditional injection molding process. We have used this technique to manufacture intravaginal probes involving complex geometries, as well as overmolding over metal parts, using tools commonly available within an academic research laboratory. However, this technique can be easily adapted to create liquid injection molded devices for many other applications.

We have devised a method for low-cost and rapid prototyping of liquid elastomer rubber injection molded devices by using fused deposition modeling 3D printers for mold design and a modified desiccator as a liquid injection system.

النماذج الأولية السريعة ومنخفضة التكلفة من الأجهزة الطبية عن طريق 3D المطبوعة لقوالب حقن صب السائل

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using ...

Bioengineering

Patterning of Microorganisms and Microparticles through Sequential Capillarity-assisted Assembly

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, including studies of microbial physiology and interactions. At the simplest level, accurate spatial patterning of microorganisms would enable reliable, long-term imaging of large numbers of individual cells and transform the ability to quantitatively study distance-dependent microbe-microbe interactions. More uniquely, coupling accurate spatial patterning and full control over environmental conditions, as offered by microfluidic technology, would provide a powerful and versatile platform for single-cell studies in microbial ecology. 
This paper presents a microfluidic platform to produce versatile and user-defined patterns of microorganisms within a microfluidic channel, allowing complete optical access for long-term, high-throughput monitoring. This new microfluidic technology is based on capillarity-assisted particle assembly and exploits the capillary forces arising from the controlled motion of an evaporating suspension inside a microfluidic channel to deposit individual microsized objects in an array of traps microfabricated onto a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. Sequential depositions generate the desired spatial layout of single or multiple types of micro-sized objects, dictated solely by the geometry of the traps and the filling sequence. 
The platform has been calibrated using colloidal particles of different dimensions and materials: it has proven to be a powerful tool to generate diverse colloidal patterns and perform surface functionalization of trapped particles. Furthermore, the platform was tested on microbial cells, using Escherichia coli cells as a model bacterium. Thousands of individual cells were patterned on the surface, and their growth was monitored over time. In this platform, the coupling of single-cell deposition and microfluidic technology allows both geometric patterning of microorganisms and precise control of environmental conditions. It thus opens a window into the physiology of single microbes and the ecology of microbe-microbe interactions, as shown by preliminary experiments.

We present a technology that uses capillarity-assisted assembly in a microfluidic platform to pattern micro-sized objects suspended in a liquid, such as bacteria and colloids, into prescribed arrays on a polydimethylsiloxane substrate.

نمط الكائنات الحية الدقيقة والجسيمات الدقيقة من خلال التجميع المتسلسل بمساعدة الشعيرات الدموية

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, ...

Assembly and Characterization of an External Driver for the Generation of Sub-Kilohertz Oscillatory Flow in Microchannels

Microfluidic technology has become a standard tool in chemical and biological laboratories for both analysis and synthesis. The injection of liquid samples, such as chemical reagents and cell cultures, is predominantly accomplished through steady flows that are typically driven by syringe pumps, gravity, or capillary forces. The use of complementary oscillatory flows is seldom considered in applications despite its numerous advantages as recently demonstrated in the literature. The significant technical barrier to the implementation of oscillatory flows in microchannels is likely responsible for the lack of its widespread adoption. Advanced commercial syringe pumps that can produce oscillatory flow, are often more expensive and only work for frequencies less than 1 Hz. Here, the assembly and operation of a low-cost, plug-and-play type speaker-based apparatus that generates oscillatory flow in microchannels is demonstrated. High-fidelity harmonic oscillatory flows with frequencies ranging from 10-1000 Hz can be achieved along with independent amplitude control. Amplitudes ranging from 10-600 &#181;m can be achieved throughout the entire range of operation, including amplitudes &#62; 1 mm at the resonant frequency, in a typical microchannel. Although the oscillation frequency is determined by the speaker, we illustrate that the oscillation amplitude is sensitive to fluid properties and channel geometry. Specifically, the oscillation amplitude decreases with increasing channel circuit length and liquid viscosity, and in contrast, the amplitude increases with increasing speaker tube thickness and length. Additionally, the apparatus requires no prior features to be designed on the microchannel and is easily detachable. It can be used simultaneously with a steady flow created by a syringe pump to generate pulsatile flows.

The protocol demonstrates a convenient method to produce harmonic oscillatory flow from 10-1000 Hz in microchannels. This is performed by interfacing a computer-controlled speaker diaphragm to the microchannel in a modular manner.

تجميع وتوصيف برنامج تشغيل خارجي لتوليد تدفق تذبذبي دون كيلو هرتز في القنوات الدقيقة

Microfluidic technology has become a standard tool in chemical and biological laboratories for both analysis and synthesis. The injection of liquid ...

Three-dimensional Printing of Thermoplastic Materials to Create Automated Syringe Pumps with Feedback Control for Microfluidic Applications

Microfluidics has become a critical tool in research across the biological, chemical, and physical sciences. One important component of microfluidic experimentation is a stable fluid handling system capable of accurately providing an inlet flow rate or inlet pressure. Here, we have developed a syringe pump system capable of controlling and regulating the inlet fluid pressure delivered to a microfluidic device. This system was designed using low-cost materials and additive manufacturing principles, leveraging three-dimensional (3D) printing of thermoplastic materials and off-the-shelf components whenever possible. This system is composed of three main components: a syringe pump, a pressure transducer, and a programmable microcontroller. Within this paper, we detail a set of protocols for fabricating, assembling, and programming this syringe pump system. Furthermore, we have included representative results that demonstrate high-fidelity, feedback control of inlet pressure using this system. We expect this protocol will allow researchers to fabricate low-cost syringe pump systems, lowering the entry barrier for the use of microfluidics in biomedical, chemical, and materials research.

Here we present a protocol to construct a pressure-controlled syringe pump to be used in microfluidic applications. This syringe pump is made from an&#160;additively manufactured body, off-the-shelf hardware, and open-source electronics. The resulting system is low-cost, straightforward to build, and delivers well-regulated fluid flow to enable rapid microfluidic research.

ثلاثي الأبعاد طباعة المواد الحرارية لخلق الآلي المحاقن مضخات مع مراقبة التغذية المرتدة للتطبيقات موائع جزيئية

Microfluidics has become a critical tool in research across the biological, chemical, and physical sciences. One important component of microfluidic ...

Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods

A two-component system of functionalized microgels from microfluidics allows for fast interlinking into 3D macroporous constructs in aqueous solutions without further additives. Continuous photoinitiated on-chip gelation enables variation of the microgel aspect ratio, which determines the building block properties for the obtained constructs. Glycidyl methacrylate (GMA) or 2-aminoethyl methacrylate (AMA) monomers are copolymerized into the microgel network based on polyethylene glycol (PEG) star-polymers to achieve either epoxy or amine functionality. A focusing oil flow is introduced into the microfluidic outlet structure to ensure continuous collection of the functionalized microgel rods. Based on a recent publication, microgel rod-based constructs result in larger pores of several hundred micrometers and, at the same time, lead to overall higher scaffold stability in comparison to a spherical-based model. In this way, it is possible to produce higher-volume constructs with more free volume while reducing the amount of material required. The interlinked macroporous scaffolds can be picked up and transported without damage or disintegration. Amine and epoxy groups not involved in interlinking remain active and can be used independently for post-modification. This protocol describes an optimized method for the fabrication of microgel rods to form macroporous interlinked scaffolds that can be utilized for subsequent cell experiments.

Microgel rods with complementary reactive groups are produced via microfluidics with the ability to interlink in aqueous solution. The anisometric microgels jam and interlink into stable constructs with larger pores compared to spherical-based systems. Microgels modified with GRGDS-PC form macroporous 3D constructs that can be used for cell culture.

سقالات 3D مترابطة من قضبان Microgel

A two-component system of functionalized microgels from microfluidics allows for fast interlinking into 3D macroporous constructs in aqueous solutions ...