Die Autoren bedanken sich bei Joseph Muskin und Matthew Ragusa an der University of Illinois at Urbana-Champaign danken für die Bereitstellung von Schnittbildern für 3D-Strukturen in 1D gezeigt.

Ein. Herstellung Präpolymerlösung <ol><li> Mischung Poly (ethylenglykol) diacrylat (PEG-DA) (Molekulargewicht ~ 575, Sigma-Aldrich) und Poly (ethylenglycol) (PEG) (Molekulargewicht ~ 200, Sigma-Aldrich) bei 1:2 Gewichtsverhältnis. </li><li> Hinzufügen 0,67 Gew.%. Photoinitiator (Phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphinoxid, Sigma-Aldrich). Die Lösung sollte in dunkler Umgebung ab diesem Zeitpunkt gehalten werden. </li><li> Hinzufügen 0,05 Gew.%. Foto-Absorber (Sudan I, Sigma-Aldrich). </li><li> Mische die Lösung 24 Stunden bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer. </li></ol> 2. Einrichten eines Desktop 3D-Drucker mit einem Digital Data Projector <ol><li> Legen Sie einen digitalen Projektor auf einer ebenen und stabilen Position, und schließen Sie es an einen Computer mit Microsoft PowerPoint installiert. </li><li> Platzieren einer konvexen Linse direkt vor dem Strahl Austrittslinse des digitalen Projektors. Wählen Sie eine konvexe Linse, um die Brennebene etwa 10 cm entfernt machen aus dem ProProjektors. (Optische Auflösung wird kleiner für ein Objektiv mit kürzerer Brennweite, aber man muss etwas Platz für optische Komponenten zu reservieren.) </li><li> Stellen Sie einen Spiegel nach dem konvexen Linse auf den Strahlengang um 45 °-Winkel um den Strahl gerade nach unten zu lenken. </li><li> Platzieren eines Probenhalters auf der Brennebene des projizierten Strahls. Der Probenhalter sollte zu einer linearen Stufe durch den die vertikale Stellung des Probenhalters gesteuert befestigt werden. </li><li> Legen Sie eine Harzbad unter dem Probenhalter. </li></ol> 3. Design und Herstellung von Gel Tubes <ol><li> Bestimmen Durchmesser, Wandstärke und Höhe des Gels Rohr hergestellt werden. </li><li> Zeichnen Querschnittsbilder für das Gel Röhre. Die Bilder sollten in weiß mit schwarzem Hintergrund. Legen Sie diese Bild in Microsoft PowerPoint-Folien. </li><li> Diashow starten in Microsoft PowerPoint und jedes Bild. Setzen Sie den Probenhalter in der Brennebene durch Anpassung die vertikale Position mit attschmerzten Bühne. </li><li> Wechseln Sie zu einem &quot;Dummy&quot; schwarzes Bild, so dass es keine unerwünschten Polymerisation sein wird, während Putting Präpolymerlösung. </li><li> Gießen Präpolymerlösung zu Harzbad. Füllen Sie das Bad, bis die Lösung leicht deckt den Probenhalter. Jetzt ist es bereit für den Druck 3D-Objekt. </li><li> Schalten zu der Folie mit den ersten Querschnittsbild des Gelschlauch um die erste Schicht zu polymerisieren. Halten Sie die Projektion des Bildes für 8 sec und wechseln zum &quot;Blackout&quot; slide. </li><li> Drehen Sie den Knopf auf der linearen Stufe durch ¼ Umdrehung (~ 160 um), um den Probenhalter zu senken. Jetzt frischem Harz fließt in die polymerisierten ersten Schicht zu bedecken. </li><li> Projizieren Sie das Querschnittsbild erneut, um die zweite Schicht auf der Oberseite des Verfahrens ein polymerisieren. Die Schritte, bis das Gel 3,6 bis 3,8 Rohr der gewünschten Höhe hergestellt ist. </li><li> Sobald alle Schichten vollständig sind, heben Sie den Probenhalter aus dem Prepolymer-Lösung, und rufen Sie die hergestellt Probe vorsichtig mit einer Rasierklinge bladE. </li><li> Spülen Sie die Probe in Aceton für ~ 3 Stunden, und dann lassen Sie es für ca. 1 Stunde trocknen lassen. </li></ol> 4. Schwellungen Experiment verschrieben Pattern Formation von Elastic Instabilität <ol><li> Bereiten Sie Wasser-Öl-Dual-Layer-Flüssigkeit in einem transparenten Glas Schüssel. </li><li> Bringen Sie die trockene Probe auf einem Probenhalter mit Superkleber. </li><li> Flip den Probenhalter so dass die Probe auf dem Kopf steht. Tauchen der Probe in der Wasser-Öl Flüssigkeitsbad. Nähern die Probe zu Wasser-Öl-Grenzfläche von der Ölschicht. Die Probe beginnt zu quellen, wenn die Probe berührt die Wasseroberfläche während das Basissubstrat Teil, an dem das Gel Röhrchen wurde fixiert in der oberen Ölschicht geblieben sind. Auf diese Weise kann Wasser in die Rohrwandung erlaubt, bevor die Probe aufquellen der Beschränkungsring Basis entspannt durch Benetzung diffundieren. Überwachen Sie die Pattern-Wechsel als Gelschlauch schwillt mit einer digitalen Kamera. </li></ol>

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Keine Interessenskonflikte erklärt.

In Anschwellen des röhrenförmigen Hydrogel auf dem Substrat gebunden, hängt die Stabilität nur auf t / h und Beulen-Modus hängt nur von h / D 12. Vier Gruppen von Abtastwerten (I-IV) mit unterschiedlichen normierten Dicke t / h wurden hergestellt, wobei der Gruppe I dicker ist und Gruppe IV wobei schlanker. Jede Gruppe besteht aus vier Proben (i-iv) mit verschiedenen Ebenen der normierten Höhe h / D, mit der Probe i kürzer und die Probe iv wird größer. Abmessungen der gefertigten Proben sind in Tabelle 1 dargestellt. Gruppe I und II sollen bleiben während des Quellens stabil, wohingegen der Gruppe III und IV bestimmt sind, knicken und zu transformieren beim Quellen. Für Knicken Proben Buckling-Modus sollte mit Probenhöhe verringern. 3A zeigt experimentelle Ergebnis. Als Theorie vorhersagt, wurden die Proben in Gruppe I und II stabil und blieb Rundschreiben über Schwellungen, während in Gruppe III und IV gingen alle durch elastische Instabilität und schnallte. Auch angezeigten Proben mit demselben h / D ähnliche Knickfigur. 3B vergleicht experimentell beobachtete Ausknicken Modi der in Gruppe III und IV mit theoretischen Voraussage. Wir können, dass Proben mit der gleichen h / D zu sehen sind mit den gleichen Nachbeulverhalten Muster unabhängig von der Dicke und dass die experimentellen Ergebnisse stimmen gut mit der Theorie. Wir zeigen, wie der Aufbau einer einfachen Desktop-3D-Drucksystem unter Verwendung eines im Handel erhältlichen digitalen Daten-Projektor. Der vorgeschlagene Ansatz basiert auf Photohärtung von Polymer zu construct 3D-Strukturen, und daher keine photohärtbaren Polymere können auch allgemein verwendet werden, soweit der Photoinitiator geeigneten Extinktion im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist. Beachten Sie, dass viele im Handel erhältliche Photoinitiatoren für ultraviolette (UV) Wellenlängen ausgebildet sind, aber die eingesetzten Photoinitiator weist hier relativ höhere Absorption bei Wellenlängen länger als 400 nm ist. Bietet eine einfache und schnelle Methode, um 3D-Objekte herzustellen, wird diese Methode zu finden viele Anwendungen in verschiedenen Bereichen, einschließlich weichen Materialien Mechanik wie hier gezeigt.

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td> Poly (ethylenglykol) diacrylat </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 437441 </td><td> Mw ~ 575 </td></tr><tr><td> Poly (ethylenglycol) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P3015 </td><td> Mw ~ 200 </td></tr><tr><td> Phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphinoxid </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 511447 </td><td> Photo-Initiator </td></tr><tr><td> Sudan I </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 103624 </td><td> Photo-Absorber </td></tr><tr><td> Digitale Daten-Projektor </td><td> Viewsonic </td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td> Konvexe Linse </td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> f = 75,0 mm </td></tr><tr><td> Mirroder </td><td></td><td></td><td> 4 &quot;Silizium-Wafer </td></tr><tr><td> Manuelle Bühne </td><td> Velmex </td><td> A2506DE-S2.5 </td><td></td></tr></tbody></table>

micro 3d printing using a digital projector and its application in the study of soft materials mechanics

Knicken ist ein klassisches Thema in der Mechanik. Während Knicken ist seit langem als einer der wichtigsten strukturellen Versagen Modi 1 untersucht worden ist, hat es kürzlich neue Aufmerksamkeit als ein einzigartiger Mechanismus für Muster Transformation gezogen. Die Natur ist voll von solchen Beispielen, in denen eine Fülle von exotischen Mustern durch mechanische Instabilität 2-5 gebildet werden. Inspiriert von diesem eleganten Mechanismus, haben viele Studien Erstellung und Umwandlung von Mustern mit weichen Materialien wie Elastomere und Hydrogele 6-11 gezeigt. Quellung Gele sind von besonderem Interesse, da sie spontan auslösen können mechanische Instabilität um verschiedene Muster ohne die Notwendigkeit einer externen Kraft 6-10 erstellen. Vor kurzem haben wir Demonstration volle Kontrolle über Knicken Muster von Mikro-skalierten röhrenförmigen Gele unter Verwendung von Projektions Mikro-Stereolithographie (PμSL), ein dreidimensionales (3D) Fertigungstechnik in der Lage schneller konvertieren Computer generierte 3D-Modelle i gemeldetnto physische Objekte mit hoher Auflösung 12,13. Hier präsentieren wir Ihnen eine einfache Methode zum Aufbau einer vereinfachten PμSL System mit einem handelsüblichen digitalen Daten Projektor Schwellung-induzierte Knicken Instabilität gesteuerten Muster Transformation zu studieren. Eine einfache 3D-Desktop-Drucker wird unter Verwendung eines off-the-shelf digitalen Daten-Projektor und einfache optische Komponenten wie eine konvexe Linse und einem Spiegel 14. Querschnittsbilder aus einem 3D-Modell extrahiert Feststoff wird auf der lichtempfindlichen Harzoberfläche nacheinander projiziert Polymerisieren flüssigen Harzes in eine gewünschte 3D feste Struktur in einer Schicht-für-Schicht-Mode. Selbst mit dieser einfachen Konfiguration und einfache Prozess, können beliebige 3D-Objekte leicht mit sub-100 mm Auflösung hergestellt werden. Diese 3D-Desktop-Drucker hält Potenzial in der Studie aus weichem Material Mechanik, indem sie eine große Chance, um verschiedene 3D-Geometrien zu erkunden. Wir nutzen dieses System, um fabricate rohrförmigen Hydrogel-Struktur mit verschiedenen Dimensionen. Befestigt an der Unterseite des Substrats, entwickelt der röhrenförmigen Gels inhomogenen Stress während Schwellung, die Anlass zu Knicken Instabilität. Verschiedene Wellenmustern erscheinen entlang des Umfangs des Rohrs, wenn die Gelstrukturen Ausknicken unterziehen. Experiment zeigt, dass umlaufende Ausknicken gewünschten Modus in kontrollierter Weise erzeugt werden kann. Pattern Transformation dreidimensional strukturiert röhrenförmigen Gele hat erhebliche Auswirkungen nicht nur in der Mechanik und Werkstoffkunde, sondern auch in vielen anderen Schwellenländern Bereichen wie abstimmbare matamaterials.

Eine einfache PμSL System unter Verwendung eines off-the-shelf digitalen Daten Projektor ist in Abbildung 1 dargestellt. Eine konvexe Linse mit einer Brennweite von 75 mm Konzentrate den Strahl in kleine Beleuchtungsbereich von 2 cm mal 2 cm. Was in-plane optische Auflösung beträgt etwa 45 um. Vertikale Auflösung wird durch die Präzision Ebene der Lineartisch bestimmt. Schichtdicke der Strukturen für diese Studie gemacht ist 160 um. Jede Schicht wurde für 8 sec Beleuchtung polymerisiert. Eine repräsentative 3D-Struktur durch das System hergestellt wird in 1D gezeigt. Diese Objekte besteht aus 58 Schichten PEGDA. Wir bereiteten photohärtbare PEGDA Hydrogel. Low Vernetzung, daher große Schwellung, PEGDA Hydrogel wurde durch Zugabe von nicht-vernetzenden PEG in Präpolymerlösung erreicht. In Längsrichtung Quellverhältnis des resultierenden PEGDA Hydrogel ist 1,5, das entspricht 300% höher als Volumenausdehnung. &gt; Eine Reihe von PEGDA Hydrogel Röhrchen wurden entworfen und hergestellt auf der Basis unserer Theorie 12. Wir stellten eine Probe auf den Kopf und in die Badewanne mit Wasser mit Öl Schicht auf der Oberseite abgedeckt wie in 2A dargestellt. Je nach den Größenparametem, Rundrohren entweder unverändert oder transformiert in ein wellenförmiges Muster, wie in 2B gezeigt. Unter der Vielzahl von Schwellungen Muster aus verschiedenen Proben wurde mittels einer Digitalkamera aufgenommen und dargestellt in 3A. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> Abbildung 1. Ein Desktop-Projektion Mikro-Stereolithographie-System (a) Schematische Darstellung (b) aktuelle System (c) close-up von Komponenten (d) Vertreter 3D-Strukturen. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Abbildung zu sehen</a> . Zelt &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> Abbildung 2. (A) Versuchsaufbau zur Hydrogel Rohr Schwellungen (b) beschränkt Hydrogel Rohr in verschiedenen Mustern verwandelt. Maßstab zeigt 5 mm. <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> Abbildung 3. (A) Patterns in Schwellungen Experiment gebildet. Vertikale Achse zeigt t / h (also Stabilität), und die horizontale Achse zeigt h / D (also Beulen-Modus). Maßstab zeigt 5 mm. (B) Knicken-Modus hängt nur von h / D. Experimentelle Ergebnis stimmt gut mit theoretischen Vorhersagen. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Abbildung zu sehen</a> . <table border="1"><tbody><tr><td colspan="2"> Beispiel &lt;/ Strong&gt; </td><td> D (um) </td><td> t (um) </td><td> h (um) </td></tr><tr><td rowspan="4"> Ich </td><td> ich </td><td> 9300 ± 420 </td><td> 760 ± 40 </td><td> 840 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1040 ± 40 </td><td> 1060 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1210 ± 40 </td><td> 1340 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1660 ± 40 </td><td> 1680 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> II </td><td> ich </td><td> 9000 ± 420 </td><td> 480 ± 40 </td><td> 880 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 9000 ± 420 </td><td&gt; 660 ± 40 </td><td> 1060 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9500 ± 420 </td><td> 740 ± 40 </td><td> 1350 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9200 ± 420 </td><td> 970 ± 40 </td><td> 1650 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> III </td><td> ich </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 160 ± 40 </td><td> 790 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 300 ± 40 </td><td> 1020 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9100 ± 420 </td><td> 380 ± 40 </td><td> 1330 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9000 ± 420 </td><td> 490 ± 40 </td><td> 1630 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> IV </td><td> ich </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 140 ± 40 </td><td> 780 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 8800 ± 420 </td><td> 190 ± 40 </td><td> 1010 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9300 ± 420 </td><td> 230 ± 40 </td><td> 1340 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 290 ± 40 </td><td> 1650 ± 40 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Probenabmessungen durch optische Mikroskop gemessen. Fehler zeigen Messunsicherheit.

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Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Wir zeigen gesteuerten Muster Transformation von Schwellungen Gel Röhrchen durch elastische Instabilität. Eine einfache Vorsprung Mikro Stereolithographie Setup ist mit Hilfe einer Off-the-Shelf digitalen Daten Projektor zu dreidimensionalen polymeren Strukturen in einer Schicht-für-Schicht Weise herzustellen. Schwellungen Hydrogel Rohre unter mechanischer Zwang zeigen verschiedene umlaufende Knicken Modi je nach Dimension.

Micro 3D-Druck mit einem digitalen Projektor und ihre Anwendung in der Studie von Soft Werkstoffmechanik

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

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25.1K Aufrufe.  Massachusetts Institute of Technology. Wir zeigen gesteuerten Muster Transformation von Schwellungen Gel Röhrchen durch elastische Instabilität. Eine einfache Vorsprung Mikro Stereolithographie Setup ist mit Hilfe einer Off-the-Shelf digitalen Daten Projektor zu dreidimensionalen polymeren Strukturen in einer Schicht-für-Schicht Weise herzustellen. Schwellungen Hydrogel Rohre unter mechanischer Zwang zeigen verschiedene umlaufende Knicken Modi je nach Dimension.

Serie: Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

Die Quantifizierung von Wasserstoffkonzentrationen in Oberflächen- und Grenzflächenschichten und Schüttgüter durch Tiefenprofilierung mit Kernreaktionsanalyse

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Forschung

Ingenieurwesen

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify their influence on void formation in composite parts. Wicking in a fibrous medium described by the Washburn equation was considered equivalent to a flow under the effect of capillary pressure according to the Darcy law. Experimental tests for the characterization of wicking were conducted with both carbon and flax fiber reinforcement. Quasi-unidirectional fabrics were then tested by means of a tensiometer to determine the morphological and wetting parameters along the fiber direction. The procedure was shown to be promising when the morphology of the fabric is unchanged during capillary wicking. In the case of carbon fabrics, the capillary pressure can be calculated. Flax fibers are sensitive to moisture sorption and swell in water. This phenomenon has to be taken into account to assess the wetting parameters. In order to make fibers less sensitive to water sorption, a thermal treatment was carried out on flax reinforcements. This treatment enhances fiber morphological stability and prevents swelling in water. It was shown that treated fabrics have a linear wicking trend similar to those found in carbon fabrics, allowing for the determination of capillary pressure.

An experimental method to measure geometrical parameters and the apparent advancing contact angles describing capillary wicking in unidirectional synthetic and natural fabrics is proposed. These parameters are mandatory for the determination of the capillary pressures that must be taken into account for liquid composite molding (LCM) applications.

Wicking Tests für unidirektionale Gewebe: Die Messungen der Kapillar-Parameter Kapillardruck in Liquid Composite Molding Verfahren zur Bewertung

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the manifold requirements during processing and application of such complex fluids. In this investigation, measuring protocols for a conclusive assessment of different process relevant rheological parameters have been evaluated. This includes the determination of yield stress, viscosity, wall slip velocity, structural recovery after large deformation and elongation at break as well as tensile force during filament stretching.
The importance of concomitant video recordings during parallel-plate rotational rheometry for a significant determination of rheological quantities is demonstrated. The deformation profile and flow field at the sample edge can be determined using appropriate markers. Thus, measurement parameter settings and plate roughness values can be identified for which yield stress and viscosity measurements are possible. Slip velocity can be measured directly and measuring conditions at which plug flow, shear banding or sample spillover occur can be identified clearly. 
Video recordings further confirm that the change in shear moduli observed during three stage oscillatory shear tests with small deformation amplitude in stage I and III but large oscillation amplitude in stage II can be directly attributed to structural break down and recovery. For the pastes investigated here, the degree of irreversible, shear-induced structural change increases with increasing deformation amplitude in stage II until a saturation is reached at deformations corresponding to the crossover of G' and G'', but the irreversible damage is independent of the duration of large amplitude shear. 
A capillary breakup elongational rheometer and a tensile tester have been used to characterize deformation and breakup behavior of highly filled pastes in uniaxial elongation. Significant differences were observed in all experiments described above for two commercial screen-printing silver pastes used for front side metallization of Si-solar cells.

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &amp;#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A protocol for a robust and application relevant rheological characterization of highly concentrated suspensions is presented. Silver pastes used for screen-printing application in solar cell production are employed as model systems.

Herausforderungen in rheologische Charakterisierung von hochkonzentrierten Suspensionen - Eine Fallstudie für Serigrafie Silberpasten

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

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

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection molding inserts with micro surface features. The Soft Tooling inserts are manufactured by Digital Light Processing (vat photo polymerization) using a photopolymer that can withstand relatively high temperaturea. The part manufactured here has four tines with an angle of 60&#176;. Micro pillars (&#216;200 &#181;m, aspect ratio of 1) are arranged on the surfaces by two rows. Polyethylene (PE) injection molding with the soft tooling inserts is used to fabricate the final parts. This method demonstrates that it is feasible to obtain injection-molded parts with microstructures on complex geometry by additive manufactured inserts. The machining time and cost is reduced significantly compared to conventional tooling processes based on computer numerical control (CNC) machining. The dimensions of the micro features are influenced by the applied additive manufacturing process. The lifetime of the inserts determines that this process is more suitable for pilot production. The precision of the inserts production is limited by the additive manufacturing process as well.

A protocol for fabricating injection molding inserts for complex geometry with micro features on surfaces employing Additive Manufacturing (AM) is presented.

Eine weiche Werkzeuge Prozesskette für das Spritzgießen von ein 3D-Bauteil mit Micro Säulen

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

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl sulfoxide (DMSO) and xanthan gum in water &#8212; two concentrated polymer solutions used as viscosifiers in foods, enhanced oil recovery, and soil remediation. Understanding the nonlinear rheological behavior of soft materials is important in the design and controlled manufacturing of many consumer products. It is shown how the response to LAOS of these polymer solutions can be interpreted in terms of a clear transition from linear viscoelasticity to viscoplastic deformation and back again during a period. The LAOS results are analyzed via the fully quantitative Sequence of Physical Processes (SPP) technique, using free MATLAB-based software. A detailed protocol of performing a LAOS measurement with a commercial rheometer, analyzing nonlinear stress responses with the freeware, and interpreting physical processes under LAOS is presented. It is further shown that, within the SPP framework, a LAOS response contains information regarding the linear viscoelasticity, the transient flow curves, and the critical strain responsible for the onset of nonlinearity.

We present a detailed protocol outlining how to perform nonlinear oscillatory shear rheology on soft materials, and how to run the SPP-LAOS analysis to understand the responses as a sequence of physical processes.

Studium der großen Amplitudengang oszillatorische Scherung aus weichen Materialien

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of an optical imaging device are greatly affected by the performance characteristics of its components, the test environment, and the operations. Therefore, it is necessary to calibrate these devices by traceable phantom standards. However, most of the currently available phantoms are homogeneous phantoms that cannot simulate multimodal and dynamic characteristics of biological tissue. Here, we show the fabrication of heterogeneous tissue-simulating phantoms using a production line integrating a spin coating module, a polyjet module, a fused deposition modeling (FDM) module, and an automatic control framework. The structural information and the optical parameters of a &#34;digital optical phantom&#34; are defined in a prototype file, imported to the production line, and fabricated layer-by-layer with sequential switch between different printing modalities. Technical capability of such a production line is exemplified by the automatic printing of skin-simulating phantoms that comprise the epidermis, dermis, subcutaneous tissue, and an embedded tumor.

Spin coating, polyjet printing, and fused deposition modeling are integrated to produce multilayered heterogeneous phantoms that simulate structural and functional properties of biological tissue.

Multimodaler 3D-Druck von Phantomen zur Simulation von biologischem Gewebe

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of ...

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

Resistive switching crossbar architecture is highly desired in the field of digital memories due to low cost and high-density benefits. Different materials show variability in resistive switching properties due to the intrinsic nature of the material used, leading to discrepancies in the field because of underlying operation mechanisms. This highlights a need for a reliable technique to understand mechanisms using nanostructural observations. This protocol explains a detailed process and methodology of in&#160;situ nanostructural analysis as a result of electrical biasing using transmission electron microscopy (TEM). It provides visual and reliable evidence of underlying nanostructural changes in real time memory operations. Also included is the methodology of fabrication and electrical characterizations for asymmetric crossbar structures incorporating amorphous vanadium oxide. The protocol explained here for vanadium oxide films can be easily extended to any other materials in a metal-dielectric-metal sandwiched structure. Resistive switching crossbars are predicted to serve the programmable logic and neuromorphic circuits for next-generation memory devices, given the understanding of the operation mechanisms. This protocol reveals the switching mechanism in a reliable, timely, and cost-effective way in any type of resistive switching materials, and thereby predicts the device&#39;s applicability.

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

Presented here is a protocol for analyzing nanostructural changes during in&#160;situ biasing with transmission electron microscopy (TEM) for a stacked metal-insulator-metal structure. It has significant applications in resistive switching crossbars for the next generation of programmable logic circuits and neuromimicking hardware, to reveal their underlying operation mechanisms and practical applicability.

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Basierend auf Mixed-Phased a-VOx

Resistive switching crossbar architecture is highly desired in the field of digital memories due to low cost and high-density benefits. Different ...

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).

3D-Druck - Bewertung der Partikelemissionen eines 3D-Druckstifts

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

Pneumatically Driven Microfluidic Platform for Micro-Particle Concentration

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. This platform has a three-dimensional (3D) network with curved fluid channels and three pneumatic valves, which create networks, channels, and spaces through duplex replication with polydimethylsiloxane (PDMS). The device operates based on the transient response of a fluid flow rate controlled by a pneumatic valve in the following order: (1) sample loading, (2) sample blocking, (3) sample concentration, and (4) sample release. The particles are blocked by thin diaphragm layer deformation of the sieve valve (Vs) plate and accumulate in the curved microfluidic channel. The working fluid is discharged by the actuation of two on/off valves. As a result of the operation, all particles of various magnifications were successfully intercepted and disengaged. When this technology is applied, the operating pressure, the time required for concentration, and the concentration rate may vary depending on the device dimensions and particle size magnification.

The present protocol describes a pneumatic microfluidic platform that can be used for efficient microparticle concentration.

Pneumatisch angetriebene mikrofluidische Plattform für die Mikropartikelkonzentration

The present article introduces a method for fabricating and operating a pneumatic valve to control particle concentration using a microfluidic platform. ...

Microfluidic Acoustophoresis for Flowthrough Separation of Gram-Negative Bacteria using Aptamer Affinity Beads

This article describes the fabrication and operation of microfluidic acoustophoretic chips using a microfluidic acoustophoresis technique and aptamer-modified microbeads that can be used for the fast, efficient isolation of Gram-negative bacteria from a medium. This method enhances the separation efficiency using a mix of long, square microchannels. In this system, the sample and buffer are injected into the inlet port through a flow controller. For bead centering and sample separation, AC power is applied to the piezoelectric transducer via a function generator with a power amplifier to generate acoustic radiation force in the microchannel. There is a bifurcated channel at both the inlet and outlet, enabling simultaneous separation, purification, and concentration. The device has a recovery rate of &gt;98% and purity of 97.8% up to a 10x dose concentration. This study has demonstrated a recovery rate and purity higher than the existing methods for separating bacteria, suggesting that the device can separate bacteria efficiently.

This paper describesthe fabrication and operation of microfluidic acoustophoretic chips using the microfluidic acoustophoresis technique and aptamer-modified microbeads that can be used for fast, efficient isolation of Gram-negative bacteria from a medium.