המחברים מבקשים להודות ליוסף Muskin ומתיו רגוזה באוניברסיטת אילינוי באורבנה-Champaign למתן תמונות חתך ל3D מבנים המוצגים באיור 1D.

1. הכנת פתרון Prepolymer <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המיקס פולי (אתילן גליקול) diacrylate (PEG-DA) (משקל מולקולרי ממוצע ~ 575, סיגמה אולדריץ) ופולי (אתילן גליקול) (PEG) (משקל מולקולרי ממוצע ~ 200, סיגמה אולדריץ) במשקל היחס 1:2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף wt 0.67%. צילום יוזם (Phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine התחמוצת, סיגמה אולדריץ). הפתרון צריך להיות כל הזמן בסביבה חשוכה מנקודה זו ואילך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף wt 0.05%. צילום בולם (סודאן, סיגמה אולדריץ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את הפתרון ל24 שעות בטמפרטורת חדר באמצעות stirrer מגנטי. </li></ol> 2. הגדרת מדפסת 3D שולחן עבודה באמצעות נתונים דיגיטלי של מקרן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מקרן נתונים דיגיטלי במצב שטוח ויציב, ולחבר אותו למחשב עם Microsoft PowerPoint מותקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח ימין עדשה קמור בחזית עדשת פלט הקורה של המקרן הדיגיטלי. בחר עדשה קמורה כדי להפוך מוקד המטוס במרחק של כ 10 סנטימטרים מפרוjector. (רזולוציה אופטית הופכת להיות קטנה יותר לעדשה עם אורך מוקד קצר יותר, אבל אחד צריך לשריין קצת מקום לרכיבים אופטיים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מראה אחרי העדשה הקמורה בדרך הקורה בזווית ° 45 לכוון האלומה ישר למטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח בעל מדגם במישור המוקד של הקרן הצפויה. בעל המדגם צריך להיות מחובר לבמה ליניארי שבו המיקום האנכי של בעל המדגם נשלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח אמבטית שרף מתחת לבעל המדגם. </li></ol> 3. עיצוב וייצור של צינורות ג&#39;ל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע קוטר, עובי קיר, וגובה של צינור ג&#39;ל להיות מפוברקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצייר תמונות חתך לצינור ג&#39;ל. התמונות צריכות להיות בצבע לבן עם רקע שחור. הכנס תמונה אלה בשקופיות של Microsoft PowerPoint. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל מצגת ב-Microsoft PowerPoint ולהקרין את כל תמונה. הנח את בעל המדגם במישור המוקד על ידי התאמת המיקום האנכי באמצעות עו&quot;דכאב במה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבר לתמונה &quot;דמה&quot; שחורה כדי שלא יהיה פילמור לא רצוי תוך שימת פתרון prepolymer. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצק פתרון prepolymer לאמבטית שרף. מלא את האמבט עד שהתמיסה מעט מכסה את בעל המדגם. עכשיו הוא מוכן לאובייקט 3D הדפסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבר לשקופית המכילה את תמונת החתך הראשונה של צינור ג&#39;ל לפלמר את השכבה הראשונה. שמור מקרין תמונה ל8 שניות ולחזור לשקופית &quot;איפול&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סובב את הכפתור על הבמה ליניארי על ידי תור ¼ (~ 160 מיקרומטר) כדי להאט את בעל המדגם. עכשיו שרף טרי זורם בלכסות את השכבה הראשונה polymerized. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פרויקט תמונת החתך שוב לפלמר את השכבה השנייה על גבי הליך אחד. חזור על שלבים 3.6-3.8 עד הצינור של ג&#39;ל לגובה הרצוי הוא מפוברק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שכל השכבות שלמות, להרים את בעל המדגם מתוך פתרון prepolymer, ולאחזר את המדגם המפוברק בזהירות בעזרת סכין הגילוח bladדואר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטוף את המדגם באצטון ל~ 3 שעות, ולאחר מכן לאפשר לו להתייבש במשך שעות ~ 1. </li></ol> 4. נפיחות ניסוי להיווצרות דפוס שנקבע על ידי חוסר יציבות אלסטיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן נוזל שכבה כפולה מי שמן בכלי זכוכית שקופים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף המדגם היבש על בעל מדגם באמצעות דבק סופר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעיף את בעל המדגם, כך שהמדגם הוא הפוך. לטבול את המדגם באמבט נוזל מי שמן. ניגש למדגם ממשק מי נפט משכבת ​​הנפט. המדגם מתחיל להתנפח כאשר הדגימה נוגעת פני מים ואילו חלק מצע הבסיס בי צינור ג&#39;ל נקבע נשאר בשכבת השמן העליונה. בדרך זו, יכולים לפזר מים לתוך קיר הצינור המאפשר הדגימה להתנפח לפני הבסיס מגביל מרגיע על ידי הרטבה. לפקח על שינוי הדפוס כמו גלי צינור ג&#39;ל באמצעות מצלמה דיגיטלית. </li></ol>

<ol>
	<li>Timoshenko, S. P., Gere, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Theory of Elastic Stability. , (1961).</li><li>Sharon, E., Marder, M., Swinney, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leaves+Flowers+and+Garbage+Bags:+Making+Waves.">Leaves Flowers and Garbage Bags: Making Waves.</a> American Scientist. 92, 254-261 (2004).</li><li>K&#252;cken, M., Newell, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fingerprint+formation.">Fingerprint formation.</a> Journal of Theoretical Biology. 235, 71-83 (2005).</li><li>Liang, H., Mahadevan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+shape+of+a+long+leaf.">The shape of a long leaf.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 106, 22049-22054 (2009).</li><li>Bayer, S. A., Altman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The human brain during the second trimester. , (2005).</li><li>Trujillo, V., Kim, J., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creasing+instability+of+surface-attached+hydrogels.">Creasing instability of surface-attached hydrogels.</a> Soft Matter. 4, 564 (2008).</li><li>Breid, D., Crosby, A. J. <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+stress+state+on+wrinkle+morphology.">Effect of stress state on wrinkle morphology.</a> Soft Matter. 7, 4490 (2011).</li><li>Mora, T., Boudaoud, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Buckling+of+swelling+gels.">Buckling of swelling gels.</a> The European Physical Journal E. 20, 119-124 (2006).</li><li>DuPont, S. J., Cates, R. S., Stroot, P. G., Toomey, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Swelling-induced+instabilities+in+microscale,+surface-confined+poly(N-isopropylacryamide)+hydrogels.">Swelling-induced instabilities in microscale, surface-confined poly(N-isopropylacryamide) hydrogels.</a> Soft Matter. 6, 3876-3882 (2010).</li><li>Dervaux, J., Couder, Y., Guedeau-Boudeville, M. -. A., Ben Amar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+Transition+in+Artificial+Tumors:+From+Smooth+Buckles+to+Singular+Creases.">Shape Transition in Artificial Tumors: From Smooth Buckles to Singular Creases.</a> Physical Review Letters. 107, 018103 (2011).</li><li>Jang, J. -. H., Koh, C. Y., Bertoldi, K., Boyce, M. C., Thomas, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+Pattern+Instability+and+Shape-Memory+Hysteresis+for+Phononic+Switching.">Combining Pattern Instability and Shape-Memory Hysteresis for Phononic Switching.</a> Nano Letters. 9, 2113-2119 (2009).</li><li>Lee, H., Zhang, J., Jiang, H., Fang, N. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prescribed+Pattern+Transformation+in+Swelling+Gel+Tubes+by+Elastic+Instability.">Prescribed Pattern Transformation in Swelling Gel Tubes by Elastic Instability.</a> Physical Review Letters. 108, 214304 (2012).</li><li>Sun, C., Fang, N., Wu, D. M., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Projection+micro-stereolithography+using+digital+micro-mirror+dynamic+mask.">Projection micro-stereolithography using digital micro-mirror dynamic mask.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 121, 113-120 (2005).</li><li>Muskin, J., Ragusa, M., Gelsthorpe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-Dimensional+Printing+Using+a+Photoinitiated+Polymer.">Three-Dimensional Printing Using a Photoinitiated Polymer.</a> Journal of Chemical Education. 87, 512-514 (2010).</li></ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

בנפיחות של הידרוג צינורי המוגבל במצע, יציבות תלויה רק בt / h וקריסת מצב תלוי רק בשעות / 12 ד. ארבע קבוצות של דגימות (I-IV) עם רמות שונות של עובי לא מנורמלים / שעה היו מפוברקות, עם קבוצה ואני אמור להיות עבה יותר והקבוצה הרביעית להיות יותר רזה. כל קבוצה מורכבת מארבע דגימות (I-IV) עם רמות שונות של גובה מנורמל h / D, עם המדגם היה קצר יותר וiv המדגם להיראות גבוה יותר. מידות של הדגימות המפוברקות מוצגות בטבלת 1. הקבוצה הראשונה והשני נועדו להישאר יציב במהלך נפיחות, ואילו קבוצה שלישית והרביעי מתוכננים לקרוס ולהפוך על נפיחות. לקבלת דוגמיות מעוקמת, Bucklinגרם מצב צריך להקטין בגובה מדגם. 3A האיור מראה תוצאה ניסיונית. כתאוריה מנבאת, דגימות בקבוצה הראשונה והשני היו יציבות ונשארו עגול על נפיחות, בעוד דגימות בקבוצה שלישית והרביעי כולם עברו בחוסר יציבות אלסטי וקרסו. כמו כן, דגימות עם אותו h / D מוצגות מצב קריסה דומה. 3B האיור משווה מצבי קריסה נצפו בניסוי של דגימות בקבוצה שלישית והרביעי עם חיזוי תיאורטי. אנו יכולים לראות כי דגימות עם אותו h / D להוות את אותו דפוס תגובת קריסה-ללא תלות בעובי וכי תוצאות ניסוי מסכימות גם עם התאוריה. אנו מציגים כיצד לבנות מערכת פשוטה של ​​שולחן עבודת 3D באמצעות הדפסה דיגיטלית זמין מסחרי נתוני מקרן. הגישה המוצעת מסתמכת על photocuring של פולימר לקוןstruct 3D מבנים, ולכן, כל פולימרי photocurable יכולים לשמש גם באופן כללי, ככל שיש photoinitiator ספיגה מתאימה בטווח אורכי גל. שים לב שphotoinitiators רב הזמין מסחרי מיועד לאולטרה סגול (UV) אורכי גל, אבל photoinitiator משמש כאן יש ספיגה גבוהה יחסית באורכי גל ארוכים יותר מ 400 ננומטר. מציע דרך קלה ומהירה כדי לפברק 3D אובייקטים, שיטה זו תמצא יישומים רבים בתחומים שונים, כולל מכניקת חומרים רכה כפי שמודגמים כאן.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td> פולי (אתילן גליקול) diacrylate </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 437441 </td><td> Mw ~ 575 </td></tr><tr><td> פולי (אתילן גליקול) </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> P3015 </td><td> Mw ~ 200 </td></tr><tr><td> phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) תחמוצת phosphine </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 511447 </td><td> תמונה-יוזם </td></tr><tr><td> אני סודאן </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 103624 </td><td> תמונת בולם </td></tr><tr><td> מקרן נתונים דיגיטליים </td><td> Viewsonic </td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td> קמורה עדשה </td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> f = 75.0 מ&quot;מ </td></tr><tr><td> המו&quot;ראו </td><td></td><td></td><td> 4 &quot;פרוסות סיליקון </td></tr><tr><td> שלב ידני </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

קריסה היא נושא קלסי במכניקה. למרות קריסה כבר זמן רב למדה כאחד ממצבי הכשל המבניים העיקריים 1, כך הוא מושך את תשומת לב חדשה לאחרונה כמנגנון ייחודי לשינוי דפוס. טבע מלא בדוגמאות כאלה שבי עושר של דפוסים אקזוטיים נוצרים דרך 2-5 חוסר יציבות מכאניות. בהשראת מנגנון אלגנטי זו, מחקרים רבים הדגימו יצירה ושינוי של דפוסי שימוש בחומרים רכים כגון אלסטומרים והידרוג 6-11. ג&#39;לי נפיחות הם בעלי עניין מיוחד משום שהם יכולים לגרום לחוסר יציבות באופן ספונטני מכאני כדי ליצור דפוסים שונים ללא צורך בכח חיצוני 6-10. לאחרונה, יש לנו דיווח הפגנה של שליטה מלאה על קריסת דפוס של ג&#39;לי צינורי מייקרו קשקשים באמצעות הקרנת המייקר Stereolithography (PμSL), טכנולוגיית תלת ממדי (3D) ייצור מסוגלת להמיר מודלי 3D מחשב שנוצרו לי במהירותאובייקטים פיסיים Nto ברזולוציה גבוהה 12,13. כאן אנו מציגים שיטה פשוטה כדי לבנות את מערכת PμSL פשוטה באמצעות מקרן נתונים דיגיטלי זמין מסחרי ללמוד חוסר יציבות קריסת נפיחות הנגרם לשינוי דפוס מבוקר. מדפסת 3D שולחן עבודה פשוטה נבנתה באמצעות נתונים דיגיטליים מקרן ה-off-מדף ורכיבים אופטיים פשוטים כגון עדשה קמורה וראי 14. תמונות חתך המופקות ממודל מוצק 3D מוקרנת על המשטח הרגיש לשרף ברצף, polymerizing שרף נוזלי לתוך מבנה מוצק 3D רצוי בצורת שכבה אחר שכבה. אפילו בתצורה זו פשוטה ותהליך קל, 3D אובייקטים שרירותיים יכולים להיות מפוברקים בקלות עם רזולוצית מיקרומטר תת-100. מדפסת 3D שולחן עבודה זה טומן בחובו פוטנציאל בחקר מכניקת חומרים רכה על ידי מתן הזדמנות מצוינת לחקור גיאומטריות 3D שונות. אנו משתמשים במערכת זו כדי Fabricaמבנה צינורי te צורת הידרוג עם ממדים שונים. קבוע בתחתית למצע, ג&#39;ל צינורי מתפתח מתח הומוגניות בנפיחות, אשר מולידים את קריסת חוסר יציבות. דפוסים גליים שונים מופיעים לאורך ההיקף של הצינור כאשר מבני ג&#39;ל לעבור קריסה. ניסוי מראה כי קריסה היקפית של מצב רצוי ניתן ליצור באופן מבוקר. שינוי דפוס בתלת ממד ג&#39;לי מובנה צינורי יש השלכות משמעותיות לא רק במכניקה ומדע חומרים, אך גם בתחומים רבים אחרים המתעוררים כגון matamaterials המתכונן.

<html> מערכת PμSL פשוטה באמצעות נתונים דיגיטלי מקרן ה-off-מדף מוצגת באיור 1. עדשה קמורה עם אורך מוקד של 75 מ&quot;מ מרכזת את הקרן לתוך אזור הארה קטנה של 2 סנטימטר על 2 סנטימטר. וכתוצאה מכך מטוס רזולוציה אופטית היא בערך 45 מיקרומטר. רזולוציה אנכית נקבעת לפי רמת הדיוק של השלב ליניארי. עובי שכבה של המבנים שנעשו לצורך מחקר זה הוא 160 מיקרומטר. כל שכבה הייתה מפולמר לאור תאורה 8 שניות. מבנה 3D נציג המפוברק על ידי המערכת מוצג באיור 1D. אובייקטים זה מורכב משכבות של 58 PEGDA. הכנו הידרוג PEGDA תמונה לריפוי. crosslinking הנמוך, נפיחות ולכן גדולות של הידרוג PEGDA הושג על ידי הוספת PEG אינו crosslinking לפתרון prepolymer. יחס אורך נפיחות חכם של הידרוג PEGDA המתקבל הוא 1.5, שמתאים להרחבת נפח גבוה מ 300%. <html> &gt; מערכת של צינורות הידרוג PEGDA תוכננה ומיוצרת על בסיס התאוריה שלנו 12. הנחנו מדגם הפוך ולשים באמבטיה עם מים מכוסים בשכבת שמן על גבי כפי שמודגם באיור 2 א. בהתאם לפרמטרים הממדיים, צינורות עגולים או נותרים יציבים או הופכים לדפוס גלי כפי שמוצגים באיור 2 ב. המגוון הרחב של נפיחות דפוס של מדגמים שונים נתפס על ידי מצלמה דיגיטלית ומוצג באיור 3 א. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> איור 1. מערכת הקרנת שולחן עבודה של מייקרו-Stereolithography (א) ייצוג סכמטי (ב) מערכת בפועל (ג) תצוגת תקריב של רכיבים (ד) 3D מבנים מייצגים. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.</a> אוהל &quot;fo: לשמור-together.within עמודים =&quot; תמיד &quot;&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> איור 2. (א) התקנה ניסיונית לצינור הידרוג נפיחות (ב) צינור הידרוג מוגבל הופך לדפוסים שונים. סרגל קנה מידה מציין 5 מ&quot;מ. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> איור 3. (א) דפוסים נוצרו בנפיחות ניסוי. ציר אנכי מציין t / שעה (ובכך יציבות), וציר אופקי מציין h / D (ובכך קריסת מצב). סרגל קנה מידה מציין 5 מ&quot;מ. (ב) קריסת מצב תלוי רק בשעות / ד. תוצאה ניסיונית מסכימה גם עם חיזוי תיאורטי. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.</a> <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td colspan="2"> דוגמה &lt;/ Strong&gt; </td><td> D (מיקרומטר) </td><td> t (מיקרומטר) </td><td> שעות (מיקרומטר) </td></tr><tr><td rowspan="4"> אני </td><td> אני </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> ג </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"> השני </td><td> אני </td><td> 9000 ± 420 </td><td> 480 ± 40 </td><td> 880 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 9000 ± 420 </td><tד&gt; 660 ± 40 </td><td> 1060 ± 40 </td></tr><tr><td> ג </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"> ג </td><td> אני </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> ג </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> אני </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> ג </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> לוח 1. ממדים לדוגמה נמדדו באמצעות מיקרוסקופ אופטי. שגיאות מצביעות על חוסר ודאות במדידה.

Watch this Scientific Journal Video about Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics at JoVE.com

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

אנחנו מדגימים שינוי דפוס מבוקר של צינורות ג&#39;ל נפיחות בחוסר יציבות אלסטי. התקנה פשוטה סטריאו מייקר היטל ליטוגרפיה נבנתה באמצעות נתונים דיגיטלי מקרן ה-off-מדף לפברק מבנים פולימריים תלת ממדים בצורת שכבה אחר שכבה. נפיחות צינורות הידרוג תחת אילוץ מכאני תציג את מצבי קריסה היקפיים שונים בהתאם לממד.

הדפסת המייקר 3D באמצעות מקרן דיגיטלי ותחולתו בחקר מכניקת חומרים רכות

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 ...

micro-3d-printing-using-digital-projector-its-application-study-soft

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Equilibrium and Elasticity

SCIENTISTS IN ACTION

25.2K Views.  Massachusetts Institute of Technology. אנחנו מדגימים שינוי דפוס מבוקר של צינורות ג'ל נפיחות בחוסר יציבות אלסטי. התקנה פשוטה סטריאו מייקר היטל ליטוגרפיה נבנתה באמצעות נתונים דיגיטלי מקרן ה-off-מדף לפברק מבנים פולימריים תלת ממדים בצורת שכבה אחר שכבה. נפיחות צינורות הידרוג תחת אילוץ מכאני תציג את מצבי ...

Video: 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.

כימות של ריכוזי מימן שכבות חיצוניות ואת ממשק חומרים בתפזורת באמצעות פרופיל עומק עם ניתוח תגובה גרעיני

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

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.

פתילה ומבחני בדים חד-כיווניים: מדידות של פרמטרים נימי להערכת לחץ נימים בתהליכי דפוס Composite הנוזל

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.

אתגרים ראולוגיות אפיון השעיות מרוכזות מאוד - מקרה עבור משחות כסף הדפסת מסך

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.

עמודי רשת אבזור רך בתהליך הזרקה של רכיב 3D עם מיקרו

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.

לימוד התגובה הטיה מתנדנדות משרעת גדולה של חומרים רכים

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.

הדפסת תלת-ממד תלת ממדית של פאנטומים להדמיית רקמה ביולוגית

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.

ב מיקרוסקופ אלקטרונים שידור Situ עם הטיה והפיקה של מוטות אסימטריים המבוססים על מעורב שלבים 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).

הדפסה בתלת-ממד - הערכת פליטות חלקיקים של עט הדפסה בתלת-ממד

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.

פלטפורמה מיקרופלואידית מונחית פניאומטית לריכוז מיקרו-חלקיקים

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.