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

Questa carta segnala lavori intrapresi nell'ambito del progetto "avanzato trattamento superficiale per dispositivi medici impiantabili" finanziato dal fondo per l'innovazione Danimarca. L'autore riconosciamo con gratitudine il sostegno europeo innovativo formazione rete MICROMAN "Processo Fingerprint per zero difetti Net-shape MICROMANufacturing", finanziato dal programma quadro Orizzonte 2020 per la ricerca e l'innovazione dell'Unione europea Unione.

1. Inserire la fabbricazione dall'additivo produzione (AM)
<ol><li>Progettare le cavità necessarie dal software di progettazione assistita da computer (Vedi Materiali supplementari per i file utilizzati in questo lavoro). Nota: Fabbricare gli inserti direttamente sullo stage edificio senza supporto per evitare di deformare gli inserti durante la polimerizzazione. La tolleranza è di 0,05 mm.</li>
	<li>Scegliere una resina per polimerizzazione della foto, in particolare quello che può sopportare la pressione e calore durante lo stampaggio ad iniezione. Nota: La resina che abbiamo scelto (Vedi Tabella materiali) ha una resistenza alla trazione di 56 MPa, allungamento alla rottura del 3,5%, una resistenza alla flessione di 115 MPa, un modulo flessionale di 3350 MPa e una temperatura di deviazione di calore di 140 ° C18.</li>
	<li>Mescolare la miscela di fotopolimero aggravata (proprietaria metacrilato di metile e acrilammide si fondono, con un iniziatore di TiO2 basata foto) accuratamente per un minimo di 30 minuti eseguendo il contenitore del materiale su un rullo di bagnato-laboratorio bottiglia, agitatore di pallone o dispositivo di miscelazione simile.</li>
	<li>Preparare la macchina di polimerizzazione foto (voxel-dimensione di 16 µm):<ol>
<li>Per le macchine di AM ascendente, controllare che il rivestimento di IVA sia integro e puliti accuratamente.</li>
		<li>Per le macchine top-down, ispezionare il sistema pulente per eventuali difetti.</li>
		<li>Controllare la fase di compilazione e regolare la piastra di compilazione utilizzando una lamina di calibro 100 µm a compensare correttamente la piastra di compilazione per l'IVA.</li>
		<li>Pre-accendere la fonte di luce della macchina utensile se possibile raggiungere temperatura allo stato stazionario prima di passare. Questa temperatura dovrebbe essere di 65 ° C nel motore leggero e 30 ° C all'interno della vasca.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Importare la geometria per il software di preparazione del lavoro. Seguire le linee guida dalla macchina Produttore19.<ol>
<li>Assegnazione dei parametri di macchina appropriata per abbinare il fotopolimero selezionato (luce intensità e spessore per la macchina utilizzata).</li>
		<li>Eseguire la generazione alla massima risoluzione verticale della macchina (25 µm in questa ricerca).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Pulire gli inserti stampati.<ol>
<li>Risciacquo in isopropanolo esposto alla vasca ad ultrasuoni per 3 min. Risciacquare accuratamente tre volte e garantire che nessun residuo di fotopolimero è lasciato sulla superficie degli inserti stampati.</li>
		<li>Lasciare il solvente evapori completamente a temperatura ambiente e impostare gli inserti in un essiccatore ad asciugare durante la notte a temperatura ambiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Post curare gli inserti secchi usando UV luce lampeggia due volte, ogni volta che entro il 2000 lampeggia con una frequenza di 10 lampi al secondo (Vedi Tabella materiali).</li>
</ol>2. ad iniezione (IM)
<ol><li>Installare il modulo micro iniezione su una macchina di stampaggio convenzionale (Vedi Tabella materiali). Nota: Nel nostro caso, il modulo di iniezione aveva una vite montata ad un angolo di 45°, diametro della vite era 8 mm, e la forza di serraggio era 100 kN.</li>
	<li>Montare gli inserti sulle piastre di stampo.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig1.jpg"> Figura 1: macchina ad iniezione con stampi. (a) il lato di iniezione è assemblato con le piastre. L'inserto è evidenziato da un cerchio rosso. (b) il lato mobile è assemblato con le piastre con pin di espulsione. L'inserto è evidenziato da un cerchio rosso. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<ol start="3"><li>Per tener conto delle variazioni durante il processo di stampa, apportare manualmente eventuali lievi modifiche agli inserti necessari al fine di adattare la muffa.</li>
	<li>Avvitare le piastre di stampo sulla macchina.</li>
	<li>Granuli di PE nella tramoggia di carico.</li>
	<li>Impostare il parametro macchina Tstampo a 60 ° C, Tbarile a 175 ° C e Viniezione a 65 mm/s. consentire tempo sufficiente raffreddamento per la parte ad essere Estarre.</li>
	<li>Riscaldare la vite a 31 ° C, 155 ° C, 165 ° C, 170 ° C e 175 ° C dal 1 ° alla 5 ° sessione. Quando la temperatura di fusione è di 175 ° C, inizia lo stampaggio ad iniezione precisa. Una volta che la cavità è riempita, mantenere la pressione di imballaggio di 300 bar per 5 secondi per compensare per contrazione di PE.</li>
	<li>Aprite lo stampo e consentire il pin di espulsione spingere la parte PE fuori dal lato mobile dell'inserto. Se la parte di PE è fissata sull'inserto, prendere parte a mano.</li>
	<li>Arrestare la macchina a 100 cicli di stampaggio ad iniezione (un ciclo è definito da quando lo stampo è chiuso fino a quando la parte viene espulso).</li>
</ol>3. qualità valutazione
<ol><li>Misurare il diametro e la profondità dei fori sugli inserti prima di stampaggio ad iniezione di un microscopio digitale20 di scansione laser. Misura su entrambi gli inserti; in ogni inserto, misurare quattro fori su due aree con distanza diversa al cancello "vicino al cancello" e "lontano dalla porta".</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig2.jpg"> Figura 2: misurato aree evidenziate sull'immagine degli inserti CAD. (a) l'inserto laterale mobile corrispondono al fondoschiena della replica; (b) il lato di iniezione corrisponde al lato superiore della replica. Il cancello di iniezione individua al centro. Nella ricerca vengono confrontati due aree con distanza di differenza al cancello, "lontano dalla porta" e "vicino al cancello". (Questa figura è stata modificata da Zhang et al 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<ol start="2"><li>Misura diametro e l'altezza dei pilastri sui denti cingolati ottenuti da stampaggio ad iniezione. Nota: Raggruppare le parti PE ottenute in lotti di 10 pezzi; cioè, 1-10 è il 1 ° lotto, 11-20 è il 2 ° lotto; fino a quando l'ultimo pezzo. Utilizzare un campione casuale in ogni batch e fare le misurazioni sulla parte superiore e lati posteriori; su ogni lato, misura quattro pilastri su due aree con distanza diversa al cancello ("vicino al cancello" e "lontano dalla porta").</li>
	<li>Analizzare i dati con l'assistenza di elaborazione software21 al fine di ottenere le dimensioni dell'immagine.</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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Questo metodo è adatto per la produzione di inserti per le parti di polimero con forme complesse. Essa sostituisce la cavità di stampo in acciaio strumento in macchina con un set di inserti di morbido strumento fatto da polimeri di stampaggio ad iniezione. il tempo di lavorazione e il costo è ridotto rispetto alla tradizionale lavorazione dei metalli; di conseguenza, il ciclo di produzione è ridotto. Questa catena di processo è adatta per prodotti in produzione scala intermedia (da 1000-10.000 cicli di iniezione stampaggio o simili), ma alta variazione nel design. Inoltre, per inserti stampati in 3D, piastre di stampo speciale non sono necessari. Piastre di stampaggio ad iniezione standard commerciali sono stati acquistati e lavorati per adattare gli inserti.
La tecnologia attuale stato, soft tooling non riesce da un meccanismo distinto17. Il meccanismo di rottura è stato identificato per essere collegati alla temperatura di deviazione di calore dell'inserto utensili morbido e la decomposizione è stata identificata per essere dovuto degassamento. Pertanto, il punto più critico è quello di scegliere la giusta resina per gli inserti prodotto da produzione additiva. La proprietà termica e meccanica determina la durata degli inserti, cioè, quanti cicli può resistere durante lo stampaggio ad iniezione. Determina inoltre la gamma di polimero stampato; la temperatura dello stampo il polimero stampato non dovrebbe essere superiore alla temperatura di deflessione di inserire il materiale.
Il secondo passaggio critico nel protocollo è il disegno dell'inserto. Devono essere seguite le regole generali di progettazione di stampi e parti meccanicamente deboli dovrebbero essere evitati su un inserto in polimero stampato 3D; in caso contrario, la vita dell'utensile sarà interessata a causa di guasti come crepe.
La qualità della superficie dei pezzi stampati ad iniezione ottenuti è limitata dal processo di produzione additiva applicata. Post-elaborazione come incisione chimica è una possibile soluzione per migliorare la qualità della superficie. Precisione delle caratteristiche superficiali è un altro problema a causa del processo di produzione additiva.
Questo metodo crea la possibilità per la creazione di micro caratteristiche sulla superficie reale libera su un nuove richieste di riunione della piattaforma di produzione industriale. Pertanto, questo metodo ha il potenziale per essere applicato e studiati per applicazioni in connessione con dispositivi medici di nuova generazione che richiedono caratteristiche micro su forme complesse, per esempio nell'ambito di dispositivi medici o impiantare dispositivi14 . Questo metodo faciliterà la creazione di valore attraverso le spese significativamente ridotte per produzioni di serie di volume medio-piccole e influenzare positivamente la scala cronologica per la produzione del divario tra 1-10 singoli dispositivi e vera e propria produzione di massa. Si aprirà nuovi prodotti di alto valore e soluzioni di design.

Il metodo proposto mira a superficie complessa con le peculiarità di un processo di soft-tooling, cioè, utilizzare produzione additiva polimero per produrre inserti per stampaggio ad iniezione di polimeri di fabbricazione. In altre parole, parti di plastica con superfici funzionali sono stampati da inserti in polimero ad iniezione.
Funzionalità di superficie può essere realizzata da micro caratteristiche; per esempio, Doan et al. 1 e Luchetta et al. 2 dimostrare superfici funzionali nel campo della biologia cellulare e Hu et al. 3 Mostra un esempio di elementi ottici, ecc. Un tipo di feature di superficie, micro pilastri, è stato studiato intensivamente per promuovere la proliferazione delle cellule. Essi sono in grado di migliorare l'aderenza tra i tessuti proliferati e la superficie se i micro pilastri sono modellati in determinati modi4,5.
Le repliche di polimero di micro caratteristiche sono state studiate intensivamente, e modanatura preciso può essere realizzato da molti processi6. Per esempio, Metwally et al ha ha segnalato ad alta fedeltà tra le parti modellate e stampo per la replica di sub-micro e micro caratteristiche su superfici piane7.
Ci sono molti protocolli per produzione micro pilastri o funzionalità; Tuttavia, la maggior parte di loro può essere applicata solo su superfici piane o superfici con curvatura costante. Per esempio, Nian et al. 8 hanno mostrato che micro caratteristiche potrebbero essere raggiunto mediante goffratura a caldo su una superficie curva. Tali protocolli non sono adatti per forme complesse con superfici tridimensionali, che sono richieste dalla maggior parte dei dispositivi reali. A quanto pare, la realizzazione di tre cavità tridimensionale con micro caratteristiche sulla superficie le sfide attuali protocolli; nel frattempo, espulsione delle parti potrebbe non riuscire per pilastri di alto allungamento su una superficie complessa se sono non perpendicolari alla direzione di compressione. Bissacco et al. 9 utilizzati inserti stampo 3D e ottenuti Sub-micro caratteristiche di stampaggio; nel loro studio, caratteristiche specifiche Sub-micro con un basso rapporto di aspetto sono stati generati da un processo di anodizzazione di alluminio e replicati correttamente dal polimero su un componente complesso.
I ricercatori hanno tentato di coinvolgere la produzione additiva nelle catene di processo per la replica di polimero al fine di ottenere la struttura superficiale progettata. Lantada et al ha descritto una catena di processo che inizia da prototipi di AM e quindi si avvale di tecniche di rivestimento per l'ottenimento di inserti metallici stampo per iniezione10. Parti di plastica prodotti da AM hanno dimostrati di essere direttamente applicabile come stampo inserti11,12, che è il processo di lavorazione morbida presentato in questo protocollo.
Nel nostro lavoro precedente, abbiamo dimostrato che Ø4 µm PEEK pilastri (2 µm alta) erano con successo demolded su una parete verticale di13di stampaggio ad iniezione. In questo protocollo, il prodotto oggetto dell'inchiesta è un anello con quattro denti, ognuna caratterizzata da aventi un angolo di 60°. Questo prodotto è stato studiato da Zhang et al. 14, dove sono state introdotte caratteristiche micro implementando piastre del nichel di pre-fabbricate, e micro pilastri (Ø4 µm) con aspect ratio di 0,5 sono stati ottenuti mediante stampaggio ad iniezione di gomma del silicone sui denti.
Nel metodo presentato, micro caratteristiche sono ottenibili su superfici complesse, create da una catena di processo utensili morbido. Cavità di stampo in acciaio vengono sostituiti da una serie degli inserimenti eseguiti da IVA AM basate su foto-polimerizzazione. Rispetto al metallo AM, fotopolimero basato AM tecnologia è in grado di raggiungere la più alta precisione15. Inoltre, il tempo di lavorazione e il costo si riduce notevolmente rispetto agli utensili convenzionali processi basati sulla lavorazione CNC. Secondo un recente studio caso16, utilizzando soft-tooling per la termoformatura, il costo è ridotto dal 91%, mentre il tempo consumato è ridotto dal 93%. Questo protocollo è adatto per prodotti che richiedono un design di alta flessibilità e volume di produzione intermedi. È stato dimostrato che inserti realizzati in fibra di carbonio rinforzata fotopolimeri possono resistere fino a 2500 cicli per polietilene prima di stampo evidente deterioramento17ad iniezione. La scelta del materiale stampato ad iniezione è limitata dalle proprietà termiche del fotopolimero selezionata per inserti. Polimeri con alte temperature di fusione non possono essere applicate in una cavità di fotopolimero. In questo studio, polietilene (PE) è stato scelto per condurre test di stampaggio ad iniezione.

<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

Lo scopo di questa carta è di presente il metodo di una catena di processo utensili morbido che impiegano additivo Manufacturing (AM) per la fabbricazione di iniezione stampaggio inserti con micro caratteristiche superficiali. Gli inserti Soft Tooling sono forniti da Digital Light Processing (IVA foto polimerizzazione) utilizzando un fotopolimero in grado di resistere temperaturea relativamente alta. La parte prodotta qui ha quattro denti con un angolo di 60°. Micro pilastri (Ø200 µm, proporzioni 1) sono disposti sulle superfici di due righe. Stampaggio ad iniezione di polietilene (PE) con gli inserti utensili morbido è usato per fabbricare le parti finali. Questo metodo dimostra che è possibile ottenere componenti stampati a iniezione con microstrutture su geometrie complesse da inserti fabbricati additivi. Il tempo di lavorazione e il costo si riduce notevolmente rispetto agli utensili convenzionali processi basati su computer lavorazioni a controllo numerico (CNC). Le dimensioni delle caratteristiche micro sono influenzate dal processo di produzione additiva applicata. La durata degli inserti determina che questo processo è più adatto per produzione pilota. La precisione della produzione inserti è limitata dal processo di produzione additiva pure.

La figura 3 Mostra gli inserti realizzati da AM e le parti PE prodotte mediante stampaggio ad iniezione. Due file di fori circolari erano verticali sulla superficie sui denti (Figura 3 (b)). La dimensione nominale dei fori sugli inserti è Ø200 µm e 200 µm in profondità, con una distanza da centro a centro 400 µm. Le strutture di livello a causa del processo di AM sono chiaramente visibili. In basso a sinistra la linea c'è un segno visibile di pieghevole, che involontariamente ha avvenuto durante la preparazione per SEM
Il processo di compressione è illustrato nella Figura 4. Pilastri non sono parallele alla direzione di compressione. Nessun pilastro rottura è stata osservata in tutti i campioni studiati (Figura 5). In questo senso, la sformatura riusciva. È già visibile che i pilastri sulla posizione di lontano-da-the-gate sono considerevolmente inferiori sul lato superiore causa la caduta di pressione. Per quanto riguarda il diametro, la differenza da posizioni non sono importanti per quanto riguarda l'altezza.
Figura 6 e Figura 7 illustrano come la replica propagati lungo i 100 cicli di stampaggio ad iniezione. Il grado di replica è definito dal rapporto tra la dimensione dei pilastri e la dimensione degli inserti. Lungo i 100 cicli, processo stabile è stato realizzato in ogni posizione relative alla replica sia verticale che laterale. La dimensione dei fori sugli inserti erano immutati dopo lo stampaggio ad iniezione, che ha confermato questa conclusione. L'altezza dei pilastri posizionati lontano dalla porta erano inferiori a quelli collocati vicino al cancello, perché polimero flusso aumenta la viscosità quando aumenta la lunghezza del flusso.
I parametri di stampaggio ad iniezione sono state varie all'interno della gamma consentita dal foglio dati materiale. Nella finestra del processo esplorato, la maggior parte delle piste ha raggiunge più di 80 cicli, confermando che la durata del tagliente dell'AM inserisce non è stata influenzata nella finestra del processo esplorato. Tuttavia, l'aragosta si è verificato per gli inserti per il lato di iniezione in alcuni test quando la pressione di iniezione è stata elevata. Ciò è dovuto la parte centrale dell'inserto essendo molto più sottile.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig3.jpg"> Figura 3: inserti e repliche. (a) inserti prodotte dal processo di produzione di additivi formano cavità dello stampo; viene visualizzata la finestra di una replica di polietilene (PE), prodotta da stampaggio ad iniezione. Marcature del righello di riferimento sono millimetri; numeri da segnare centimetri. (b) microscopio elettronico a scansione (SEM) immagine mostra la superficie dell'inserto; (c) immagine di SEM Mostra la superficie delle parti PE fatto da stampaggio ad iniezione. ((a) e (b) sono state modificate da Zhang et al 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig4.jpg"> Figura 4: successo sformatura. La sformatura riusciva anche se pilastri non sono parallele alla direzione di compressione. (a) stampi chiudere e aprire (b) stampi per sformatura. (Questa figura è stata modificata da Zhang et al 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig5.jpg"> Figura 5: immagine di SEM della vista laterale di una casuale tine. Le posizioni di quattro indagate sono etichettate sull'immagine. (Questa figura è stata modificata da Zhang et al 201722) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig6.jpg"> Figura 6: pilastro grado replica altezza. Il grado di replica dell'altezza del pilastro è definito dall'altezza della colonna/profondità del foro. Il valore medio del grado replica alle quattro posizioni è stato visualizzato in ogni batch. Un campione a caso selezionato è stato misurato in ogni batch. Le quattro posizioni sono "Back-lontano" per la posizione lontano dalla porta sul lato posteriore, "Back-vicino" per la posizione vicino al cancello sul lato posteriore, "Top-lontano" per la posizione lontano dalla porta a fesa, e "Top-vicino" per la posizione vicino al cancello sul lato superiore. (Questa figura è stata modificata da Zhang et al 2017 22) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57335/57335fig7.jpg"> Figura 7: pilastro grado replica diametro. Il grado di replica del diametro pilastri è definito dal diametro del pilastro/diametro del foro. Il valore medio del grado replica alle quattro posizioni è stato visualizzato in ogni batch. Un campione a caso selezionato è stato misurato in ogni batch. Le quattro posizioni sono "Back-lontano" per la posizione lontano dalla porta sul lato posteriore, "Back-vicino" per la posizione vicino al cancello sul lato posteriore, "Top-lontano" per la posizione lontano dalla porta a fesa, e "Top-vicino" per la posizione vicino al cancello sul lato superiore. (Questa figura è stata modificata da Zhang et al 2017 22). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57335/57335fig7large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</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

Una catena di processo utensili morbido per lo stampaggio di un componente 3D con Micro pilastri

Un protocollo per la realizzazione di inserti per geometrie complesse con micro caratteristiche su superfici impiegando additivo Manufacturing (AM) ad iniezione è presentato.

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. Un protocollo per la realizzazione di inserti per geometrie complesse con micro caratteristiche su superfici impiegando additivo Manufacturing (AM) ad iniezione è presentato.

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 litografia per la generazione di Micro-e submicroniche modelli sul Polymer Substrati

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

Ricerca

Ingegneria

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.

Processo di creazione di microstrutture tridimensionali mediante vaporizzazione di un componente sacrificale

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.

Produzione di tridimensionalmente microstrutturate nanocompositi attraverso Microfluidic Infiltration

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

Chimica

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.

Micro-muratura per 3D Additivo 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.

Microfabbricazione di chip di dimensioni Ponteggi per tridimensionale coltura cellulare

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

Biologia

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.

Rapida e basso costo Prototipazione di dispositivi medici che usano 3D Stampo Stampato per stampaggio ad iniezione Liquid

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

Bioingegneria

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.

Modellazione di microrganismi e microparticelle attraverso l'assemblaggio sequenziale assistito da capillarità

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.

Assemblaggio e caratterizzazione di un driver esterno per la generazione di flussi oscillatori sub-kilohertz in microcanali

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.

Tridimensionale di stampa di materiali termoplastici per creare automatizzati pompe a siringa con controllo in retroazione per applicazioni di microfluidica

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.

Scaffold 3D macroporosi interconnessi da barre di microgel

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