著者らは、 図1Dに示すように3D構造の断面画像を提供するためのイリノイ大学アーバナ·シャンペーン校でジョセフMuskinとマシューラグーザに感謝したいと思います。

1。プレポリマー溶液の調製<ol><li>ミックスポリ（エチレングリコール）ジアクリレート（PEG-DA）（平均分子量575〜、Sigma-Aldrich）を1:2の重量比でポリ（エチレングリコール）（PEG）（平均分子量約200、Sigma-Aldrich）を。 </li><li> 0.67％重量を追加します。光開始剤（フェニルビス（2,4,6 - トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、Sigma-Aldrich）を。溶液は、この時点から暗い環境で保たれるべきである。 </li><li> 0.05％の重量を追加します。光吸収体（スーダンI、Sigma-Aldrich）を。 </li><li>マグネチックスターラーを用いて室温で24時間撹拌溶液を混ぜて。 </li></ol> 2。デジタルデータプロジェクターを使用したデスクトップ3Dプリンタの設定<ol><li>平らで安定した位置にデジタルデータプロジェクタを置き、およびMicrosoft PowerPointがインストールされたコンピュータに接続します。 </li><li>デジタルプロジェクターの光出力レンズの前に凸レンズを右に置きます。プロから約10cm離れて焦点面を作るために凸レンズを選択してくださいプロジェクタ。 （光学解像度は、より短い焦点距離のレンズのため小さくなるが、一方は光学部品のためにいくつかのスペースを確保する必要があります。） </li><li>まっすぐにビームを向けるために45°の角度でビーム経路上に凸レンズ後にミラーを配置します。 </li><li>投影されたビームの焦点面に試料ホルダーを配置します。試料ホルダーを試料ホルダの垂直位置が制御されることにより、リニアステージに取り付けなければならない。 </li><li>試料ホルダーの下に樹脂浴を置きます。 </li></ol> 3。ゲルチューブの設計と製作<ol><li>直径、壁の厚さ、そして製作するゲルチューブの高さを決定する。 </li><li>ゲルチューブ用の断面画像を描画します。画像は、背景が黒の白であるべきである。 Microsoft PowerPointのスライドにこれらの画像を挿入します。 </li><li> Microsoft PowerPointのスライドショーを起動し、任意の画像を投影する。 attを使用して垂直方向の位置を調整することにより、焦点面に試料ホルダーを配置ステージに痛んだ。 </li><li>プレポリマー溶液を入れながら不要な重合は行われませんように &quot;ダミー&quot;ブラックの画像に切り替えます。 </li><li>樹脂浴にプレポリマー溶液を注ぐ。解決策は少し試料ホルダーをカバーするまで風呂を埋める。今では、印刷、3Dオブジェクトの準備ができています。 </li><li>第一層を重合ゲルチューブの最初の断面画像を含むスライドに切り替えます。秒8のために画像を投影したまま、 &quot;ブラックアウト&quot;のスライドに切り替える。 </li><li> ¼ターンリニアステージのノブを回して試料ホルダーを下げるために（〜160μm）である。今、新鮮な樹脂は、重合第一層を覆うように流れる。 </li><li>手続1の上に第2層を重合させるために再び断面像を投影する。希望の高さのゲルチューブが製造されるまで繰り返し3.6から3.8を繰り返します。 </li><li>すべての層が完了したら、プレポリマー溶液の試料ホルダを持ち上げて、カミソリの宣伝ちらしを使用して慎重に製造されたサンプルを取り出す電子。 </li><li> 〜3時間アセトンでサンプルをリンスした後、それは〜1時間乾燥することができます。 </li></ol> 4。弾性不安定性により、所定のパターン形成のための腫れ実験<ol><li>透明なガラス皿に水 - 油二層液を準備します。 </li><li>スーパー接着剤を使用して、サンプルホルダーに乾燥試料を取り付けます。 </li><li>サンプルが逆さまになるように試料ホルダーを反転させます。水 - 油液槽に試料を浸す。油層から水 - 油界面にサンプルに近づく。サンプルはゲルチューブが固定されたベース基板部分は上部オイル層に滞在しながら、サンプルが水面に触れたときに膨潤し始める。この方法では、水は制約ベースが濡れ緩和する前に、サンプルを膨潤可能管壁内に拡散することができます。デジタルカメラを使用してゲルチューブのうねりのようなパターンの変化を監視します。 </li></ol>

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	<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>

特別な利害関係は宣言されません。

基板上に拘束管状のハイドロゲルの膨張で、安定性のみT / Hに依存しており、座屈モードにのみH / D 12に依存します。規格化膜厚t / hのレベルの異なるサンプルの4つのグループ（I〜IV）はグループが私はより厚く、より細身であることIV群であることと、作製した。各グループには、 私は短く、背の高いあるサンプルIVあるサンプルと正規化された高さH / Dのレベルが異なる4サンプル（I-IV）で構成されています。作製した試料の寸法は表1に示されている。グループIIIとIVはバックルや腫れ、変形するように設計されているのに対し、グループI及びIIは 、腫れの間に安定した滞在に設計されています。座屈サンプル、bucklin用Gモードは、サンプルの高さが減少するはずである。 図3Aは、実験結果を示しています。理論が予測したように、グループIおよびIIのサンプルでは、安定しており、グループIIIとIVのサンプルでは、すべての弾性不安定性を介して行って、座屈しながら、腫れ上に円形のままであった。また、同じH / Dを有する試料は類似座屈モードが表示されました。 図3Bは、理論予測とのグループIIIおよびIVでの試料の実験的に観察座屈モードの比較を示します。我々は、同じH / Dでそのサンプルを参照してくださいに関係なく厚さの同じ座屈後パターンを提起し、その実験結果は理論とよく一致することができます。 我々は、市販のデジタルデータプロジェクターを使用して簡単なデスクトップ3Dプリントシステムを構築する方法を述べる。提案されたアプローチは詐欺に対するポリマーの硬化に依存しています3D構造をstruct、およびしたがって、任意の光硬化ポリマーも限り光開始剤は、可視波長範囲内の適切な吸光度を持っているとして、一般的に使用することができます。多くの市販の光開始剤は、紫外線（UV）波長のために設計されることに注意しますが、ここで使わ光開始剤は、400nmよりも長い波長で比較的高い吸光度を持っています。 3Dオブジェクトを製作するための簡単​​かつ迅速な方法を提供し、この方法は、ここで示したような柔らかい材料力学を含め、様々な分野で応用されています。

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬の名称 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント（オプション） </td></tr><tr><td>ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 437441 </td><td> MW〜575 </td></tr><tr><td>ポリ（エチレングリコール） </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> P3015 </td><td> MW〜200 </td></tr><tr><td>フェニルビス（2,4,6 - トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 511447 </td><td>光開始</td></tr><tr><td>スーダンⅠ </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 103624 </td><td>フォトアブソーバー</td></tr><tr><td>デジタルデータプロジェクター</td><td> ViewSonicは</td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td>凸レンズ</td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> F = 75.0ミリメートル</td></tr><tr><td> MIRRまたは</td><td></td><td></td><td> 4 &quot;シリコンウェハ</td></tr><tr><td>手動ステージ</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

座屈は、力学における古典的なトピックです。座屈が長い主要な構造故障モード1の一つとして研究されてきたが、それは最近のパターン変換のためのユニークな機構として新たな注目を集めている。自然は、エキゾチックなパターンの富は機械的不安定性2-5貫通して形成されているような例がいっぱいです。このエレガントなメカニズムに触発され、多くの研究は、このようなエラストマーおよびヒドロゲル6月11日のような柔らかい素材を使用してパターンの作成 ​​と変換を実証している。彼らは自発的に外力6月10日を必要とせずに様々なパターンを作成するために機械的不安定性を引き起こすことができますので、腫れゲルは特に興味がある。最近、我々は投射マイクロ光造形（PμSL）、急速にコンピュータ生成3Dモデルiを変換することが可能な3次元（3D）の製造技術を用いたマイクロスケールの筒状のゲルのパターンを座屈に対するフルコントロールのデモを報告している高解像度12,13でNTO物理オブジェクト。ここでは、制御されたパターン変換のための腫れ誘起不安定座屈を研究するために、市販のデジタルデータプロジェクターを使用して簡略化されたPμSLシステムを構築するための簡単​​な方法を提示する。 シンプルなデスクトップ3Dプリンタは、既製のデジタルデータプロジェクターや凸レンズとミラー14のような単純な光学部品を使用して構築されています。 3Dソリッドモデルから抽出した断面画像を層ごとのやり方で所望の3Dソリッド構造に液状樹脂を重合し、シーケンス内の感光性樹脂表面上に投影される。でも、このシンプルな構成と簡単なプロセスで、任意の3Dオブジェクトが容易にサブ100μmの分解能で作製することができる。 このデスクトップ3Dプリンタは、さまざまな3D形状を探索するための絶好の機会を提供することにより、ソフトな材料力学の研究の可能性を秘めている。我々は、ファブリカにこのシステムを使用する異なる寸法のteの筒状のハイドロゲル構造。基板への底に固定され、管状のゲルは不安定座屈を生じる腫れ、中に不均一な応力を開発しています。ゲル構造の座屈受けるときに様々な波状のパターンは、チューブの円周に沿って表示されます。実験では、目的のモードの座屈円周が制御された方法で作成することができることを示しています。 3次元構造の管状のゲルのパターンの変換は、力学と材料科学でなく、そのようなチューナブルmatamaterialsのような他の多くの新たな分野だけでなく、重要な意義を持っています。

既製のデジタルデータプロジェクターを使用して簡単なPμSLシステムを図1に示します。 75mmの焦点距離を持つ凸レンズは2cm​​で2cmの小さな照明領域に光を集中させる。その結果、面内の光学分解能は約45μmである。垂直解像度はリニアステージの精度レベルによって決定されます。この研究のために作られた構造物の層の厚さは160μmである。各層は8秒光照射重合させた。システムによって製造された代表的な3次元構造を図1Dに示されています。このオブジェクトは、PEGDAの58層から構成されています。 我々は、光硬化性PEGDAハイドロゲルを調製した。 PEGDAハイドロゲルの架橋低く、従って大きな腫れは、プレポリマー溶液中に非架橋PEGを添加することによって達成されました。結果としてPEGDAハイドロゲルの長さ方向の膨潤率は高く、300％の体積膨張に対応する、1.5です。 &gt; PEGDAハイドロゲルチューブのセットが設計されており、我々の理論の12に基づいて作製した。我々は、逆さまにサンプルを配置し、 図2Aに示すように、上部にオイル層で覆われて水と一緒にお風呂に入れ。次元のパラメータに応じて、円形のチューブはどちら横ばいまたは、図2Bに示すように、波状のパターンに変換されます。異なるサンプルのパターンを膨潤させる多種多様なデジタルカメラで撮影し、 図3Aに示された。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> 図1デスクトップ投影マイクロ光造形システム（）略図（b）は、実際のシステムコンポーネントの（c）のクローズアップ図（d）の代表的な3次元構造を。 <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">拡大図を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 テント &quot;のfo：キープtogether.withinページ=&quot; always &quot;を&gt; <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> 図2（b）に制約ハイドロゲルチューブは異なるパターンに変身腫れハイドロゲルチューブ用（）実験セットアップ。スケールバーは5mmを示しています。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> 図3（a）のパターンが実験を腫れに形成されている。縦軸は、T / H（したがって安定性）を示し、横軸はH / Dを （したがって、座屈モード）を示します。スケールバーは5mmを示しています。 （b）の座屈モードはH / Dに依存します。実験結果は理論値とよく一致している。 <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">拡大図を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 <table border="1"><tbody><tr><td colspan="2"> サンプル&lt;/強い&gt; </td><td> D（μm）の </td><td> トン （μm）と </td><td> H（μm）は </td></tr><tr><td rowspan="4"> 私 </td><td> 私 </td><td> 9300±420 </td><td> 760±40 </td><td> 840±40 </td></tr><tr><td> 二 </td><td> 9700±420 </td><td> 1040±40 </td><td> 1060±40 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9700±420 </td><td> 1210±40 </td><td> 1340±40 </td></tr><tr><td> 四 </td><td> 9700±420 </td><td> 1660±40 </td><td> 1680±40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> 二 </td><td> 私 </td><td> 9000±420 </td><td> 480±40 </td><td> 880±40 </td></tr><tr><td> 二 </td><td> 9000±420 </td><tD&gt; 660±40 </td><td> 1060±40 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9500±420 </td><td> 740±40 </td><td> 1350±40 </td></tr><tr><td> 四 </td><td> 9200±420 </td><td> 970±40 </td><td> 1650±40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> 3 </td><td> 私 </td><td> 8900±420 </td><td> 160±40 </td><td> 790±40 </td></tr><tr><td> 二 </td><td> 8900±420 </td><td> 300±40 </td><td> 1020±40 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9100±420 </td><td> 380±40 </td><td> 1330±40 </td></tr><tr><td> 四 </td><td> 9000±420 </td><td> 490±40 </td><td> 1630±40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> 四 </td><td> 私 </td><td> 8900±420 </td><td> 140±40 </td><td> 780±40 </td></tr><tr><td> 二 </td><td> 8800±420 </td><td> 190±40 </td><td> 1010±40 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9300±420 </td><td> 230±40 </td><td> 1340±40 </td></tr><tr><td> 四 </td><td> 8900±420 </td><td> 290±40 </td><td> 1650±40 </td></tr></tbody></table> 表1サンプルの寸法は、光学顕微鏡で測定した。エラーは、測定の不確かさを示す。

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

我々は、弾性不安定性による膨潤ゲルチューブの制御パターン変換を示しています。単純な投影マイクロステレオリソグラフィーのセットアップは層ごとの方式で3次元ポリマー構造を作製するために、既製のデジタルデータプロジェクターを使用して構築されています。機械的な制約の下でハイドロゲルチューブの膨潤は、ディメンションに応じて様々な周方向の座屈モードを表示します。

デジタルプロジェクターとソフトマテリアル力学の研究への応用を用いたマイクロ3Dプリント

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

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25.1K ビュー.  Massachusetts Institute of Technology. 我々は、弾性不安定性による膨潤ゲルチューブの制御パターン変換を示しています。単純な投影マイクロステレオリソグラフィーのセットアップは層ごとの方式で3次元ポリマー構造を作製するために、既製のデジタルデータプロジェクターを使用して構築されています。機械的な制約の下でハイドロゲルチューブの膨潤は、ディメンションに応じて様々?...

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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.

核反応分析と深さ方向分析を通じて表面・界面層とバルク材料中の水素濃度の定量

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

工学

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.

単方向生地のためのテストをウィッキング：キャピラリーパラメータの測定を液体複合成形プロセスに毛細管圧力を評価します

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.

高度に濃縮された懸濁液のレオロジー特性評価における課題 - スクリーン印刷シルバーペーストのためのケーススタディ

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.

マイクロ 3 D コンポーネントの射出成形用ソフト ツーリング プロセス チェーンの柱します。

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.

ソフトマテリアルの大振幅振動せん断応答を勉強

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.

生体組織をシミュレートするファントムのマルチモーダル3Dプリンティング

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.

混相a-VOxに基づく非対称クロスバーのバイアスと作製を用いたSitu透過電子顕微鏡

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

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

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

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

3D プリント - 3D プリント ペンのパーティクル放出の評価

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.

微粒子濃度のための空気圧駆動マイクロ流体プラットフォーム

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.