Name: micro-masonry for 3d additive micromanufacturing
Uploaded: 2014-08-01T15:00:00.000+00:00
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This work was supported by the NSF (CMMI-1351370).

1。ドナー基板の作製のためのマスクをデザイン<ol><li>所望の形状を有するマスクを設計します。 100ミクロン×100ミクロン四方のシリコン個々のユニットを製作するために、100ミクロン×100ミクロンの正方形の配列を描画します。 </li><li>それぞれの側が追加の15ミクロンを拡張するとともに、同一の形状を有する第二のマスクを設計します。 100ミクロン×100ミクロンの正方形の配列の場合は、ステップ1.1に正方形をカバーすることができ130μmのX130μmの正方形の配列を描画します。 </li><li>アンカージオメトリを設計します。 4 20ミクロンX 40ミクロ​​ンの長方形、正方形の1辺に沿って中心それぞれを描画します。最初の15ミクロン（ 図2に示すように）ステップ1.1で元が100μm×100μm角、残りの25ミクロンの外側に延びて覆うような構造を配置します。 NOTE：任意の形状および寸法であれば、アンカー接点パターン化された材料と基板の両方として使用することができる。このアンカーの一端は、原点をカバーステップ1.1、もう一方の端のAlジオメトリは、ステップ1.2でジオメトリを拡張する必要があります。 </li></ol> 2。検索可能ドナー基板を準備<ol><li> 1ミクロン〜20Ωの•cmで、箱酸化物層の厚さのシート抵抗が3μmデバイス層の厚さを有するインシュレータ（SOI）ウェハ上にp型にドープされたシリコンを調製する。 NOTE：種々の用途のためにこれらのパラメータを変更することができる。 </li><li>スピンコートレジスト（AZ5214、30秒間、3,000 rpmで、太い1.5ミクロン）、ステップ1.1で設計されたマスクを添付してください。 </li><li> （RIE）装置、パターンSOIウェハのデバイス層の反応性イオンエッチングを用いてフォトレジストマスクを除去する。このステップの後、RIEエッチングされた領域は、ボックス酸化物層（ 図2A）を公開している。 </li><li>スピンコートレジスト（AZ5214、30秒間、3,000 rpmで、厚さ1.5μm）、ステップ1.2で設計されたマスクのパターン。 </li><li>ホットプレート上で90秒間125℃でウェハを加熱する。 </li><li>ウエハを浸すステップ2.3から露出ボックス酸化物層をエッチングする50秒間の49％HF。完全に乾燥させた後、マスキングフォトレジスト（ 図2B）を取り外します。 </li><li>スピンコート（AZ5214、30秒間、3,000 rpmで、厚さ1.5μm）とパターンのステップ1.3からのアンカリングデザイン。 </li><li>ホットプレート上で90秒間125℃でウェハを加熱する。 </li><li> 50分間49％のHFに浸す。このステップは、フォトレジスト（ 図2C）に懸濁させたシリコンの個別単位で得、残りのパターン化されたデバイス層のシリコンの下に残っている箱酸化物層をエッチングする。 </li></ol> 3。マイクロチップスタンプ用のマスクをデザイン<ol><li>正方形のシングルは100μm×100程度でマスクを設計します。 </li><li> 100ミクロン×100ミクロン領域内の複数の12ミクロンX 12ミクロンの正方形でマスクを設計します。 </li></ol> 4。マイクロチップスタンプ用の金型を作る<ol><li> &lt;1-0-0&gt;の結晶方位を有するシリコンウエハを清掃し、デポプラズマを用いた窒化ケイ素の100nmの座る化学蒸着（PECVD）装置を拡張。 </li><li>スピンコートレジスト（AZ5214、30秒間、3,000 rpmで、厚さ1.5μm）、ステップ3.2で設計されたマスクのパターン。 </li><li>パターン10：01緩衝酸化物エッチング液（BOE）を用いて窒化シリコン層。 </li><li>脱イオン水170mlのイソプロピルアルコール（IPA）の混合物をビーカー40ml中の水酸化カリウム（KOH）を80g溶解する。 </li><li>ホットプレート上で80℃でKOH、IPAおよび水の混合物を加熱する。 </li><li>垂直方向（エッチングレートは約1μm/分である）、結晶構造中に露出したシリコンをエッチングするために、KOHの混合物とビーカーに準備されたウェハを置く。 </li><li>露出したシリコンが完全にエッチングされた後、KOH混合物からウェーハを除去するHFを用いて窒化シリコンをエッチングし、RCA 1及び2 RCA洗浄（ 図3A）を行う。 </li><li>以下のレシピで手順3.1から用意したマスクと、SU-8 100とパターンとのスピンコート：3000 R1分、30分、10分および95℃、65℃でソフトベーキング用の午後は、550ミリジュール/ cm 2であり、ポストベーク65℃で1分間、および10分間95°C（ 図3Bにさらす）。 </li><li> SU-8 100が完全に硬化した後、3〜5滴を滴下しての（トリデカフルオロ-1,1,2,3 - テトラヒドロオクチル）-1 - トリクロロシラン単分子層を適用（トリデカフルオロ-1,1,2,2、1,2,3 - テトラヒドロオクチル）-1 - トリクロロシラン真空瓶と瓶にウエハを配置し、真空を適用する。 </li></ol> 5。金型を用いたマイクロチップスタンプを複製<ol><li> 5:1を有するポリジメチルシロキサン（PDMS）ベースと硬化剤を混ぜる。 </li><li>真空瓶内に配置することによって混合物を脱気。 </li><li>型の上に、脱気したPDMS混合物のごく一部を注ぎ、PDMSリフローは平坦な上面（ 図3C）を達成するためにしてみましょう。 </li><li>完全にPDMSを硬化させるために2時間、70℃のオーブンで、PDMS金型を配置します。 </li><li>から金型を削除するオーブン、PDMSをはがします（ 図3D）。 </li></ol> 6。ドナー基板からインクを取得し、対象地域へのプリント<ol><li>顕微鏡を備えた電動式の回転とX、y方向への平行移動ステージ上にドナー基板を配置します。 </li><li>独立した垂直の並進ステージにマイクロチップスタンプを添付してください。 </li><li>顕微鏡下で、並進および回転ステージを使用ドナー基板上にSiインクでマイクロチップスタンプを揃える。さらに、傾斜ステージを調整することにより、マイクロチップ表面とSiインクとの傾斜の位置合わせを行う。その後、接触するようにマイクロチップスタンプをダウンさせる。 </li><li>小さな先端が完全に折り畳まれており、表面全体がドナー基板上にシリコンインクと接触するようにゆっくりと、最初の接触後にシャットダウンさらにマイクロチップスタンプをもたらす。 </li><li> rについても、マイクロチップスタンプとSiインクとの間に大きな接触面積のためにアンカーを壊し、zの段を迅速に上昇させるドナー基板からのSiインクをetrieveとマイクロチップスタンプに添付します。 注：マイクロチップスタンプがストレスのない場合には、圧縮されたマイクロチップを取り出すシリコンインクとの最小限の接触を作る、元のピラミッド型の形状に復元します。 </li><li> X、Y方向への平行移動ステージにレシーバ基板を配置し、所望の位置にマイクロチップ·スタンプの下で取得されたSiインクを合わせます。 </li><li>検索されたシリコンインクはほとんどレシーバ基板に接触するまでのzステージを下る。 </li><li>接触を行った後、徐々に所望の位置の上に印刷し、シリコンインクを放出するためのzステージを上げる。 </li></ol> 7。接合プロセス<ol><li>プログラム90秒で950℃までの室温から順番に高速熱アニール炉は、10分間950℃で維持し、（炉内の任意の熱供給を削除することで）室温まで冷却。 </li><li> 950℃の周囲環境やアニール炉で印刷レシーバ基板を配置のSi-Si結合のために又はSi-Auボンディングのために30分間、360℃で10分間、C。 </li></ol>

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	<li>Stix, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+&#8220;Point+one.">Toward &#8220;Point one.</a> Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).</li><li>Appenzeler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Man+Who+Dared+to+Think+Small.">The Man Who Dared to Think Small.</a> Science. 254, 1300-1301 (1991).</li><li>Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+Microfabrications+The+Science+of+Miniaturization.">Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization.</a> , (2002).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).</li><li>Judy, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microelectromechanical+systems+(MEMS)+fabrication,+design+and+applications.">Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications.</a> Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).</li><li>Jain, V. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Micromanufacturing Process. , (2012).</li><li>Keum, H., 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=Silicon+micro-masonry+using+elastomeric+stamps+for+three-dimensional+microfabrication.">Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication.</a> J Micromech Microeng. 22, 55018 (2012).</li><li>Keum, H., Chung, H., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+Contact+at+The+Interface+between+Silicon+and+Transfer-Printed+Gold+Films+by+Eutectic+Joining.">Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061 (2013).</li><li>Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatically+Driven+Collapsible+Au+Thin+Films+Assembled+Using+Transfer+Printing+for+Thermal+Switching.">Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching.</a> Appl Phys Lett. 100, 211904 (2012).</li><li>Klaassen, E. H., 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=Silicon+fusion+bonding+and+deep+reactive+ion+etching:+a+new+technology+for+microstructures.">Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures.</a> Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).</li><li>Barth, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+for+fabrication+of+sensors+actuators+and+microstructures.">Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures.</a> Sens Actuators. A21 - A23, 919-926 (1990).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

図4に示すマイクロ石工は、材料接合工程において、シリコンフュージョンボンディングを含む。シリコン融合接合は、急速熱アニール炉（RTA炉）中に試料を入れ、10分間950℃で試料を加熱することによって達成される。 SiとSiの- - SiO 2のボンディング10,11このアニール条件は、Siとの採用可能でもある。あるいは、 図5Cに見られるように、Siと結合し?...

このような大規模な一般的な3Dマシンの小型化などの微小電気機械システム（MEMS）は、パフォーマンスの強化、製造コストの低減、1,2を提供することで、近代的な技術を推進するために不可欠である。しかし、MEMSの技術の進歩の現在のレートは、製造技術3-6の連続革新せずに維持することができません。共通のモノリシック微細加工は、主に集積回路（IC）の製造のために開発レイヤーバイレイヤープロセスに依存している。この方法は、高性能MEMSデバイスの大量生産を可能に非常に成功している。しかし、そのために複雑な層ごとの電気化学的、減法自然、多様に形の3D MEMS構造およびデバイスの製造、macroworldにおいて簡単に、このモノリシック微細加工を使用して達成することは非常に困難である間。レスプロセスの複雑さと、より柔軟な3D微細加工を可能にするために、我々はDEVE急速加熱処理が有効な材料接合技術と併せて、マイクロ/ナノスケール材料の転写印刷ベースのアセンブリを必要とする3Dの添加micromanufacturing戦略（と呼ばれる「マイクロ/ナノ石工 &#39;）をloped。 転写印刷は、エラストマースタンプの制御された乾燥接着を用いて生成された、または異なる基板に成長させ、基板から固体マイクロスケール材料（ 即ち、「固形インク」）を転送する方法である。マイクロ石積みの典型的​​な手順は、転写印刷から始まります。プレハブ固体インクが転写エラストマースタンプ、プリント構造の高度な形態であるマイクロチップスタンプを使用して印刷され、続いてインクインクとインクの基板密着性を向上させるために急速熱アニール（RTA）を用いてアニールされる。この製造手法は、他の既存メトキシを用いて収容することができない異常なマイクロスケール構造及びデバイスを構築することが可能DS 7。 MEMSセンサーを組み立てるために、異なる材料の機能的および構造的ソリッドインクを統合するための（a）の能力とすべての3D構造の中に組み込まアクチュエータ;マイクロ石積みは、他の方法では存在しないいくつかの魅力的な特徴を提供します（b）は、組み立てられた固体インクのインタフェースは、電気的および熱的に接触し、9,10として機能させることができる。 （C）組立空間分解能は7を印刷する転送用の固形インクと高精度な機械式のステージを生成するための拡張性の高い、十分に理解されリソグラフィプロセスを利用して（〜1μm）を高くすることができます。および（d）の機能的および構造的な固体インクは、平面状又は曲線状の幾何学的形状に硬質および軟質両方の基板上に集積化することができる。

<table><tbody><tr><td>Az 5214</td><td>Clariant</td><td></td><td>1.5 mm thick Photoresist</td></tr><tr><td>Su8-100</td><td>Microchem</td><td></td><td>100 mm Photoresist used in mold</td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS mixed to fabricate stamp</td></tr><tr><td>Hydrofluoric acid</td><td>Honeywell</td><td></td><td>Acid to etch silicon oxide layer</td></tr><tr><td>Silicon on insulator</td><td>Ultrasil</td><td></td><td>Donor substrate was fabricated</td></tr><tr><td>Trichlorosilane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>Chemical used to help pealing of PDMS from mold</td></tr></tbody></table>

micro-masonry for 3d additive micromanufacturing

転写印刷は、エラストマースタンプを利用して別の基板に生成された基板から（本明細書で「インク」と呼ばれる）を固体マイクロ/ナノスケール物質を転送する方法である。転写印刷は、柔軟で伸縮性太陽電池やLEDアレイなどの近年の先端デバイスで発見された前例の構造や機能のシステムを製造するために、異種材料の統合を可能にします。転写材料アセンブリ能力のユニークな特徴を示すが、印刷プロセスを強化するための接着層又は基板上のこのような自己組織化単分子膜（SAM）の堆積のような表面改質の使用は、微小電気機械システム（MEMS）構造体のマイクロアセンブリ中に広い適応を妨げるおよびデバイス。この欠点を克服するために、我々は決定論的にのみ表面接触面積を制御することによって、個々のマイクロスケール·オブジェクトを組み立てる転写印刷のアドバンスモードを開発任意の表面を変更する必要がない。接着剤層または他の修飾の非存在下およびその後材接合プロセスは、機械的結合が、さらに異常なMEMSデバイスの構築に適応で様々なアプリケーションを開き、組み立て材料間の熱的および電気的接続を確保するだけでなく。

マイクロ石積みは、モノリシックマイクロ加工プロセスによって達成することが非常に困難または不可能であるMEMS構造を生成するために、異種材料の統合を可能にします。その能力を実証するために、（「マイクロ急須」と呼ばれる）の構造は、単に微細プレストレストを経て製造される。 図4Aは、ドナー基板上に作製されたシリコンインクの光学顕微鏡画像である。設計され?...

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Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

本論文では、微小電気機械システム（MEMS）の構造及び装置の柔軟な製造のための3D加法micromanufacturing戦略（と呼ばれる「マイクロ石造 &#39;）を導入しています。このアプローチは、急速熱アニール·イネーブル材接合技術と組み合わせてミクロ/ナノスケール材料の転写印刷ベースの組立体を含む。

3D添加Micromanufacturing用マイクロ石積み

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

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10.3K ビュー.  University of Illinois at Urbana-Champaign. 本論文では、微小電気機械システム（MEMS）の構造及び装置の柔軟な製造のための3D加法micromanufacturing戦略（と呼ばれる「マイクロ石造 '）を導入しています。このアプローチは、急速熱アニール·イネーブル材接合技術と組み合わせてミクロ/ナノスケール材料の転写印刷ベースの組立体を含む。 

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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.

マイクロ流体浸透を通じて立体的微細構造ナノ複合材料の製造

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

化学

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.

三次元細胞培養用チップサイズの足場の微細加工

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

生物学

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 ...

工学

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three dimensions for the geometry and one degree of freedom concerning the material properties at each position) the Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) was developed. It is a direct AM technology which allows the AM of multi-material components. To demonstrate the advantages of this technology black-and-white zirconia components were additively manufactured and co-sintered defect-free.
Two different pairs of black and white zirconia powders were used to prepare different thermoplastic suspensions. Appropriate dispensing parameters were investigated to manufacture single-material test components and adjusted for the additive manufacturing of multi-color zirconia components.

Here we describe a protocol for additively manufacturing black-and-white zirconia components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) and co-sintering defect-free.

マルチ材料セラミック ベースのコンポーネント-添加熱可塑性 3 D 印刷 (セラム - T3DP) 白黒ジルコニア部品の製造

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...

Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light processing/stereolithography, is developed within the scope of the CerAMfacturing European research project. A three-dimensional (3-D) hemi-maxillary bone-like structure is 3-D printed using custom aluminum oxide polymeric mixtures. The powders and mixtures are fully analyzed in terms of rheological behavior in order to ensure proper material handling during the printing process. The possibility to print functionally graded materials using the Admaflex technology is explained in this document. Field-emission scanning electron microscopy (FESEM) show that the sintered aluminum oxide ceramic part has a porosity lower than 1% and no remainder of the original layered structure is found after analysis.

This manuscript describes the processing of single multifunctional ceramic components (e.g., combinations of dense-porous structures) additively manufactured by stereolithography.

光造形法による傾斜機能セラミック材料の添加剤の製造

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light ...

Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for high wear, high hardness, and lightweight material applications such as armors. To overcome this challenge, negative additive manufacturing (AM) is employed to produce complex geometries of boron carbides at various length scales. Negative AM first involves gelcasting a suspension into a 3D-printed plastic mold. The mold is then dissolved away, leaving behind a green body as a negative copy. Resorcinol-formaldehyde (RF) is used as a novel gelling agent because unlike traditional hydrogels, there is little to no shrinkage, which allows for extremely complex molds to be used. Furthermore, this gelling agent can be pyrolyzed to leave behind ~50 wt% carbon, which is a highly effective sintering aid for B4C. Due to this highly homogenous distribution of in situ carbon within the B4C matrix, less than 2% porosity can be achieved after sintering. This protocol highlights in detail the methodology for creating near fully dense boron carbide parts with highly complex geometries.

A method called negative additive manufacturing is used to produce near fully dense complex shaped boron carbide parts of various length scales. This technique is possible via the formulation of a novel suspension involving resorcinol-formaldehyde as a unique gelling agent that leaves behind a homogenous carbon sintering aid after pyrolysis.

負の複雑な形をした炭化ホウ素の添加剤の製造

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

微細と3D微小血管の組立

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

生物工学

Design and Development of a Three-Dimensionally Printed Microscope Mask Alignment Adapter for the Fabrication of Multilayer Microfluidic Devices

This project aims to develop an easy-to-use and cost-effective platform for the fabrication of precise, multilayer microfluidic devices, which typically can only be achieved using costly equipment in a clean room setting. The key part of the platform is a three dimensionally (3D) printed microscope mask alignment adapter (MMAA) compatible with regular optical microscopes and ultraviolet (UV) light exposure systems. The overall process of creating the device has been vastly simplified because of the work done to optimize the device design. The process entails finding the proper dimensions for the equipment available in the laboratory and 3D-printing the MMAA with the optimized specifications. Experimental results show that the optimized MMAA designed and manufactured by 3D printing performs well with a common microscope and light exposure system. Using a master mold prepared by the 3D-printed MMAA, the resulting microfluidic devices with multilayered structures contain alignment errors of &lt;10 &#181;m, which is sufficient for common microchips. Although human error through transportation of the device to the UV light exposure system can cause larger fabrication errors, the minimal errors achieved in this study are attainable with practice and care. Furthermore, the MMAA can be customized to fit any microscope and UV exposure system by making changes to the modeling file in the 3D printing system. This project provides smaller laboratories with a useful research tool as it only requires the use of equipment that is typically already available to laboratories that produce and use microfluidic devices. The following detailed protocol outlines the design and 3D printing process for the MMAA. In addition, the steps for procuring a multilayer master mold using the MMAA and producing poly(dimethylsiloxane) (PDMS) microfluidic chips is also described herein.

This project allows small laboratories to develop an easy-to-use platform for the fabrication of precise multilayer microfluidic devices. The platform consists of a three-dimensionally printed microscope mask alignment adapter using which multilayer microfluidic devices with alignment errors of &lt;10 &#181;m were achieved.

多層マイクロ流体デバイスの製造用三次元プリント顕微鏡マスクアライメントアダプターの設計と開発

This project aims to develop an easy-to-use and cost-effective platform for the fabrication of precise, multilayer microfluidic devices, which typically ...

Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or complicated equipment, making fabrication costly and incompatible with mass production, which is one of the most important preconditions for point-of-care tests (POCT) to be adopted in low-resource settings. This work describes the fabrication process of an acrylic (polymethylmethacrylate, PMMA) device for nanoparticle-conjugated enzymatic immunoassay testing using the computer numerical control (CNC) micromilling technique. The functioning of the microfluidic device is shown by performing an immunoassay to detect a commercial antibody using lysozyme as a model antigen conjugated to 100 nm magnetic nanoparticles. This device integrates a physical staggered restriction of only 5 &#181;m in height, used to capture magnetic microparticles that make up a magnetic trap by placing an external magnet. In this way, the magnetic force on the immunosupport of conjugated nanoparticles is enough to capture them and resist flow drag. This microfluidic device is particularly suitable for low-cost mass production without the loss of precision for immunoassay performance.

Microfluidics is a powerful tool for the development of diagnostic tests. However, expensive equipment and materials, as well as laborious fabrication and handling techniques, are often required. Here, we detail the fabrication protocol of an acrylic microfluidic device for magnetic micro- and nanoparticle-based immunoassays in a low-cost and simple-to-use setting.

磁気ナノ粒子を用いたイムノアッセイのための千鳥制限を有するマイクロ流体アクリルデバイスのコンピュータ数値制御マイクロミリング

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or ...

An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels have simple monolithic architectures and often function as scaffolding materials for tissue engineering applications. More sophisticated structures typically take a long time to fabricate and do not contain moving components. This protocol describes a photolithography method that allows for facile and rapid microfabrication of PEG structures and devices. This strategy involves an in-house developed fabrication stage that allows for the rapid fabrication of 3D structures by building upwards in a layer-by-layer fashion. Independent moving components can also be aligned and assembled onto support structures to form integrated devices. These independent components are doped with superparamagnetic iron oxide nanoparticles that are sensitive to magnetic actuation. In this manner, the fabricated devices can be actuated using external magnets to yield movement of the components within. Hence, this technique allows for the fabrication of sophisticated MEMS-like devices (micromachines) that are composed entirely out of a biocompatible hydrogel, able to function without an onboard power source, and respond to a contact-less method of actuation. This manuscript describes the fabrication of both the fabrication set-up as well as the step-by-step method for the microfabrication of these hydrogels-based MEMS-like devices.

An additive manufacturing strategy for processing UV-crosslinkable hydrogels has been developed. This strategy allows for the layer-by-layer assembly of microfabricated hydrogel structures as well as the assembly of independent components, yielding integrated devices containing moving components that are responsive to magnetic actuation.

ハイドロゲルを用いたマイクロ磁気応答性の高いコンポーネントとの容易な迅速な製造のための製造技術の添加剤

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels ...

3D添加Micromanufacturing用マイクロ石積み

要約

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マイクロ流体浸透を通じて立体的微細構造ナノ複合材料の製造

三次元細胞培養用チップサイズの足場の微細加工

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。

マルチ材料セラミックベースのコンポーネント-添加熱可塑性 3 D 印刷 (セラム - T3DP) 白黒ジルコニア部品の製造

光造形法による傾斜機能セラミック材料の添加剤の製造

負の複雑な形をした炭化ホウ素の添加剤の製造

微細と3D微小血管の組立

多層マイクロ流体デバイスの製造用三次元プリント顕微鏡マスクアライメントアダプターの設計と開発

磁気ナノ粒子を用いたイムノアッセイのための千鳥制限を有するマイクロ流体アクリルデバイスのコンピュータ数値制御マイクロミリング

ハイドロゲルを用いたマイクロ磁気応答性の高いコンポーネントとの容易な迅速な製造のための製造技術の添加剤

3D添加Micromanufacturing用マイクロ石積み

要約

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マイクロ流体浸透を通じて立体的微細構造ナノ複合材料の製造

三次元細胞培養用チップサイズの足場の微細加工

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。

マルチ材料セラミック ベースのコンポーネント-添加熱可塑性 3 D 印刷 (セラム - T3DP) 白黒ジルコニア部品の製造

光造形法による傾斜機能セラミック材料の添加剤の製造

負の複雑な形をした炭化ホウ素の添加剤の製造

微細と3D微小血管の組立

多層マイクロ流体デバイスの製造用三次元プリント顕微鏡マスクアライメントアダプターの設計と開発

磁気ナノ粒子を用いたイムノアッセイのための千鳥制限を有するマイクロ流体アクリルデバイスのコンピュータ数値制御マイクロミリング

ハイドロゲルを用いたマイクロ磁気応答性の高いコンポーネントとの容易な迅速な製造のための製造技術の添加剤

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。

マルチ材料セラミックベースのコンポーネント-添加熱可塑性 3 D 印刷 (セラム - T3DP) 白黒ジルコニア部品の製造