이 프로젝트는 독일 연구 재단(DFG)의 지원을 받았습니다. BI 1639/9-1 참조.

1. 성대 모델 설계 및 부품 3D 프린팅
<ol><li>다양한 부드러운 실리콘 소재를 사용하여 실리콘 성대의 일반적인 M5 형상을 다층으로 표현합니다. CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어를 사용하여 개별 부품을 설계합니다. 자세한 내용은 보조 코딩 파일 1, 보조 코딩 파일 2, 보조 코딩 파일 3, 보조 코딩 파일 4, 보조 코딩 파일 5, 보조 코딩 파일 6, 보조 코딩 파일 7, 보조 코딩 파일 8 을 확인하십시오. 파일은 모델에서의 기능에 따라 이름이 지정되며 후속 단계의 기초 역할을 합니다.</li>
	<li>2단계의 각 단계에 필요한 파일을 컴파일하고 구성합니다. 보충 그림 1에서 필요한 부품 및 수량 목록을 참조하십시오. 보충 그림 2의 금형 조립품에 대한 개략도를 참조하십시오.</li>
	<li>STL 파일을 3D 프린팅 프로그램에 로드하여 3D 프린터에서 읽을 수 있는 G 코드 파일을 생성합니다.</li>
	<li>3D 인쇄를 위한 재료( 재료 표 참조)를 준비합니다.<ol><li>보조 코딩 파일 2 및 보조 코딩 파일 5의 경우 폴리락트산(PLA+) 또는 PC와 같이 레이어 라인이 잘 보이지 않는 재료를 사용합니다.</li>
		<li>보충 코딩 파일 1의 경우 굽힘 응력에 민감하기 때문에 Tough PLA 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG)과 같은 더 단단한 재료를 사용합니다. 나머지 부분에는 인쇄 재료 선택에 대한 추가 제한이 적용되지 않습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>선택한 해당 3D 프린터에 대한 3D 인쇄 소프트웨어의 설정을 조정합니다.<ol><li>보조 코딩 파일 2 및 보조 코딩 파일 5의 경우 최대 레이어 높이를 0.1mm로 설정합니다.</li>
		<li>보조 코딩 파일 1의 경우 채우기 값을 100%로 설정하고 인쇄 패턴을 지그재그로 설정하여 안정성을 높입니다. 또한 빌드 플레이트 접착 범주를 Brim 대신 Skirt로 설정했는데, 이는 부재의 형상으로 인해 챙을 제거하기가 훨씬 더 어려워지기 때문입니다.</li>
		<li>다른 부재의 경우 기본 설정과 레이어 높이인 0.2mm를 사용합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>언급된 부분을 3D 프린터로 인쇄합니다. 부품을 청소하고 챙이나 인쇄 오류와 같은 과도한 재료를 제거합니다. 사포로 내부 접촉면을 매끄럽게 합니다(P1000과 같거나 더 미세한 것 권장).</li>
</ol>2. 성대 모델 제작
<ol><li>몸 레이어를 만들기 위해 성대 포지티브(2x), vocalis_mold캡, vocalis_mold-메인 파트, vocalis_mold헐, 1차 실리콘, 이형제 및 희석제와 같은 부품과 재료를 수집합니다(자세한 내용은 재료 표 참조).<ol><li>모든 금형 부품의 내부 표면에 이형제를 도포합니다.</li>
		<li>금형의 주요 부분과 캡을 포지티브 위에 조립하고 금형 패키지를 지정된 냄비에 넣습니다. 필요한 경우 두 금형 부품의 정렬을 수정합니다. 실리콘을 위쪽으로 붓기 위한 양극의 구멍이 위쪽으로 향하도록 하고 금형이 평평한 표면에 안정적인 발판을 갖도록 합니다.</li>
		<li>1차 실리콘과 희석제 3부(1:1:3)의 혼합물을 만들고, 먼저 성분 A와 희석제를 결합한 다음 성분 B를 추가합니다. 성분을 완전히 혼합합니다. 총 6g의 실리콘 혼합물은 두 개의 성대 반쪽에서 체층을 주조하기에 충분합니다.</li>
		<li>경화된 실리콘 본체에 기포가 형성되는 것을 방지하기 위해 최소 -1bar 하위 압력의 진공 챔버에서 실리콘 혼합물을 진공 청소기로 청소합니다.</li>
		<li>진공 청소기로 청소한 실리콘 혼합물을 채워질 때까지 몰드 캐비티에 조심스럽게 붓습니다. 매우 얇은 실리콘 혼합물이 몰드 조인트를 통해 가라앉는 것을 방지하기 위해 몰드 포트의 주변을 채웁니다. 떨어지는 시간 동안 실리콘 레벨을 확인하고 필요한 경우 더 추가하십시오. 이 혼합물의 드립 시간은 1-2시간입니다.</li>
		<li>약 1 일, 최소 8 시간의 경화 시간 후 냄비에서 양극을 포함한 곰팡이를 제거하십시오. 금형을 열기 전에 금형과 냄비 사이의 실리콘을 제거하십시오.</li>
		<li>금형을 열 때 먼저 포지티브 뒷면부터 뚜껑을 조심스럽게 제거하십시오. 그런 다음 금형의 본체를 제거합니다. 메스나 사이드 커터를 사용하여 여분의 실리콘을 조심스럽게 제거합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>musosa_mold-back, musosa_mold-main-part 및 musosa_mold-hull 부품과 상피층 생성을 위한 2차 실리콘 및 이형제를 준비합니다. ( 자료표 참조). 알림: 2.1단계와 2.2단계(본체 및 상피층)를 동시에 완료할 수 있습니다.<ol><li>두 개의 금형 부품을 조립하여 선체에 놓습니다. 일부 이형제로 금형 내부를 준비하고 내벽이 각 이형제의 사용 지침에 따라 코팅되었는지 확인합니다. 계속하기 전에 구성 요소를 잠시 공기 중에서 건조시키십시오.</li>
		<li>희석제(1:1:0)를 사용하지 않고 2차 실리콘 배치를 혼합합니다. 혼합하는 동안 실리콘 혼합물에 기포가 유입된 경우 2.1.4단계에서와 같이 혼합물의 가스를 제거합니다. 알림: 이 혼합물의 짧은 드립 시간(약 15분)에 유의하십시오.</li>
		<li>혼합물의 일부를 금형에 붓고 모든 내부 표면이 실리콘으로 코팅될 때까지 휘젓습니다(선체에 금형을 남겨 둡니다).</li>
		<li>금형을 뒤집고 여분의 실리콘을 빼냅니다. 이 위치에서 메쉬, 화격자 위 또는 추가 실리콘 배수가 가능한 각도로 금형을 고정합니다.</li>
		<li>경화 공정 중에 실리콘을 정기적으로 매끄럽게 하여 특히 공기 채널이 위치할 영역에서 실리콘에 돌출부가 형성되는 것을 방지하십시오. 알림: 나중에 펜치로 조심스럽게 제거할 수도 있습니다.</li>
	</ol></li>
	<li>단계 2.1에서 성대 실리콘층으로 양성을 제조하고, 단계 2.2에서 상피층으로 제조한 주형을, 재료표에 기재된 바와 같이 실리콘 및 시너를 제조하여 점막 중간층의 제조를 준비한다.<ol><li>1차 실리콘과 희석제 5부(1:1:5)의 혼합물을 만들고, 먼저 성분 A와 희석제를 결합한 다음 성분 B를 추가합니다. 성분을 완전히 혼합합니다. 총 4g의 실리콘 혼합물이면 충분합니다.</li>
		<li>2.1.4 단계에서와 같이 진공 챔버에서 실리콘 혼합물을 진공 청소기로 청소합니다.</li>
		<li>실리콘 혼합물의 일부를 준비된 상피 실리콘으로 점막 틀에 채웁니다. 포지티브의 삽입을 용이하게 하기 위해 상피 실리콘의 모든 내부 표면이 얇은 오일 층으로 덮일 때까지 금형을 기울입니다. 알림: 선택 사항: 희석제의 비율이 높기 때문에 혼합물은 증발을 통해 혼합물이 수축할 수 있는 몇 시간의 긴 드립 시간을 갖습니다. 따라서 다음 단계를 진행하기 전에 약 2-3시간 정도 기다리십시오.</li>
		<li>성대와 함께 포지티브를 금형에 조심스럽게 삽입하십시오. 예를 들어 금형에 양극을 고정합니다.amp양극이 실리콘 위에 뜨는 경우 클램프를 사용합니다. 이전에 첨가된 실리콘의 양에 따라 충전 지점에서 누출될 수 있습니다.</li>
		<li>보컬 층의 주조와 같은 방식으로 금형을 채우고 재료가 가라 앉으면 그에 따라 보충하십시오.</li>
		<li>물방울 시간이 끝난 후 실리콘이 완전히 경화될 때까지 24시간 동안 기다리십시오.</li>
		<li>24시간 후 금형에서 본체를 제거합니다. 먼저 껍질에서 금형을 제거합니다. 그런 다음 뒷부분부터 시작하여 금형을 열고 금형의 주요 부분도 제거합니다.</li>
		<li>여분의 실리콘을 조심스럽게 제거하고 표면을 씻은 다음 본체를 말리십시오.</li>
	</ol></li>
	<li>보조 코딩의 측정 및 조립 모듈의 지정된 위치에 두 개의 성대 반쪽을 장착합니다. 연결은 두 개의 M3 나사와 M3 사각 너트(DIN 562)용으로 설계되었지만 필수는 아닙니다.</li>
</ol>

다층 실리콘 보컬 폴드 모델의 3D 프린팅

<ol>
	<li>Drechsel, J. S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+supraglottal+structures+on+the+glottal+jet+exiting+a+two-layer+synthetic,+self-oscillating+vocal+fold+model.">Influence of supraglottal structures on the glottal jet exiting a two-layer synthetic, self-oscillating vocal fold model.</a> J Acoust Soc Am. 123 (6), 4434-4445 (2008).</li><li>Stevens, K. A., Shimamura, R., Imagawa, H., Sakakibara, K. I., Tokuda, I. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validating+Stereo-endoscopy+with+a+synthetic+vocal+fold+model.">Validating Stereo-endoscopy with a synthetic vocal fold model.</a> Acta Acustica United with Acustica. 102 (4), 745-751 (2016).</li><li>Murray, P. R., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic,+multi-layer,+self-oscillating+vocal+fold+model+fabrication.">Synthetic, multi-layer, self-oscillating vocal fold model fabrication.</a> J Vis Exp. (58), e3498 (2011).</li><li>Spencer, M., Siegmund, T., Mongeau, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+superior+surface+strains+and+stresses,+and+vocal+fold+contact+pressure+in+a+synthetic+larynx+model+using+digital+image+correlation.">Determination of superior surface strains and stresses, and vocal fold contact pressure in a synthetic larynx model using digital image correlation.</a> J Acoust Soc Am. 123 (2), 1089-1103 (2008).</li><li>Scherer, R. C., 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=Intraglottal+pressure+profiles+for+a+symmetric+and+oblique+glottis+with+a+divergence+angle+of+10+degrees.">Intraglottal pressure profiles for a symmetric and oblique glottis with a divergence angle of 10 degrees.</a> J Acoust Soc Am. 109 (4), 1616-1630 (2001).</li><li>Zhang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+human+voice+production+and+control.">Mechanics of human voice production and control.</a> J Acoust Soc Am. 140 (4), 2614-2635 (2016).</li><li>Birkholz, P., Wang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , 58-66 (2017).</li><li>Murray, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Flow-induced responses of normal, bowed, and augmented synthetic vocal fold models. , (2011).</li><li>Alipour, F., Vigmostad, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+vocal+folds+elastic+properties+for+continuum+modeling.">Measurement of vocal folds elastic properties for continuum modeling.</a> J Voice. 26 (6), e21-29 (2012).</li><li>Chhetri, D. K., Zhang, Z., Neubauer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+young's+modulus+of+vocal+folds+by+indentation.">Measurement of young's modulus of vocal folds by indentation.</a> J Voice. 25 (1), 1-7 (2011).</li><li>H&#228;sner, P., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reproducibility+and+aging+of+different+silicone+vocal+folds+models.">Reproducibility and aging of different silicone vocal folds models.</a> J Voice. , (2023).</li><li>Gabriel, F., H&#228;sner, P., Dohmen, E., Borin, D., Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , 221-230 (2019).</li><li>H&#228;sner, P., Prescher, A., Birkholz, P. <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+wavy+trachea+walls+on+the+oscillation+onset+pressure+of+silicone+vocal+folds.">Effect of wavy trachea walls on the oscillation onset pressure of silicone vocal folds.</a> J Acoust Soc Am. 149 (1), 466-475 (2021).</li><li>Birkholz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Studientexte zur Sprachkommunikation: Elektronische Sprachsignalverarbeitung. , (2016).</li><li>Boersma, P., Weenink, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Praat,+a+system+for+doing+phonetics+by+computer.">Praat, a system for doing phonetics by computer.</a> Glot. Int. 5, 341-345 (2001).</li><li>Fukui, K., Shintaku, E., Honda, M., Takanishi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+vocal+cord+model+for+anthropomorphic+talking+robot+based+on+human+biomechanical+structure.">Mechanical vocal cord model for anthropomorphic talking robot based on human biomechanical structure.</a> Trans Japan Soc Mech Eng Ser C. 73 (734), 2750-2756 (2007).</li><li>Syndergaard, K. L., Dushku, S., Thomson, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+conductive+synthetic+vocal+fold+replicas+for+voice+production+research.">Electrically conductive synthetic vocal fold replicas for voice production research.</a> J Acoust Soc Am. 142 (1), 63 (2017).</li></ol>

저자들은 이 논문에 보고된 연구에 영향을 미칠 수 있는 경쟁적인 재정적 이해관계나 개인적 관계를 알지 못한다고 선언합니다.

여기에 제시된 제조 공정에는 성공에 큰 영향을 미치는 중요한 단계가 포함됩니다. 첫째, 제시된 제조 공정은 성대 본체 재료의 오일 포화 문제를 해결하는 것이 아니라 특정 부정적인 부작용을 회피한다는 점에 유의해야 합니다. 가스 방출과 관련 수축 및 표면 파형은 정도는 덜하지만 여전히 지속됩니다. 이러한 문제에 대한 해결책은 실제 성대의 탄성 계수와 안정적이고 내구성 있는 폴리머 구...

성대 모델은 정상 및 병리학적 조건에서 인간의 목소리 생성을 시뮬레이션하고 조사하는 데 사용됩니다 1,2. 성대 모델을 만들 때 가장 큰 과제 중 하나는 인간과 거의 유사한 사실적인 부드러움과 유연성을 얻는 것입니다. 이러한 특성을 달성하기 위해 실리콘 엘라스토머가 자주 사용되며, 이는 다량의 실리콘 오일로 희석되어 해당 탄성 계수 3,4를 달성합니다. 사실적인 성대 모델을 만드는 데 있어 또 다른 중요한 요소는 레이어링인데, 성대는 다양한 부드러움의 여러 레이어로 구성되어 흐름으로 인한 진동의 패턴과 진동이 가능한 주파수를 결정하기 때문입니다.
이 연구에서는 전형적인 성대 모델을 만들었습니다. 우리는 Scherer5에서 제공한 공통 기하학을 사용했는데, 이는 Zhang6 에 따라 길이가 17mm인 남성 성대의 일반적인 치수를 나타내며 성대 근육(체층)을 위한 한 층, 전체 점막층(덮개층)을 위한 층, 상피를 위한 다른 층으로 구성된 세 개의 층으로 구성되어 있습니다. 이 구조는 그림 1의 coronal 단면도에서 볼 수 있습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig01v2.jpg"> 그림 1: 후두 모듈의 관상 단면. 성대의 가장 넓은 너비(8.5mm)를 보여주는 후두 모듈의 관상 단면. 각 성대는 체층, 덮개층 및 상피층으로 구성됩니다. 이 수치는13에서 수정되었습니다. Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. 실리콘 성대의 진동 개시 압력에 대한 물결 모양의 기관 벽의 효과. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) 미국 음향 학회의 허가를 받았습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
다른 간행물에서는 부분적으로1층7, 상피층2 이 없는 2층, 또는 다층3으로 점막을 모델링한다. 일반적으로 레이어는 안쪽에서 바깥쪽으로, 즉 가장 깊은 레이어부터 캐스팅됩니다. 두께 30μm의 매우 얇은 상피를 몸 전체에 주조하여 튼튼한 피부8로 감싸고 있다.
모델의 피복 레이어는 약 1.1kPa9의 영률로 가장 부드러운 부분입니다. 체체층의 경우, in vitro 측정(10 )을 사용한 횡방향 방향의 근사 영률(Young's modulus)은 2kPa이다. 생체 내에서, 갑상선 근육의 영률(Young's modulus)은 근육의 긴장 가능성뿐만 아니라 세로 방향의 섬유의 존재로 인해 더 높을 수 있습니다. 이 극도로 낮은 영률을 달성하려면 실리콘 혼합물(약 72%)에 다량의 실리콘 오일을 첨가해야 합니다. 그러나 제조업체는 5% 이상의 오일 비율을 사용하지 말 것을 강력히 권장합니다. 일반적으로 엘라스토머에 실리콘 오일을 첨가하는 것은 경화된 실리콘 폴리머의 수축을 감소시킬 뿐만 아니라 흐름 및 드립 시간을 증가시키기 위한 것입니다. 실리콘이 보다 균일하게 경화되도록 도와 재료의 응력을 줄입니다. 그 목적은 경화된 재료의 부드러움을 증가시키는 것이 아니라 성형성과 특성을 최적화하는 것이지만 이것도 결과입니다. 이는 실리콘 오일이 화학적으로 불활성이기 때문이며, 이는 스스로 중합할 수 없고 실리콘 폴리머(11)의 네트워크에 통합되지 않는다는 것을 의미한다. 대신, 폴리머 매트릭스에서 액상으로 남아 더 높은 수준에서 폴리머 구조를 약화시키고 잠재적으로 경화된 재료에서 용해되어 표면에 부착되도록 합니다. 결과적으로, 경화 장애, 고르지 않은 가황, 화학적 수축 및 취성과 같은 다른 부정적인 특성이 가능합니다. 실리콘 오일 함량이 높은 성대 모델을 노화 및 재현성과 관련하여 조사한 결과, 모델마다 특성의 변동성이 높고 시간이 지남에 따라 특성의 변화가 있는 것으로 나타났다11.
종래의 방식7,12로 성대 모델을 제작할 때, 상피층의 끈적임은 진동의 균질성에 영향을 미치고 상피의 파열로 이어질 수 있기 때문에 문제가 될 수 있다. 상피를 만드는 데 사용되는 실리콘은 희석되지 않았지만 주변 점막층에서 누출되는 오일은 희석된 것처럼 실리콘에 유사한 영향을 미친다고 가정할 수 있습니다. 끈적임의 문제는 점막과 상피층 사이의 중간층으로서 활석 또는 탄소 분말과 같은 다양한 분말을 첨가함으로써 해결되었다(12). 이 접근법은 오일이 분말에 부분적으로 흡수되어 결과적으로 상피 표면의 끈적임을 줄일 수 있었기 때문에 성공적이었을 수 있습니다.
이 간행물에서 우리는 성대 제조 과정을 약간 수정함으로써 끈적임 문제를 피할 수 있음을 보여줍니다. 레이어링 순서를 변경하고 희석되지 않은 상피 실리콘(소위 폐쇄형 실리콘)으로 시작하여 끈적임이 없는 매우 부드러운 성대 모델을 제작할 수 있습니다. 이 변화에는 비디오 형태로 가장 잘 표현되고 설명되는 특이한 유형의 금형 및 방법이 포함됩니다. 이 논문에서는 제조 공정을 자세히 설명하고 응용 분야에서 성대 모델의 특성을 특성화할 수 있는 방법을 보여줍니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>ULTIMAKER</td>
			<td></td>
			<td>Type S5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Printing software</td>
			<td>ULTIMAKER CURA</td>
			<td></td>
			<td>Version 5.2.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CAD Software</td>
			<td>Autodesk Inventor&#160;</td>
			<td></td>
			<td>Version 2023</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Speed Camera</td>
			<td>XIMEA GmbH</td>
			<td></td>
			<td>MQ013CG-ON</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLA+ 3D Printer Material&#160;</td>
			<td>eSun</td>
			<td>none</td>
			<td>white</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primary silicone</td>
			<td>KauPo Plankenhorn</td>
			<td>09301-005-000041</td>
			<td>EcoFlex 00-30</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Release Agent</td>
			<td>KauPo Plankenhorn</td>
			<td>09291-006-000001</td>
			<td>UTS Universal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Secondary silicone</td>
			<td>KauPo Plankenhorn</td>
			<td>09301-005-000181</td>
			<td>DragonSkin NV10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone Thinner</td>
			<td>KauPo Plankenhorn</td>
			<td>09301-010-000002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tougth PLA 3D Printer Material&#160;</td>
			<td>BASF</td>
			<td></td>
			<td>black</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

manufacturing process for non-adhesive super-soft vocal fold models

본 연구는 음성 연구를 위한 매우 부드럽고 끈적거리지 않는 성대 모델을 개발하는 것을 목표로 한다. 실리콘 기반 성대 모델의 기존 제조 공정은 끈적임 및 재현성 문제와 같은 바람직하지 않은 특성을 가진 모델을 생성합니다. 이러한 성대 모델은 급격한 노화가 발생하기 쉬우므로 다양한 측정에서 비교 가능성이 떨어집니다. 본 연구에서는 실리콘 소재를 적층하는 순서를 변경하여 제조 공정을 수정하여 끈적임이 없고 매우 일관된 성대 모델을 생산할 것을 제안합니다. 또한 이 방법을 사용하여 생산된 모델을 끈적끈적한 표면에 의해 악영향을 받는 기존에 제조된 성대 모델과 비교합니다. 우리는 제조 공정을 자세히 설명하고 잠재적인 응용 분야에 대한 모델의 특성을 특성화합니다. 이 연구의 결과는 변형된 제작 방법의 효능을 입증하여 끈적거리지 않는 성대 모델의 우수한 품질을 강조합니다. 이 발견은 연구 및 임상 적용을 위한 현실적이고 신뢰할 수 있는 성대 모델 개발에 기여합니다.

Vocal fold models are used to simulate and investigate human voice production under normal and pathological conditions1,2. One of the biggest challenges in creating vocal fold models is to achieve a realistic softness and flexibility that closely approximates those of humans. To achieve these properties, silicone elastomers are often used, which are diluted with high amounts of silicone oil to achieve the corresponding elasticity moduli3,4. Another crucial factor in creating realistic vocal fold models is layering, as vocal folds consist of multiple layers of varying softness, which determine the pattern of flow-induced vibration and the frequency at which vibration is possible.
In this study, we created a typical vocal fold model. We used the common geometry provided by Scherer5, which represents typical dimensions for male vocal folds with 17 mm length according to Zhang6 and consists of three layers: one layer for the vocalis muscle (body layer), one for the entire mucosal layer (cover layer), and one for the epithelium. This structure can be seen in the coronal cross-section view in Figure 1.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66222/66222fig01v2.jpg" /> 
Figure 1: Coronal cross-section of the larynx modules. Coronal cross-section of the larynx modules illustrating the widest width of the vocal folds (8.5 mm). Each vocal fold comprises a body layer, a cover layer, and an epithelium layer. This figure has been modified from13. Reproduced from H&#228;sner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Effect of wavy trachea walls on the oscillation onset pressure of silicone vocal folds. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) with the permission of the Acoustical Society of America. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66222/66222fig01large.jpg" target="_blank">Please click here to view a larger version of this figure.</a>
Other publications use partially only one layer7, two layers without epithelium layer2 or model the mucosa with multiple layers3. Usually, the layers are cast from the inside out, i.e., starting with the deepest layer. The epithelium, which is very thin with 30 &#181;m thickness, is cast at the end over the entire body to envelop it with a sturdy skin8.
The cover layer in the model is the softest part, with Young&#39;s modulus of about 1.1 kPa9. For the body layer, the approximate Young&#39;s modulus in the transverse direction using in vitro measurements10 is 2 kPa. In vivo, the Young&#39;s modulus of the thyroarytenoid muscle may be higher due to the presence of fibers in the longitudinal direction as well as the possible tensing of the muscle. To achieve this extremely low Young&#39;s modulus, it is necessary to add a high amount of silicone oil to the silicone mixture (approximately 72%). However, the manufacturer strongly advises against using an oil proportion greater than 5%. In general, the addition of silicone oil to the elastomer is intended to increase flow and drip time, as well as reduce the shrinkage of the cured silicone polymer. It helps the silicone to cure more uniformly, thereby reducing stress in the material. Its purpose is to optimize the moldability and properties of the cured material, rather than to increase its softness, although this is also a consequence. This is because silicone oil is chemically inert, meaning that it cannot polymerize itself and is not integrated into the network of the silicone polymer11. Instead, it remains as a liquid phase in the polymer matrix, weakening the polymer structure at higher levels and potentially causing it to dissolve out of the cured material and adhere to the surface. As a result, other negative properties such as curing disorders, uneven vulcanization, chemical shrinkage, and brittleness are possible. Vocal fold models with high silicone oil contents were investigated with regard to aging and reproducibility, and it was found that there is a high variability in the properties of different models and a change in their properties over time11.
When producing vocal fold models in the conventional way7,12, the stickiness of the epithelial layer can be a problem as it can affect the homogeneity of vibration and lead to rupture of the epithelium. Although the silicone used to make the epithelium is undiluted, it can be assumed that the oil that leaks from the neighboring mucosa layer has similar effects on the silicone as if it had been diluted. The problem of stickiness was addressed by adding various powders such as talcum or carbon powder as an intermediate layer between the mucosa and the epithelial layer12. This approach may have been successful because the oil was partially absorbed by the powder and, as a result, the stickiness of the epithelial surface could be reduced.
In this publication, we show that the problem of stickiness can be circumvented by a slight modification of the process of vocal fold manufacturing. By changing the order of layering and starting with the undiluted epithelial silicone (so-called closed silicone), non-sticky super-soft vocal fold models can be produced. This change involves unusual types of molds and methods that are best presented and explained in the form of a video. In this paper, we describe our manufacturing process in detail and demonstrate how the properties of the vocal fold models can be characterized in an application.

저자 스포트라이트: Advancements in the Fabrication of Synthetic Vocal Fold Models for Phonetic and Robotic Applications (음성 및 로봇 응용 프로그램을 위한 합성 성대 모델 제작의 발전)

비접착식 Super-Soft 보컬 폴드 모델의 제조 공정

Our research aims at improving the manufacturing process of synthetic vocal folds. Such models can be used in basic phonetic and voice research, in medical research, and to create models of the human vocal tract that produce speech like human beings. Synthetic vocal fold models are usually made of multiple layers of soft silicone with different degrees of softness.They correspond to the properties of human vocal fold tissue. The technologies used to make these models include computer-aided design, 3D printing, and silicone casting. Highly diluted silicone vocal fold models have reduced quality due to stickiness and rapid aging.This decreases the reproducibility of research using these models. This protocol addresses the issue of vocal fold stickiness. We have reversed the order of producing the silicone layers in our fabrication process.We started with the epithelium layer. This allowed us to create a very soft mucosal layer from diluted silicone without causing the epithelium layer to become sticky.

제작된 성대 모델은 성대 위치에서 보충 그림 3 에 묘사된 측정 설정에 통합되었습니다. 이전 간행물13에서 광범위하게 상세히 기술된 이 설정은 음압, 특정 위치에서의 정압 및 볼륨 속도와 같은 데이터를 기록하는 일련의 측정 장비와 함께 성대 모델을 진동으로 자극하는 다단계 제어 가능한 공기 흐름 소스로 구성됩니다. 측정을 위해 성대 모델이 진동하기 시작할...

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이 연구는 성대 층을 생성하는 특정 방법을 소개하고, 제조 절차에 대한 자세한 설명을 제공하고, 모델의 특성을 특성화하여 끈적임이 없고 매우 부드러운 성대 모델의 제조를 보여줍니다.

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal ...

우리의 연구는 합성 성대의 제조 공정을 개선하는 것을 목표로 합니다. 이러한 모델은 기본 음성 및 음성 연구, 의학 연구에 사용할 수 있으며 인간처럼 음성을 생성하는 인간 성도 모델을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 합성 성대 모델은 일반적으로 부드러움의 정도가 다른 여러 층의 부드러운 실리콘으로 만들어집니다.그들은 인간의 성대 조직의 특성에 해당합니다. 이러한 모델을 만드는 데 사용되는 기술에는 컴퓨터 지원 설계, 3D 프린팅 및 실리콘 주조가 포함됩니다. 고도로 희석된 실리콘 성대 모델은 끈적임과 빠른 노화로 인해 품질이 저하되었습니다.이로 인해 이러한 모델을 사용한 연구의 재현성이 떨어집니다. 이 프로토콜은 성대 끈적임 문제를 해결합니다. 우리는 제조 공정에서 실리콘 층을 생산하는 순서를 반대로 했습니다.우리는 상피층부터 시작했습니다. 이를 통해 희석된 실리콘으로 상피층이 끈적거리지 않고 매우 부드러운 점막층을 만들 수 있었습니다.

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JoVE Journal

Engineering

Manufacturing Process for Non-Adhesive Super-Soft Vocal Fold Models

438 조회수.  Technische Universität Dresden. 우리의 연구는 합성 성대의 제조 공정을 개선하는 것을 목표로 합니다. 이러한 모델은 기본 음성 및 음성 연구, 의학 연구에 사용할 수 있으며 인간처럼 음성을 생성하는 인간 성도 모델을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 합성 성대 모델은 일반적으로 부드러움의 정도가 다른 여러 층의 부드러운 실리콘으로 만들어집니다.그들은 인간의 성대 조직의 특성에 해당합니다. ...

비디오: 저자 스포트라이트: Advancements in the Fabrication of Synthetic Vocal Fold Models for Phonetic and Robotic Applications (음성 및 로봇 응용 프로그램을 위한 합성 성대 모델 제작의 발전)

This study aims to develop super-soft, non-sticky vocal fold models for voice research. The conventional manufacturing process of silicone-based vocal fold models results in models with undesirable properties, such as stickiness and reproducibility issues. Those vocal fold models are prone to rapid aging, leading to poor comparability across different measurements. In this study, we propose a modification to the manufacturing process by changing the order of layering the silicone material, which leads to the production of non-sticky and highly consistent vocal fold models. We also compare a model produced using this method with a conventionally manufactured vocal fold model that is adversely affected by its sticky surface. We detail the manufacturing process and characterize the properties of the models for potential applications. The outcomes of the study demonstrate the efficacy of the modified fabrication method, highlighting the superior qualities of our non-sticky vocal fold models.&#160;The findings contribute to the development of realistic and reliable vocal fold models for research and clinical applications.

This study demonstrates the manufacturing of non-sticky and super-soft vocal fold models by introducing a specific way to create the vocal fold layers, providing a detailed description of the manufacturing procedure, and characterizing the properties of the models.