Name: Micro 3D Impresión con un proyector digital y su aplicación en el estudio de la mecánica de materiales blandos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 24 s
Description: Aprende microimpresión 3D con proyector digital para fabricar hidrogeles tubulares y estudiar su transformación por inestabilidad elástica. Este método permite crear estructuras complejas para investigación en materiales blandos.

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Los autores desean agradecer a José Muskin y Ragusa Mateo en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign para proporcionar imágenes transversales de las estructuras 3D se muestra en la Figura 1D.

1. Preparación de solución de prepolímero <ol><li> Mezcla de poli (etilenglicol) diacrilato (PEG-DA) (peso molecular medio ~ 575, Sigma-Aldrich) y poli (etilenglicol) (PEG) (peso molecular promedio de ~ 200, Sigma-Aldrich) a una relación de peso de 1:2. </li><li> Añadir 0,67% en peso. foto-iniciador (fenilbis (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfina, óxido de Sigma-Aldrich). La solución deberá mantenerse en un ambiente oscuro a partir de este punto en adelante. </li><li> Añadir 0,05% en peso. foto-absorbedor (Sudán I, Sigma-Aldrich). </li><li> Mezclar la solución durante 24 horas a temperatura ambiente usando un agitador magnético. </li></ol> 2. Configuración de una impresora de escritorio 3D con un proyector digital de datos <ol><li> Coloque un proyector digital de datos en una posición plana y estable, y conectarlo a un ordenador con Microsoft PowerPoint instalado. </li><li> Colocar una lente convexa derecho en frente de la lente de salida del haz del proyector digital. Elija una lente convexa para hacer que el plano focal de aproximadamente 10 cm de distancia de la proproyector. (Resolución óptica se hace más pequeño para una lente con distancia focal más corta, pero hay que reservar algo de espacio para componentes ópticos.) </li><li> Colocar un espejo después de la lente convexa en el camino del haz en un ángulo de 45 ° para dirigir el haz hacia abajo. </li><li> Colocar un soporte de muestra en el plano focal del haz proyectado. El soporte de la muestra debe estar unido a una fase lineal mediante el cual se controla la posición vertical del soporte de muestra. </li><li> Colocar un baño de resina debajo del portamuestras. </li></ol> 3. Diseño y fabricación de tubos de gel <ol><li> Determinación del diámetro, espesor de pared, y la altura del tubo de gel a ser fabricado. </li><li> Dibujar imágenes en sección transversal para el tubo de gel. Las imágenes deben estar en blanco con fondo negro. Inserte estas imágenes en diapositivas de Microsoft PowerPoint. </li><li> Iniciar la presentación en Microsoft PowerPoint y proyectar cualquier imagen. Colocar el soporte de muestra en el plano focal mediante el ajuste de la posición vertical usando attle dolía el escenario. </li><li> Cambie a una &quot;falsa&quot; imagen negro para que no habrá polimerización, sin dejar de poner solución prepolímero. </li><li> Vierta la solución de prepolímero de baño de resina. Llene la bañera hasta que la solución ligeramente cubre el soporte de la muestra. Ahora está listo para su objeto de impresión 3D. </li><li> Cambiar a la diapositiva que contiene la primera imagen transversal del tubo de gel para polimerizar la primera capa. Sigue la proyección de la imagen durante 8 segundos y volver a &quot;apagón&quot; de diapositivas. </li><li> Gire la perilla en la etapa lineal de ¼ de vuelta (~ 160 m) para bajar el soporte de la muestra. Ahora resina fresca fluye hacia abajo para cubrir la primera capa polimerizada. </li><li> Proyectar la imagen de la sección transversal de nuevo para polimerizar la capa de segundo en la parte superior del procedimiento uno. Repetir los pasos 3.6-3.8 hasta que el tubo de gel de la altura deseada se fabrica. </li><li> Una vez que todas las capas están completas, levante el soporte de la muestra de la solución de prepolímero, y recuperar la muestra fabricada cuidadosamente usando una maquinilla de afeitar blade. </li><li> Lavar la muestra en acetona durante ~ 3 horas, y luego deje que se seque durante aproximadamente 1 hora. </li></ol> 4. Hinchazón Experimento para la Formación pauta prescrita por la inestabilidad elástica <ol><li> Prepare agua-aceite líquido de doble capa en un plato de cristal transparente. </li><li> Coloque la muestra seca en un soporte de muestras utilizando pegamento. </li><li> Dele la vuelta al soporte de la muestra de modo que la muestra está al revés. Sumergir la muestra en el líquido del baño de agua-aceite. Enfoque de la muestra a la interfase agua-aceite de la capa de aceite. La muestra comienza a hincharse cuando la muestra toca la superficie del agua mientras que la parte de sustrato de base sobre la que se fija el tubo de gel se quedó en la capa de aceite superior. De esta manera, el agua puede difundirse en la pared del tubo permitiendo que la muestra se hinchan antes de la base de restricción se relaja por la humectación. Supervisar el cambio de patrón como las olas tubo de gel utilizando una cámara digital. </li></ol>

<ol><li>Timoshenko, S. P., Gere, J. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTimoshenko%2C+SP+%22Theory+of+Elastic+Stability%22">Theory of Elastic Stability</a>. , McGraw-Hill. (1961).</li>
<li>Sharon, E., Marder, M., Swinney, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaves+Flowers+and+Garbage+Bags%3A+Making+Waves%5BTitle%5D)+AND+%22American+Scientist%22%5BJournal%5D)">Leaves Flowers and Garbage Bags: Making Waves.</a> American Scientist. 92, 254-261 (2004).</li>
<li>Kücken, M., Newell, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fingerprint+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Theoretical+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+shape+of+a+long+leaf%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBayer%2C+SA+%22The+human+brain+during+the+second+trimester%22">The human brain during the second trimester</a>. , Taylor & Francis. (2005).</li>
<li>Trujillo, V., Kim, J., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creasing+instability+of+surface-attached+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Effect+of+stress+state+on+wrinkle+morphology%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Buckling+of+swelling+gels%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+Physical+Journal+E%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Swelling-induced+instabilities+in+microscale%2C+surface-confined+poly%28N-isopropylacryamide%29+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Shape+Transition+in+Artificial+Tumors%3A+From+Smooth+Buckles+to+Singular+Creases%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Combining+Pattern+Instability+and+Shape-Memory+Hysteresis+for+Phononic+Switching%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Prescribed+Pattern+Transformation+in+Swelling+Gel+Tubes+by+Elastic+Instability%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Projection+micro-stereolithography+using+digital+micro-mirror+dynamic+mask%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Three-Dimensional+Printing+Using+a+Photoinitiated+Polymer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Education%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Printing Using a Photoinitiated Polymer.</a> Journal of Chemical Education. 87, 512-514 (2010).</li>
</ol>

No hay conflictos de interés declarado.

En hinchazón de hidrogel tubular limitada sobre el sustrato, la estabilidad depende sólo de t / h y el pandeo modo sólo depende de h / D 12. Cuatro grupos de muestras (I-IV) con diferentes niveles de espesor normalizado t / h fueron fabricados, con el grupo I es más grueso y el grupo IV de ser más delgado. Cada grupo consta de cuatro muestras (i-iv) con diferentes niveles de altura normalizada h / d, con la muestra i es más corto y la muestra iv ser más alto. Dimensiones de las muestras fabricadas se presentan en la Tabla 1. Grupo I y II están diseñados para permanecer estable durante el hinchamiento, mientras que los grupos III y IV están diseñados para doblarse y transformar al hincharse. Para las muestras de pandeo, Buckling modo debe disminuir con la altura de la muestra. Figura 3A muestra el resultado experimental. Como predice la teoría, las muestras del grupo I y II se mantuvieron estables y se mantuvo circular en la inflamación, mientras que las muestras del grupo III y IV, todos pasaron por la inestabilidad elástica y cinturón. Además, las muestras con el mismo h / D muestra el modo de pandeo similares. Figura 3B compara observados experimentalmente modos de pandeo de las muestras en el grupo III y IV con la predicción teórica. Podemos ver que las muestras con el mismo h / D presentan el mismo post-pandeo patrón independientemente de su grosor y que los resultados experimentales de acuerdo bien con la teoría. Se presenta cómo construir un sencillo sistema de escritorio 3D de impresión con un disponible en el mercado digital, proyector de datos. El enfoque propuesto se basa en fotocurado de polímero para construct estructuras 3D, y por lo tanto, cualquier polímeros fotocurables puede también ser utilizado en general, por lo que el fotoiniciador tiene absorbancia correspondiente en el rango de longitud de onda visible. Tenga en cuenta que muchos fotoiniciadores comercialmente disponibles están diseñados para ultra-violeta (UV) longitudes de onda, pero el fotoiniciador utilizado aquí tiene absorbancia relativamente mayor a longitudes de onda más largas que 400 nm. Ofrece una manera fácil y rápida de fabricar objetos 3D, este método se encuentra muchas aplicaciones en varios campos, incluyendo la mecánica de materiales blandos como se demuestra aquí.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nombre del reactivo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios (opcional) </td></tr><tr><td> El poli (etilenglicol) diacrilato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 437441 </td><td> 575 Mw ~ </td></tr><tr><td> El poli (etilenglicol) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P3015 </td><td> 200 Mw ~ </td></tr><tr><td> fenilbis (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfina </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 511447 </td><td> Foto-iniciador </td></tr><tr><td> Sudán I </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 103624 </td><td> Foto-absorbedor </td></tr><tr><td> Los datos digitales proyector </td><td> Viewsonic </td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td> Lente convexa </td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> f = 75,0 mm </td></tr><tr><td> Mirro </td><td></td><td></td><td> 4 &quot;oblea de silicio </td></tr><tr><td> Manual etapa </td><td> Velmex </td><td> A2506DE-S2.5 </td><td></td></tr></tbody></table>

micro 3d impresión con un proyector digital y su aplicación en el estudio de la mecánica de materiales blandos

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

El pandeo es un tema clásico en la mecánica. Mientras pandeo mucho tiempo se ha estudiado como uno de los modos de fallo estructurales principales 1, recientemente ha llamado la atención de nuevo como un mecanismo único para la transformación patrón. La naturaleza está llena de ejemplos donde una gran cantidad de patrones exóticos se forman por 2-5 inestabilidad mecánica. Inspirado por este mecanismo elegante, muchos estudios han demostrado creación y la transformación de los patrones usando materiales blandos tales como elastómeros y los hidrogeles 6-11. Geles de hinchamiento son de particular interés debido a que puede espontáneamente provocar inestabilidad mecánica para crear varios patrones sin la necesidad de una fuerza externa 6-10. Recientemente, se ha reportado la demostración de un control total sobre el pandeo patrón de micro-escala geles tubulares con proyección micro-estereolitografía (PμSL), una de tres dimensiones (3D) de la tecnología de fabricación capaz de convertir rápidamente los modelos 3D generados por ordenador inPara objetos físicos en alta resolución 12,13. Aquí presentamos un método simple para construir un sistema simplificado PμSL usando un proyector digital disponible en datos para estudiar la inflamación inducida por la inestabilidad de pandeo para la transformación patrón controlado. Una impresora de escritorio 3D simple se construye utilizando un off-the-shelf datos digitales proyector y simples componentes ópticos tales como una lente convexa y un espejo 14. Imágenes transversales extraídas de un modelo sólido 3D se proyecta sobre la superficie de la resina fotosensible en secuencia, la polimerización de resina líquida en un sólido deseado estructura 3D de una forma capa por capa. Incluso con esta configuración simple y fácil proceso, arbitrarias objetos 3D se pueden fabricar fácilmente con una resolución de micras sub-100. Esta impresora 3D de escritorio tiene un potencial en el estudio de la mecánica de materiales blandos, ofreciendo una gran oportunidad de explorar diferentes geometrías 3D. Nosotros usamos este sistema para fabricaTE tubular estructura del hidrogel en forma de diferentes dimensiones. Fijada en la parte inferior para el sustrato, el gel tubular desarrolla estrés no homogénea durante la inflamación, lo que da lugar a la inestabilidad de pandeo. Varios patrones ondulados aparecen a lo largo de la circunferencia del tubo cuando las estructuras de gel someterse a pandeo. Experimento muestra que circunferencial pandeo de modo deseado se puede crear de una manera controlada. Transformación de patrones de tres dimensiones estructuradas geles tubulares tiene implicaciones importantes no sólo en la mecánica y ciencia de los materiales, sino también en muchos otros campos emergentes como matamaterials ajustables.

Un sistema simple PμSL utilizando un off-the-shelf digital de datos del proyector se muestra en la figura 1. Una lente convexa con una longitud focal de 75 mm se concentra el haz de iluminación en el área pequeña de 2 cm por 2 cm. Resultando en avión resolución óptica es de unos 45 m. La resolución vertical se determina por el nivel de precisión de la etapa lineal. Espesor de capa de las estructuras hechas para este estudio es de 160 micras. Cada capa se polimeriza para el 8 de iluminación de luz seg. Una estructura 3D representante fabricado por el sistema se muestra en la Figura 1D. Estos objetos se compone de 58 capas de PEGDA. Hemos preparado fotocurable hidrogel PEGDA. Reticulación bajo, por lo tanto, gran hinchazón, de hidrogel PEGDA se logró mediante la adición de PEG no reticulante en la solución de prepolímero. En sentido longitudinal de la relación de hinchamiento del hidrogel resultante PEGDA es 1,5, lo que corresponde a la expansión volumétrica superior a 300%. &gt; Un conjunto de tubos de hidrogel PEGDA se han diseñado y fabricado sobre la base de nuestra teoría 12. Colocamos una muestra al revés y poner en la bañera con agua cubierta con una capa de aceite en la parte superior como se ilustra en la Figura 2A. Dependiendo de los parámetros dimensionales, tubos circulares permanecido estable o transformados en un patrón ondulado como se muestra en la Figura 2B. La amplia variedad de hinchazón patrón de las diferentes muestras fue capturada por una cámara digital y se presenta en la Figura 3A. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> Figura 1. Una proyección desktop micro-sistema de estereolitografía (a) Representación esquemática (b) El sistema actual (c) vista cercana de los componentes (d) Representante de estructuras 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ampliar la cifra</a> . tienda &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> Figura 2. (A) Montaje experimental para el tubo de hidrogel hinchazón (b) Tubo limitado hidrogel se transforma en diferentes patrones. Barra de escala indica 5 mm. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> Figura 3. (A) Los patrones formados en la hinchazón experimento. El eje vertical indica t / h (por lo tanto la estabilidad), y el eje horizontal indica h / D (por lo tanto el modo de pandeo). Barra de escala indica 5 mm. (B) el modo de pandeo depende sólo de h / D. Resultado experimental concuerda bien con la predicción teórica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ampliar la cifra</a> . <table border="1"><tbody><tr><td colspan="2"> Ejemplo &lt;/ Strong&gt; </td><td> D (m) </td><td> t (micras) </td><td> h (m) </td></tr><tr><td rowspan="4"> Yo </td><td> yo </td><td> 9300 ± 420 </td><td> 760 ± 40 </td><td> 840 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1040 ± 40 </td><td> 1060 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1210 ± 40 </td><td> 1340 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9700 ± 420 </td><td> 1660 ± 40 </td><td> 1680 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> II </td><td> yo </td><td> 9000 ± 420 </td><td> 480 ± 40 </td><td> 880 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 9000 ± 420 </td><td&gt; 660 ± 40 </td><td> 1060 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9500 ± 420 </td><td> 740 ± 40 </td><td> 1350 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9200 ± 420 </td><td> 970 ± 40 </td><td> 1650 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> III </td><td> yo </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 160 ± 40 </td><td> 790 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 300 ± 40 </td><td> 1020 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9100 ± 420 </td><td> 380 ± 40 </td><td> 1330 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 9000 ± 420 </td><td> 490 ± 40 </td><td> 1630 ± 40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> IV </td><td> yo </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 140 ± 40 </td><td> 780 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 8800 ± 420 </td><td> 190 ± 40 </td><td> 1010 ± 40 </td></tr><tr><td> iii </td><td> 9300 ± 420 </td><td> 230 ± 40 </td><td> 1340 ± 40 </td></tr><tr><td> iv </td><td> 8900 ± 420 </td><td> 290 ± 40 </td><td> 1650 ± 40 </td></tr></tbody></table> Tabla 1. Dimensiones de la muestra medido a través del microscopio óptico. Los errores indican incertidumbre de medición.

Demostramos transformación patrón controlado de tubos de gel de inflamación por la inestabilidad elástica. Una proyección simple micro estéreo-litografía de instalación se construye utilizando un off-the-shelf proyector digital de datos para fabricar estructuras tridimensionales poliméricos en forma de capa por capa. Hinchazón tubos de hidrogel de bajo restricción mecánica mostrar varios modos de pandeo circunferenciales según dimensión.

Micro 3D Impresión con un proyector digital y su aplicación en el estudio de la mecánica de materiales blandos

El pandeo es un tema clásico de la mecánica. Si bien el pandeo ha sido estudiado durante mucho tiempo como uno de los principales modos de falla estructural1, recientemente ha atraído un nuevo...

El objetivo general del siguiente video es demostrar la construcción de una herramienta sencilla para microfabricación de geles 3D y su uso en la transformación de patrones de tubos de gel hinchables mediante inestabilidad elástica. Se construye una impresora micro 3D sencilla utilizando un proyector digital comercial con el fin de fabricar muestras de gel tubulares con diferentes dimensiones. La fabricación de las muestras de gel tubulares se logra proyectando una imagen diseñada sobre el portaobjetos, que está sumergido en un baño de resina que contiene una solución de prepolímero con iniciador y absorbente fotográficos.Una vez que se forma una capa mediante polimerización por luz, el portaobjetos desciende y se fabrica la siguiente capa encima de la anterior. De este modo, se fabrica una muestra tridimensional capa por capa. A continuación, se pone cada muestra en contacto con agua para inducir la transformación de forma mediante inestabilidad elástica provocada por hinchamiento.Los resultados muestran que los tubos circulares se transforman en diversos patrones ondulados con diferentes números de onda dependiendo de la geometría del gel de pandeo. La principal ventaja de esta técnica de fabricación frente a métodos existentes como la fototerapia es que ofrece una herramienta rápida de microfabricación 3D para materiales blandos como los geles. Como resultado, diversas geometrías tridimensionales interesantes que son difíciles de fabricar ahora pueden realizarse fácilmente como objetos físicos para su estudio experimental.Para comenzar este procedimiento, prepare la solución prepolimérica que contiene el iniciador fotográfico y el absorbente fotográfico según se describe en el protocolo escrito. Tras la preparación de la solución, coloque un proyector digital de datos en una posición plana y estable y conéctelo a una computadora con Microsoft PowerPoint instalado. Coloque una lente convexa justo frente a la lente de salida del haz del proyector digital.Elige una lente convexa para que el plano focal quede aproximadamente a 10 centímetros del proyector. La resolución óptica se reduce al disminuir la longitud focal de la lente, pero es necesario reservar algo de espacio para los componentes ópticos. Coloque un espejo tras la lente convexa, en el trayecto del haz, a un ángulo de 45 grados para dirigir el haz directamente hacia abajo.Luego, coloque un portamuestras en el plano focal del haz proyectado. El portamuestras debe estar sujeto a una etapa lineal mediante la cual se controla la posición vertical del portamuestras. Finalmente, coloque un baño de resina debajo del portamuestras para diseñar los tubos de gel. Proyecte una imagen con un número conocido de píxeles sobre el portamuestras para medir la relación de conversión de un píxel a longitud física.En este caso particular, una imagen de 135 píxeles medía 5,8 milímetros, lo que corresponde a 43 micrones por píxel. Con base en esta información, convierta las dimensiones físicas del tubo de gel, es decir, el diámetro, el grosor de la pared y la altura, en píxeles. A continuación, dibuje imágenes de secciones transversales para el tubo de gel.Las imágenes deben ser blancas sobre fondo negro. Inserte estas imágenes en diapositivas de Microsoft PowerPoint. Inicie la presentación en Microsoft PowerPoint y proyecte cualquier imagen.Coloque el portaobjetos en el plano focal ajustando la posición vertical mediante el interruptor del escenario adjunto hasta una imagen negra ficticia, de modo que no haya polimerización no deseada mientras se añade la solución prepolimérica. Vierta la solución prepolimérica en el baño de resina. Llene el baño hasta que la solución cubra ligeramente el portaobjetos utilizando una pipeta.Ahora está listo para imprimir el objeto 3D. Cambie a la diapositiva que contiene la primera imagen de la sección transversal del tubo de gel para polimerizar la primera capa. Mantenga proyectada la imagen durante ocho segundos y luego regrese a una diapositiva negra.Gire el botón del estadio lineal un cuarto de vuelta, aproximadamente 160 micrones, para bajar el portaobjetos. Ahora fluye resina fresca para cubrir la primera capa polimerizada, en caso de que la resina líquida sea demasiado viscosa para fluir. Mueva el estadio más hacia abajo para sumergir completamente la capa fabricada en la resina y coloque el estadio nuevamente a 160 micrones por debajo de la superficie.Proyecte nuevamente la imagen en sección transversal para polimerizar la segunda capa sobre la anterior. Repita este proceso hasta fabricar el tubo de gel con la altura deseada. Una vez completadas todas las capas, levante el portaobjetos fuera de la solución prepolimérica y recupere la muestra fabricada.Utilizando cuidadosamente una cuchilla de afeitar, enjuague la muestra con acetona durante aproximadamente tres horas y luego déjela secar durante cerca de una hora. Para realizar un experimento de hinchamiento, prepare una capa líquida dual de agua y aceite en una placa de Petri transparente. Coloque la interfase agua-aceite en el plano focal de la cámara ajustando la posición de la placa de Petri, y fije la muestra seca a un portamuestras utilizando pegamento instantáneo.Dar la vuelta al portamuestras de modo que quede boca abajo. Sumerja la muestra en el baño líquido de aceite acuoso. Acérquese a la interfaz agua-aceite desde la capa de aceite.La muestra comienza a hincharse cuando entra en contacto con la superficie del agua, mientras que el sustrato base al que se fija el tubo de gel permanece en la capa superior de aceite. De este modo, el agua puede difundirse hacia la pared del tubo, permitiendo que la muestra se hinche antes de que la base de sujeción se relaje por la humedad. Proceda a monitorear el cambio de patrón a medida que el tubo de gel se hincha.Mediante una cámara digital, se muestra aquí un sistema sencillo de microestereolitografía por proyección que utiliza un proyector digital comercial. Una lente convexa con una distancia focal de 75 milímetros concentra el haz en un área de iluminación pequeña de dos centímetros por dos centímetros, lo que resulta en una resolución óptica aproximada de 45 micrones. La resolución vertical está determinada por el nivel de precisión de la etapa lineal por capas.El grosor de las estructuras elaboradas para este estudio es de 160 micrones. Cada capa fue polimerizada con ocho segundos de iluminación luminosa. Se muestra una estructura tridimensional representativa fabricada por el sistema.Este objeto consta de 58 capas de peg da. Se diseñó y fabricó un conjunto de tubos de hidrogel de peg da curables por luz para lograr una reticulación baja y, por lo tanto, una hinchazón considerable, tal como se describe en el protocolo escrito; una muestra se colocó boca abajo en un baño de agua y aceite. Como se demuestra en el video, dependiendo de los parámetros dimensionales, los tubos circulares permanecieron estables o se transformaron en un patrón ondulado.La dimensión del tubo de gel determina el número de ondas que emergen durante la hinchazón. Se capturó con una cámara digital la amplia variedad de patrones de hinchazón de diferentes muestras. El eje vertical indica la estabilidad como espesor sobre altura o T sobre H, y el eje horizontal indica el modo de pandeo como altura sobre diámetro, o H sobre D. Los números blancos indican el número de modo de pandeo, que es el número de ondas a lo largo de la circunferencia, como se muestra aquí.El modo de pandeo de las muestras inestables depende únicamente de HD, donde el resultado experimental concuerda bien con la predicción teórica. Utilizamos este método en este video como una herramienta experimental útil para la mecánica de materiales blandos, pero también encontraremos muchas aplicaciones en otros campos de la ciencia y la ingeniería, incluyendo robótica blanda e ingeniería biomédica. Además, es muy sencillo y económico.Cualquiera puede construir su propia impresora 3D microscópica en el laboratorio siguiendo el protocolo presentado en este video.

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

Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

Uso de extrusión de plástico moderno y tecnologías de impresión, es posible ahora producir rápida y económicamente los modelos físicos de datos de rayos X CT tomadas en un laboratorio. La impresión tridimensional de tomográfica de datos es una visualización de gran alcance, la investigación, y una herramienta educativa que ahora se puede acceder por la comunidad de imagenología preclínica.

Impresión 3D de Preclínica de rayos X de datos tomografía computarizada Establece

Se ha implementado un nuevo sistema computacional que ofrece simulación de dinámica molecular acelerada por GPU y visualización, análisis y manipulación de nanoestructuras en 3D/VR, lo que representa un enfoque novedoso para avanzar en la investigación de materiales y promover la investigación innovadora y métodos alternativos para aprender sobre estructuras materiales con dimensiones invisibles para el ojo humano.

Novela 3D / VR Interactivo Medio Ambiente para MD simulaciones, visualización y análisis

Este documento presenta una estrategia 3D microfabricación aditivo (denominado «micro-albañilería ') para la fabricación flexible del sistema microelectromecánicos (MEMS) estructuras y dispositivos. Este enfoque implica el montaje basado en la impresión de transferencia de materiales micro / nanoescala en conjunción con técnicas de material de unión de recocido térmico rápido habilitado.

Micro-mampostería para 3D Aditivo Microfabricación

Los modelos físicos de biomoléculas pueden facilitar la comprensión de su estructura-función para el investigador, ayudar en la comunicación entre investigadores y servir como herramienta educativa en los esfuerzos pedagógicos. Aquí, proporcionamos una guía detallada para la impresión 3D de modelos precisos de biomoléculas utilizando impresoras 3D de escritorio de fabricación de filamentos fundidos.

La impresión 3D de Modelos de Investigación Biomolecular y Pedagogía

Este trabajo presenta un sensor de medición de tensión que consiste en un mecanismo de amplificación y un microscopio de polidimetilsiloxano fabricado con una impresora 3D mejorada.

Producción de un dispositivo de medición de tensión con una impresora 3D mejorada

El modelado físico de sistemas microscópicos ayuda a obtener información difícil de obtener por otros medios. Para facilitar la construcción de modelos moleculares físicos, demostramos cómo se puede utilizar la impresión 3D para ensamblar modelos macroscópicos funcionales que capturan cualidades de los sistemas moleculares de una manera táctil.

Ensamblaje de modelo molecular interactivo con impresión 3D

Este proyecto permite a los pequeños laboratorios desarrollar una plataforma fácil de usar para la fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa precisos. La plataforma consiste en un adaptador de alineación de máscara de microscopio impreso tridimensionalmente con el que se lograron dispositivos microfluídicos multicapa con errores de alineación de &lt;10 μm.

Diseño y desarrollo de un adaptador de alineación de máscara de microscopio impreso tridimensionalmente para la fabricación de dispositivos microfluídicos multicapa

Este método demuestra un flujo de trabajo de impresión 3D basado en vóxel, que imprime directamente a partir de imágenes médicas con fidelidad espacial exacta y resolución espacial / de contraste. Esto permite el control preciso y graduado de las distribuciones de materiales a través de materiales morfológicamente complejos y graduados correlacionados con la radiodensidad sin pérdida o alteración de datos.

Voxel Printing Anatomy: Diseño y fabricación de modelos de planificación realistas y prequirúrgicos a través de la impresión de mapas de bits

El presente protocolo describe la impresión 3D basada en el procesamiento digital de luz de materiales poliméricos utilizando la polimerización de transferencia de cadena de adición-fragmentación reversible fotoiniciada tipo I y la posterior postfuncionalización de material in situ a través de polimerización mediada por superficie. La impresión 3D fotoinducida proporciona a los materiales propiedades a granel e interfaciales adaptadas de forma independiente y controladas espacialmente.

Impresión 3D y modificación de superficies in situ mediante polimerización de transferencia de cadena de adición reversible-fragmentación fotoiniciada tipo I

La impresión 3D a escala micrométrica permite la creación rápida de prototipos de dispositivos poliméricos para cultivos de células neuronales. Como prueba de principio, las conexiones estructurales entre las neuronas se vieron limitadas por la creación de barreras y canales que influyen en el crecimiento de las neuritas, mientras que las consecuencias funcionales de dicha manipulación fueron observadas por la electrofisiología extracelular.

Impresión 3D de polimerización de dos fotones de dispositivos de cultivo de células neuronales a microescala

Aprende microimpresión 3D con proyector digital para fabricar hidrogeles tubulares y estudiar su transformación por inestabilidad elástica. Este método permite crear estructuras complejas para investigación en materiales blandos.

Micro 3D Impresión con un proyector digital y su aplicación en el estudio de la mecánica de materiales blandos

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