Name: הדפסת המייקר 3D באמצעות מקרן דיגיטלי ותחולתו בחקר מכניקת חומרים רכות (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 24 s
Description: למדו להדפיס מיקרו-ג'לים תלת-ממדיים באמצעות מקרן דיגיטלי ליצירת צינורות ג'ל מתנפחים. שיטה זו מאפשרת חקר מכניקת חומרים רכים ויצירת דפוסים מורכבים באמצעות אי-יציבות אלסטית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מבקשים להודות ליוסף Muskin ומתיו רגוזה באוניברסיטת אילינוי באורבנה-Champaign למתן תמונות חתך ל3D מבנים המוצגים באיור 1D.

1. הכנת פתרון Prepolymer <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המיקס פולי (אתילן גליקול) diacrylate (PEG-DA) (משקל מולקולרי ממוצע ~ 575, סיגמה אולדריץ) ופולי (אתילן גליקול) (PEG) (משקל מולקולרי ממוצע ~ 200, סיגמה אולדריץ) במשקל היחס 1:2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף wt 0.67%. צילום יוזם (Phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine התחמוצת, סיגמה אולדריץ). הפתרון צריך להיות כל הזמן בסביבה חשוכה מנקודה זו ואילך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף wt 0.05%. צילום בולם (סודאן, סיגמה אולדריץ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את הפתרון ל24 שעות בטמפרטורת חדר באמצעות stirrer מגנטי. </li></ol> 2. הגדרת מדפסת 3D שולחן עבודה באמצעות נתונים דיגיטלי של מקרן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מקרן נתונים דיגיטלי במצב שטוח ויציב, ולחבר אותו למחשב עם Microsoft PowerPoint מותקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח ימין עדשה קמור בחזית עדשת פלט הקורה של המקרן הדיגיטלי. בחר עדשה קמורה כדי להפוך מוקד המטוס במרחק של כ 10 סנטימטרים מפרוjector. (רזולוציה אופטית הופכת להיות קטנה יותר לעדשה עם אורך מוקד קצר יותר, אבל אחד צריך לשריין קצת מקום לרכיבים אופטיים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מראה אחרי העדשה הקמורה בדרך הקורה בזווית ° 45 לכוון האלומה ישר למטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח בעל מדגם במישור המוקד של הקרן הצפויה. בעל המדגם צריך להיות מחובר לבמה ליניארי שבו המיקום האנכי של בעל המדגם נשלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח אמבטית שרף מתחת לבעל המדגם. </li></ol> 3. עיצוב וייצור של צינורות ג&#39;ל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע קוטר, עובי קיר, וגובה של צינור ג&#39;ל להיות מפוברקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצייר תמונות חתך לצינור ג&#39;ל. התמונות צריכות להיות בצבע לבן עם רקע שחור. הכנס תמונה אלה בשקופיות של Microsoft PowerPoint. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל מצגת ב-Microsoft PowerPoint ולהקרין את כל תמונה. הנח את בעל המדגם במישור המוקד על ידי התאמת המיקום האנכי באמצעות עו&quot;דכאב במה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבר לתמונה &quot;דמה&quot; שחורה כדי שלא יהיה פילמור לא רצוי תוך שימת פתרון prepolymer. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצק פתרון prepolymer לאמבטית שרף. מלא את האמבט עד שהתמיסה מעט מכסה את בעל המדגם. עכשיו הוא מוכן לאובייקט 3D הדפסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבר לשקופית המכילה את תמונת החתך הראשונה של צינור ג&#39;ל לפלמר את השכבה הראשונה. שמור מקרין תמונה ל8 שניות ולחזור לשקופית &quot;איפול&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סובב את הכפתור על הבמה ליניארי על ידי תור ¼ (~ 160 מיקרומטר) כדי להאט את בעל המדגם. עכשיו שרף טרי זורם בלכסות את השכבה הראשונה polymerized. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פרויקט תמונת החתך שוב לפלמר את השכבה השנייה על גבי הליך אחד. חזור על שלבים 3.6-3.8 עד הצינור של ג&#39;ל לגובה הרצוי הוא מפוברק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שכל השכבות שלמות, להרים את בעל המדגם מתוך פתרון prepolymer, ולאחזר את המדגם המפוברק בזהירות בעזרת סכין הגילוח bladדואר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטוף את המדגם באצטון ל~ 3 שעות, ולאחר מכן לאפשר לו להתייבש במשך שעות ~ 1. </li></ol> 4. נפיחות ניסוי להיווצרות דפוס שנקבע על ידי חוסר יציבות אלסטיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן נוזל שכבה כפולה מי שמן בכלי זכוכית שקופים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף המדגם היבש על בעל מדגם באמצעות דבק סופר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעיף את בעל המדגם, כך שהמדגם הוא הפוך. לטבול את המדגם באמבט נוזל מי שמן. ניגש למדגם ממשק מי נפט משכבת ​​הנפט. המדגם מתחיל להתנפח כאשר הדגימה נוגעת פני מים ואילו חלק מצע הבסיס בי צינור ג&#39;ל נקבע נשאר בשכבת השמן העליונה. בדרך זו, יכולים לפזר מים לתוך קיר הצינור המאפשר הדגימה להתנפח לפני הבסיס מגביל מרגיע על ידי הרטבה. לפקח על שינוי הדפוס כמו גלי צינור ג&#39;ל באמצעות מצלמה דיגיטלית. </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>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

בנפיחות של הידרוג צינורי המוגבל במצע, יציבות תלויה רק בt / h וקריסת מצב תלוי רק בשעות / 12 ד. ארבע קבוצות של דגימות (I-IV) עם רמות שונות של עובי לא מנורמלים / שעה היו מפוברקות, עם קבוצה ואני אמור להיות עבה יותר והקבוצה הרביעית להיות יותר רזה. כל קבוצה מורכבת מארבע דגימות (I-IV) עם רמות שונות של גובה מנורמל h / D, עם המדגם היה קצר יותר וiv המדגם להיראות גבוה יותר. מידות של הדגימות המפוברקות מוצגות בטבלת 1. הקבוצה הראשונה והשני נועדו להישאר יציב במהלך נפיחות, ואילו קבוצה שלישית והרביעי מתוכננים לקרוס ולהפוך על נפיחות. לקבלת דוגמיות מעוקמת, Bucklinגרם מצב צריך להקטין בגובה מדגם. 3A האיור מראה תוצאה ניסיונית. כתאוריה מנבאת, דגימות בקבוצה הראשונה והשני היו יציבות ונשארו עגול על נפיחות, בעוד דגימות בקבוצה שלישית והרביעי כולם עברו בחוסר יציבות אלסטי וקרסו. כמו כן, דגימות עם אותו h / D מוצגות מצב קריסה דומה. 3B האיור משווה מצבי קריסה נצפו בניסוי של דגימות בקבוצה שלישית והרביעי עם חיזוי תיאורטי. אנו יכולים לראות כי דגימות עם אותו h / D להוות את אותו דפוס תגובת קריסה-ללא תלות בעובי וכי תוצאות ניסוי מסכימות גם עם התאוריה. אנו מציגים כיצד לבנות מערכת פשוטה של ​​שולחן עבודת 3D באמצעות הדפסה דיגיטלית זמין מסחרי נתוני מקרן. הגישה המוצעת מסתמכת על photocuring של פולימר לקוןstruct 3D מבנים, ולכן, כל פולימרי photocurable יכולים לשמש גם באופן כללי, ככל שיש photoinitiator ספיגה מתאימה בטווח אורכי גל. שים לב שphotoinitiators רב הזמין מסחרי מיועד לאולטרה סגול (UV) אורכי גל, אבל photoinitiator משמש כאן יש ספיגה גבוהה יחסית באורכי גל ארוכים יותר מ 400 ננומטר. מציע דרך קלה ומהירה כדי לפברק 3D אובייקטים, שיטה זו תמצא יישומים רבים בתחומים שונים, כולל מכניקת חומרים רכה כפי שמודגמים כאן.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td> פולי (אתילן גליקול) diacrylate </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 437441 </td><td> Mw ~ 575 </td></tr><tr><td> פולי (אתילן גליקול) </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> P3015 </td><td> Mw ~ 200 </td></tr><tr><td> phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) תחמוצת phosphine </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 511447 </td><td> תמונה-יוזם </td></tr><tr><td> אני סודאן </td><td> סיגמה אולדריץ </td><td> 103624 </td><td> תמונת בולם </td></tr><tr><td> מקרן נתונים דיגיטליים </td><td> Viewsonic </td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td> קמורה עדשה </td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> f = 75.0 מ&quot;מ </td></tr><tr><td> המו&quot;ראו </td><td></td><td></td><td> 4 &quot;פרוסות סיליקון </td></tr><tr><td> שלב ידני </td><td> Velmex </td><td> A2506DE-S2.5 </td><td></td></tr></tbody></table>

הדפסת המייקר 3d באמצעות מקרן דיגיטלי ותחולתו בחקר מכניקת חומרים רכות

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

קריסה היא נושא קלסי במכניקה. למרות קריסה כבר זמן רב למדה כאחד ממצבי הכשל המבניים העיקריים 1, כך הוא מושך את תשומת לב חדשה לאחרונה כמנגנון ייחודי לשינוי דפוס. טבע מלא בדוגמאות כאלה שבי עושר של דפוסים אקזוטיים נוצרים דרך 2-5 חוסר יציבות מכאניות. בהשראת מנגנון אלגנטי זו, מחקרים רבים הדגימו יצירה ושינוי של דפוסי שימוש בחומרים רכים כגון אלסטומרים והידרוג 6-11. ג&#39;לי נפיחות הם בעלי עניין מיוחד משום שהם יכולים לגרום לחוסר יציבות באופן ספונטני מכאני כדי ליצור דפוסים שונים ללא צורך בכח חיצוני 6-10. לאחרונה, יש לנו דיווח הפגנה של שליטה מלאה על קריסת דפוס של ג&#39;לי צינורי מייקרו קשקשים באמצעות הקרנת המייקר Stereolithography (PμSL), טכנולוגיית תלת ממדי (3D) ייצור מסוגלת להמיר מודלי 3D מחשב שנוצרו לי במהירותאובייקטים פיסיים Nto ברזולוציה גבוהה 12,13. כאן אנו מציגים שיטה פשוטה כדי לבנות את מערכת PμSL פשוטה באמצעות מקרן נתונים דיגיטלי זמין מסחרי ללמוד חוסר יציבות קריסת נפיחות הנגרם לשינוי דפוס מבוקר. מדפסת 3D שולחן עבודה פשוטה נבנתה באמצעות נתונים דיגיטליים מקרן ה-off-מדף ורכיבים אופטיים פשוטים כגון עדשה קמורה וראי 14. תמונות חתך המופקות ממודל מוצק 3D מוקרנת על המשטח הרגיש לשרף ברצף, polymerizing שרף נוזלי לתוך מבנה מוצק 3D רצוי בצורת שכבה אחר שכבה. אפילו בתצורה זו פשוטה ותהליך קל, 3D אובייקטים שרירותיים יכולים להיות מפוברקים בקלות עם רזולוצית מיקרומטר תת-100. מדפסת 3D שולחן עבודה זה טומן בחובו פוטנציאל בחקר מכניקת חומרים רכה על ידי מתן הזדמנות מצוינת לחקור גיאומטריות 3D שונות. אנו משתמשים במערכת זו כדי Fabricaמבנה צינורי te צורת הידרוג עם ממדים שונים. קבוע בתחתית למצע, ג&#39;ל צינורי מתפתח מתח הומוגניות בנפיחות, אשר מולידים את קריסת חוסר יציבות. דפוסים גליים שונים מופיעים לאורך ההיקף של הצינור כאשר מבני ג&#39;ל לעבור קריסה. ניסוי מראה כי קריסה היקפית של מצב רצוי ניתן ליצור באופן מבוקר. שינוי דפוס בתלת ממד ג&#39;לי מובנה צינורי יש השלכות משמעותיות לא רק במכניקה ומדע חומרים, אך גם בתחומים רבים אחרים המתעוררים כגון matamaterials המתכונן.

<html> מערכת PμSL פשוטה באמצעות נתונים דיגיטלי מקרן ה-off-מדף מוצגת באיור 1. עדשה קמורה עם אורך מוקד של 75 מ&quot;מ מרכזת את הקרן לתוך אזור הארה קטנה של 2 סנטימטר על 2 סנטימטר. וכתוצאה מכך מטוס רזולוציה אופטית היא בערך 45 מיקרומטר. רזולוציה אנכית נקבעת לפי רמת הדיוק של השלב ליניארי. עובי שכבה של המבנים שנעשו לצורך מחקר זה הוא 160 מיקרומטר. כל שכבה הייתה מפולמר לאור תאורה 8 שניות. מבנה 3D נציג המפוברק על ידי המערכת מוצג באיור 1D. אובייקטים זה מורכב משכבות של 58 PEGDA. הכנו הידרוג PEGDA תמונה לריפוי. crosslinking הנמוך, נפיחות ולכן גדולות של הידרוג PEGDA הושג על ידי הוספת PEG אינו crosslinking לפתרון prepolymer. יחס אורך נפיחות חכם של הידרוג PEGDA המתקבל הוא 1.5, שמתאים להרחבת נפח גבוה מ 300%. <html> &gt; מערכת של צינורות הידרוג PEGDA תוכננה ומיוצרת על בסיס התאוריה שלנו 12. הנחנו מדגם הפוך ולשים באמבטיה עם מים מכוסים בשכבת שמן על גבי כפי שמודגם באיור 2 א. בהתאם לפרמטרים הממדיים, צינורות עגולים או נותרים יציבים או הופכים לדפוס גלי כפי שמוצגים באיור 2 ב. המגוון הרחב של נפיחות דפוס של מדגמים שונים נתפס על ידי מצלמה דיגיטלית ומוצג באיור 3 א. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> איור 1. מערכת הקרנת שולחן עבודה של מייקרו-Stereolithography (א) ייצוג סכמטי (ב) מערכת בפועל (ג) תצוגת תקריב של רכיבים (ד) 3D מבנים מייצגים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.</a> אוהל &quot;fo: לשמור-together.within עמודים =&quot; תמיד &quot;&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> איור 2. (א) התקנה ניסיונית לצינור הידרוג נפיחות (ב) צינור הידרוג מוגבל הופך לדפוסים שונים. סרגל קנה מידה מציין 5 מ&quot;מ. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> איור 3. (א) דפוסים נוצרו בנפיחות ניסוי. ציר אנכי מציין t / שעה (ובכך יציבות), וציר אופקי מציין h / D (ובכך קריסת מצב). סרגל קנה מידה מציין 5 מ&quot;מ. (ב) קריסת מצב תלוי רק בשעות / ד. תוצאה ניסיונית מסכימה גם עם חיזוי תיאורטי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.</a> <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td colspan="2"> דוגמה &lt;/ Strong&gt; </td><td> D (מיקרומטר) </td><td> t (מיקרומטר) </td><td> שעות (מיקרומטר) </td></tr><tr><td rowspan="4"> אני </td><td> אני </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> ג </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"> השני </td><td> אני </td><td> 9000 ± 420 </td><td> 480 ± 40 </td><td> 880 ± 40 </td></tr><tr><td> ii </td><td> 9000 ± 420 </td><tד&gt; 660 ± 40 </td><td> 1060 ± 40 </td></tr><tr><td> ג </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"> ג </td><td> אני </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> ג </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> אני </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> ג </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> לוח 1. ממדים לדוגמה נמדדו באמצעות מיקרוסקופ אופטי. שגיאות מצביעות על חוסר ודאות במדידה.

אנחנו מדגימים שינוי דפוס מבוקר של צינורות ג&#39;ל נפיחות בחוסר יציבות אלסטי. התקנה פשוטה סטריאו מייקר היטל ליטוגרפיה נבנתה באמצעות נתונים דיגיטלי מקרן ה-off-מדף לפברק מבנים פולימריים תלת ממדים בצורת שכבה אחר שכבה. נפיחות צינורות הידרוג תחת אילוץ מכאני תציג את מצבי קריסה היקפיים שונים בהתאם לממד.

הדפסת המייקר 3D באמצעות מקרן דיגיטלי ותחולתו בחקר מכניקת חומרים רכות

קריסה (Buckling) היא נושא קלאסי במכניקה. בעוד שקריסה נחקרת מזה זמן רב כאחד מאופני הכשל המבניים העיקריים1, לאחרונה היא משכה עניין מחודש...

המטרה הכללית של הסרטון הבא היא להדגים בנייה של כלי מיקרו-פבריקציה פשוט עבור ג'ל תלת-ממדי ואת השימוש בו לטרנספורמציה של תבנית צינורות ג'ל מתנפחים באמצעות אי-יציבות אלסטית. מדפסת מיקרו תלת-ממדית פשוטה נבנית באמצעות מקרן נתונים דיגיטלי זמין לרכישה, וזאת כדי לייצר דגימות ג'ל צינוריות בממדים שונים. ייצור דגימות הג'ל הצינוריות מושג על ידי הקרנת תמונה מתוכננת על מחזיק הדגימה, הטבול באמבט שרף המכיל תמיסת פרה-פולימר עם פוטו-איניציאטור ופוטו-אבסורבר.לאחר ששכבה נוצרת על ידי פוטו-פולימריזציה, תומך הדגימה יורד והשכבה הבאה מיוצרת מעל השכבה הקודמת. באופן זה, דגימה תלת-ממדית מיוצרת בשיטה של שכבה על גבי שכבה. לאחר מכן, כל דגימה מובאה למגע עם מים כדי להפעיל שינוי צורה באמצעות אי-יציבות אלסטית המושרית על ידי נפיחות.התוצאות מראות שצינורות מעגליים הופכים לתבניות גליות שונות עם מספרי גל שונים, בהתאם לגאומטריית הכשל של הג'ל. היתרון העיקרי של טכניקת ייצור זו על פני שיטות קיימות כמו פוטותרפיה הוא שהיא מציעה כלי מיקרו-ייצור תלת-ממדי מהיר עבור חומרים רכים כגון ג'לים. כתוצאה מכך, ניתן כעת לממש בקלות גאומטריות תלת-ממדיות מעניינות ומגוונות, שקשה לייצור, לאובייקטים פיזיים לצורך מחקר ניסויי.כדי להתחיל בהליך זה, הכין את תמיסת הפולימר המקדם (pre polymer) המכילה פוטו-יוזם (photo initiator) וסופח אור (photo absorber) כפי שמתואר בפרוטוקול הכתוב. לאחר הכנת התמיסה, הנח מקרן נתונים דיגיטלי בעמדה שטוחה ויציבה וחברו למחשב המותקנת בו תוכנת Microsoft PowerPoint. מקם עדשה קמורה מיד לפני עדשת פלט הקרן של המקרן הדיגיטלי.בחרו בעדשה קמורה כך שמישור המוקד יהיה במרחק של כ-10 סנטימטרים מהמקרן. הרזולוציה האופטית קטנה יותר עבור עדשה בעלת אורך מוקד קצר יותר, אך יש להשאיר מקום עבור רכיבים אופטיים. הציבו מראה לאחר העדשה הקמורה בנתיב הקרן בזווית של 45 מעלות כדי להכוון את הקרן ישירות למטה.לאחר מכן, מקמו מחזיק דגימה במישור המוקד של הקרן המוקרנת. מחזיק הדגימה צריך להיות מחובר לבמה ליניארית שבאמצעותה ניתן לשלוט במיקום האנכי של מחזיק הדגימה. לבסוף, מקמו אמבט שרף מתחת למחזיק הדגימה לצורך עיצוב צינורות הג'ל. הקרינו תמונה עם מספר פיקסלים ידוע על מחזיק הדגימה כדי למדוד את יחס ההמרה מפיקסל לאורך פיזי.במקרה זה, תמונה של 135 פיקסלים נמדדה כ-5.8 מילימטרים, מה שמתבסס על 43 מיקרון לפיקסל. על סמך מידע זה, המירו את הממדים הפיזיים של צינור הג'ל — קוטר, עובי דופן וגובה — לפיקסלים. לאחר מכן, שרטטו תמונות של חתכים רוחביים עבור צינור הג'ל.התמונות צריכות להיות בלבן עם רקע שחור. הכניסו תמונות אלו לשקופיות ב-Microsoft PowerPoint. הפעילו את מצגת השקופיות ב-Microsoft PowerPoint והקרינו תמונה כלשהי.מקם את מחזיק הדגימה במישור המוקד על ידי כיוון המיקום האנכי באמצעות מתג הבמה המצורף, עד לקבלת תמונה שחורה דמי (dummy black image), כדי למנוע פולימריזציה לא רצויה בזמן הוספת תמיסת הפרה-פולימר. שפוך את תמיסת הפרה-פולימר אל אמבט השרף. מלא את האמבט באמצעות פיפט עד שהתמיסה תכסה קלות את מחזיק הדגימה.כעת ניתן להדפיס את האובייקט התלת-ממדי. עברו לשקף המכיל את תמונת החתך הראשונה של צינור הג'ל כדי לפולימר את השכבה הראשונה. המשיכו להקרין את התמונה למשך שמונה שניות ולאחר מכן חזרו לשקף שחור (blackout slide).סובב את הכפתור בבמה הליניארית ברבע סיבוב, כ-160 microns, כדי להוריד את מחזיק הדגימה. כעת זורם שרף טרי כדי לכסות את השכבה הראשונה שהתבמיצרה, למקרה שהשרף הנוזלי צמיגי מדי מכדי לזרום פנימה. הנח את הבמה למטה עוד יותר כדי לטבול לחלוטין את השכבה המיוצרת בשרף, והחזר את הבמה למיקום של 160 microns מתחת לפני השטח.הקרינו שוב את תמונת החתך כדי לפלמר את השכבה השנייה מעל הקודמת. חזרו על תהליך זה עד לייצור צינור הג'ל בגובה הרצוי. עם השלמת כל השכבות, הרימו את מחזיק הדגימה מתוך תמיסת הפולימר ושלפו את הדגימה שהוכנה.בעזרת להב תער, שטפו בזהירות את הדגימה באצטון למשך כשלוש שעות, ולאחר מכן הניחו לה להתייבש למשך כשעה. לצורך ביצוע ניסוי נפיחות, הכינו נוזל בשתי שכבות של מים ושמן בתוך צלחת פטרי שקופה. אתרו את הממשק שבין המים לשמן במישור המוקד של המצלמה על ידי כיוון מיקום צלחת הפטרי, והדביקו את הדגימה היבשה למחזיק דגימות באמצעות דבק מהיר.הפוך את מחזיק הדגימה כך שיהיה הפוך. טבול את הדגימה באמבט הנוזלים של מים ושמן. התקרב אל הממשק שבין המים לשמן מתוך שכבת השמן.הדגימה מתחילה להתנפח כאשר היא נוגעת במשטח המים, בעוד שתשת הבסיס שעליו מקובע צינור הג'ל נשאר בשכבת השמן העליונה. באופן זה, מים יכולים לדפף לתוך דופן הצינור, מה שמאפשר לדגימה להתנפח לפני שהבסיס המגביל נרפה כתוצאה מההרטבה. המשך לעקוב אחר השינוי בתבנית בעוד צינור הג'ל מתנפח.כאן מוצגת מערכת פשוטה למיקרו-סטריאוליתוגרפיה בהקרנה באמצעות מצלמה דיגיטלית ומקרן נתונים דיגיטלי סטנדרטי. עדשה קמורה בעלת אורך מוקד של 75 millimeters מרכזת את הקרן לאזור תאורה קטן של שני סנטימטרים על שני סנטימטרים, מה שמוביל לרזולוציה אופטית מישורית של כ-45 microns. הרזולוציה האנכית נקבעת על ידי רמת הדיוק של שלב השכבה הליניארי.עובי המבנים שיוצרו למחקר זה הוא 160 microns. כל שכבה פולמרה באמצעות הקרנת אור למשך שמונה שניות. מוצג מבנה תלת-ממדי מייצג שיוצר על ידי המערכת.אובייקט זה מורכב מ-58 שכבות של peg da. סט של צינורות הידרוג'ל peg da הניתנים להקשיה באמצעות אור תוכננו ויוצרו כדי להשיג קישוריות צולבת נמוכה ולכן נפיחות גדולה כפי שמתואר בפרוטוקול הכתוב; דגימה הוצבה הפוך באמבט מים-שמן. כפי שמוצג בסרטון, בהתאם לפרמטרים הממדיים, צינורות מעגליים נותרו יציבים או הפכו לתבנית גלית.ממדי צינור הג'ל קובעים את מספר הגלים המופיעים במהלך הנפיחה. מגוון רחב של דפוסי נפיחה של דגימות שונות תועד באמצעות מצלמה דיגיטלית. הציר האנכי מציין יציבות כעובי חלקי גובה, או T חלקי H, והציר האופקי מציין את מצב הכריתה (buckling mode) כגובה חלקי קוטר, או H חלקי D. המספרים הלבנים מציינים את מספר מצב הכריתה, שהוא מספר הגלים לאורך ההיקף, כפי שמוצג כאן.מצב התכופפות (buckling mode) של הדגימות הבלתי יציבות תלוי אך ורק ב-HD, כאשר התוצאה הניסויית תואמת היטב את התחזית התאורטית. אנו משתמשים בשיטה זו בסרטון זה ככלי ניסיוני שימושי למכניקה של חומרים רכים, אך נמצא לה יישומים רבים גם בתחומים אחרים של מדע והנדסה, כולל רובוטיקה רכה והנדסה ביו-רפואית. כמו כן, היא פשוטה מאוד וזולה.כל אחד יכול לבנות מדפסת תלת-ממד מיקרוסקופית משלו במעבדה על ידי ביצוע הפרוטוקול המוצג בסרטון זה.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

באמצעות הבלטת פלסטיק מודרנית וטכנולוגיות דפוס, ניתן כיום לייצר מודלים פיסיים של נתוני CT רנטגן שנעשו במעבדה במהירות ובזולה. ההדפסה תלת הממדית של טומוגרפית נתוני הדמיה חזקה, מחקר, וכלי חינוכי שכעת ניתן לגשת על ידי קהילת ההדמיה פרה.

הדפסת 3D של Preclinical רנטגן הממוחשבים טומוגרפית נתוני סטים

יושמה מערכת חישובית חדשה הכוללת סימולציה של דינמיקה מולקולרית מואצת GPU והדמיה, ניתוח ומניפולציה של ננו-מבנים בתלת מימד/VR, המייצגת גישה חדשה לקידום מחקר חומרים ולקידום חקירה חדשנית ושיטות חלופיות ללמידה על מבני חומרים עם ממדים בלתי נראים לעין האנושית.

רומן 3D / VR הסביבה אינטראקטיבית לMD סימולציות, ויזואליזציה וניתוח

נייר זה מציג אסטרטגית 3D תוסף micromanufacturing (שמכונה "מיקרו בנייה") עבור הייצור גמיש של מערכת מייקר מבנים (MEMS) והתקנים. גישה זו כרוכה בהרכבה המבוסס על דפוס העברה של חומרי מיקרו / ננו בשילוב עם טכניקות מליטה חומרים מהירים תרמית המאפשר חישול.

מיקרו בנייה לMicromanufacturing 3D תוסף

מודלים פיזיקליים של ביומולקולות יכולים להקל על החוקר להבין את המבנה-תפקוד שלהן, לסייע בתקשורת בין חוקרים ולשמש כלי חינוכי בעשייה פדגוגית. כאן, אנו מספקים הנחיות מפורטות להדפסת תלת מימד של מודלים מדויקים של ביומולקולות באמצעות מדפסות תלת מימד שולחניות לייצור נימה התמזגה.

3D הדפסה של מודלים Biomolecular למחקר פדגוגיה

מטרת העבודה היא לעצב ולבנות מדפסת תלת מימדית מבוססת-מאגר, העשויה מרכיבים בעלי מקור פתוח ובעלות נמוכה עבור יישומים בתעשיות הדפוס הביו-רפואית והמזון.

עיצוב של מקור פתוח, ביודיו בעלות נמוכה ומזון נמס ההבלטה מדפסת תלת-ממד

עבודה זו מציגה חיישן מדידה של מתח המורכב של מנגנון הגברה ומיקרוסקופ polydiמתיל siloxane מיוצר באמצעות מדפסת תלת-ממד משופרת.

הפקה של התקן מדידת מתח עם מדפסת תלת-ממד משופרת

מידול פיזי של מערכות מיקרוסקופיים עוזר להשיג תובנות שקשה להשיג באמצעים אחרים. כדי להקל על הבנייה של דגמים מולקולריים פיזיים, אנו מדגימים כיצד הדפסה 3D ניתן להשתמש כדי להרכיב מודלים מאקרוסקופי פונקציונלי ללכוד איכויות של מערכות מולקולריות בצורה מישוש.

מודל מולקולרי אינטראקטיבי הרכבה עם הדפסה תלת-ממדית

פרויקט זה מאפשר למעבדות קטנות לפתח פלטפורמה קלה לשימוש לייצור מכשירים מיקרופלואידיים מדויקים מרובי שכבות. הפלטפורמה מורכבת מתאם יישור מסכת מיקרוסקופ מודפס תלת מימדי באמצעותו הושגו התקנים מיקרופלואידיים רב שכבתיים עם שגיאות יישור של &lt;10 מיקרומטר.

תכנון ופיתוח מתאם יישור מסיכת מיקרוסקופ תלת מימדי לייצור התקנים מיקרופלואידיים רב שכבתיים

שיטה זו מדגימה זרימת עבודה של הדפסה תלת-ממדית מבוססת voxel, המודפסת ישירות מתמונות רפואיות עם נאמנות מרחבית מדויקת ורזולוציה מרחבית/ניגודית. זה מאפשר שליטה מדויקת, מדורגת של הפצות חומר באמצעות חומרים מורכבים מורפולוגית, מדורגים בקורלציה רדיוטנציה ללא אובדן או שינוי של נתונים.

אנטומיה של הדפסת Voxel: עיצוב וייצור של מודלים מציאותיים של תכנון פרה-כירורגי באמצעות הדפסת מפת סיביות

הדפסה תלת ממדית בקנה מידה מיקרומטרי מאפשרת אב טיפוס מהיר של התקנים פולימריים עבור תרביות תאים עצביים. כהוכחה עקרונית, קשרים מבניים בין נוירונים הוגבלו על ידי יצירת מחסומים וערוצים המשפיעים על צמיחת נוירוטים, בעוד שההשלכות התפקודיות של מניפולציה כזו נצפו על ידי אלקטרופיזיולוגיה חוץ-תאית.

פילמור שני פוטונים הדפסה תלת-ממדית של התקני תרבית תאים עצביים בקנה מידה מיקרוני

למדו להדפיס מיקרו-ג'לים תלת-ממדיים באמצעות מקרן דיגיטלי ליצירת צינורות ג'ל מתנפחים. שיטה זו מאפשרת חקר מכניקת חומרים רכים ויצירת דפוסים מורכבים באמצעות אי-יציבות אלסטית.

הדפסת המייקר 3D באמצעות מקרן דיגיטלי ותחולתו בחקר מכניקת חומרים רכות

גלה סרטונים נוספים