Name: Micro 3D Stampa con un proiettore digitale e la sua applicazione nello studio della meccanica dei materiali morbidi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 24 s
Description: Scopri la microstampa 3D con proiettore digitale per studiare l'instabilità elastica in tubi di idrogel. Questo metodo rapido permette di realizzare strutture complesse per la meccanica dei materiali morbidi.

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Gli autori desiderano ringraziare Giuseppe Muskin e Matthew Ragusa presso la University of Illinois a Urbana-Champaign per la fornitura di immagini in sezione trasversale per strutture 3D mostrato in figura 1D.

1. Preparazione della Soluzione Prepolimero <ol><li> Mix poli (etilene glicole) diacrilato (PEG-DA) (peso molecolare medio ~ 575, Sigma-Aldrich) e poli (etilene glicole) (PEG) (peso molecolare medio ~ 200, Sigma-Aldrich) a 1:2 rapporto in peso. </li><li> Aggiungere 0,67% in peso. foto-iniziatore (Phenylbis (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfina, Sigma-Aldrich). La soluzione deve essere conservata in ambiente buio da questo punto. </li><li> Aggiungere 0,05% in peso. photo-assorbitore (Sudan I, Sigma-Aldrich). </li><li> Miscelare la soluzione per 24 ore a temperatura ambiente con un agitatore magnetico. </li></ol> 2. Installazione di una stampante desktop 3D Utilizzo di un proiettore di dati digitali <ol><li> Posizionare un proiettore digitale di dati su una posizione piana e stabile, e collegarlo a un computer con installato Microsoft PowerPoint. </li><li> Inserire un diritto convessa di fronte alla lente di uscita del fascio proiettore digitale. Scegli una lente convessa per rendere il piano focale di circa 10 cm di distanza dal proproiettore. (Risoluzione ottica diventa più piccola per un obiettivo con lunghezza focale più corta, ma si ha la necessità di riservare un po &#39;di spazio per componenti ottici.) </li><li> Posizionare uno specchio dopo la lente convessa sul percorso del fascio ad angolo 45 ° per dirigere il raggio verso il basso. </li><li> Posizionare un supporto del campione in corrispondenza del piano focale del fascio proiettato. Il supporto del campione deve essere collegato a una fase lineare che viene controllata la posizione verticale del supporto del campione. </li><li> Inserire un bagno di resina sotto il supporto del campione. </li></ol> 3. Progettazione e fabbricazione di tubi Gel <ol><li> Determinare diametro, spessore, e l&#39;altezza del tubo di gel da fabbricare. </li><li> Disegnare immagini in sezione trasversale per il tubo di gel. Le immagini devono essere in bianco su sfondo nero. Inserire questi immagine in diapositive di Microsoft PowerPoint. </li><li> Avvia la presentazione in Microsoft PowerPoint e proiettare qualsiasi immagine. Posizionare il supporto del campione nel piano focale regolando la posizione verticale usando attdoleva palco. </li><li> Passare a una immagine &quot;fittizia&quot; nero in modo che non ci sarà polimerizzazione indesiderati mettendo soluzione prepolimero. </li><li> Versare la soluzione prepolimero a bagno di resina. Riempire la vasca fino a quando la soluzione copre leggermente il supporto del campione. Ora è pronto per l&#39;oggetto di stampa 3D. </li><li> Passare alla diapositiva contenente la prima sezione trasversale immagine del tubo gel per polimerizzare il primo strato. Tenere proiettando l&#39;immagine per 8 secondi e tornare alla diapositiva &quot;blackout&quot;. </li><li> Ruotare la manopola sul palco lineare da ¼ di giro (~ 160 micron) per abbassare il porta-campioni. Ora resina fresca flussi a coprire il primo strato polimerizzato. </li><li> Proiettare l&#39;immagine in sezione trasversale di nuovo per polimerizzare il secondo strato sopra il procedimento uno. Ripetere i passaggi 3,6-3,8 finché il tubo gel dell&#39;altezza desiderata è fabbricato. </li><li> Una volta che tutti i livelli sono completi, sollevare il supporto del campione dalla soluzione prepolimero, e recuperare il campione fabbricato accuratamente con un rasoio blade. </li><li> Sciacquare il campione in acetone per circa 3 ore, e poi lasciare asciugare per ~ 1 ora. </li></ol> 4. Gonfiore Esperimento per la Formazione modello prescritto dal Instabilità elastica <ol><li> Preparare acqua-olio liquido a doppio strato in un piatto di vetro trasparente. </li><li> Fissare il campione secco su un portacampioni con colla super. </li><li> Capovolgere il supporto del campione in modo che il campione è a testa in giù. Immergere il campione in acqua-olio bagno liquido. Approccio al campione di acqua-olio di interfaccia dalla strato di olio. Il campione inizia a gonfiarsi quando il campione tocca la superficie dell&#39;acqua mentre la parte substrato di base su cui è stato fissato il tubo di gel stati in strato di olio superiore. In questo modo, l&#39;acqua può diffondersi nella parete del tubo permettendo il campione gonfiare prima la base vincolante rilassa bagnatura. Monitorare il cambio modello, come si gonfia tubo di gel utilizzando una fotocamera digitale. </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>
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<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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

In rigonfiamento di idrogel tubolare vincolato sul substrato, stabilità dipende solo t / h ed instabilità modalità dipende solo h / D 12. Quattro gruppi di campioni (I-IV) con diversi livelli di spessore normalizzato t / h sono stati realizzati, con il gruppo I di essere più spessa e di gruppo IV di essere più sottile. Ogni gruppo è composto da quattro campioni (I-IV) con diversi livelli di altezza normalizzata h / D, con il campione di essere i più brevi e il campione iv essere più alto. Dimensioni dei campioni fabbricati sono riportati in Tabella 1. Gruppo I e II sono progettati per rimanere stabile durante gonfiore, mentre il gruppo III e IV sono progettati per trasformare su fibbia e gonfiore. Per i campioni di instabilità, Buckling modalità dovrebbe diminuire con l&#39;altezza del campione. Figura 3A mostra risultato sperimentale. Come teoria predice, i campioni del gruppo I e II erano stabili e rimasero circolare sul gonfiore, mentre i campioni del gruppo III e IV, tutto è andato per l&#39;instabilità elastica e deformata. Inoltre, campioni con lo stesso h / D mostrati come modalità di carico di punta. 3B Figura confronta osservati sperimentalmente modi di instabilità di campioni nel gruppo III e IV con previsione teorica. Possiamo vedere che i campioni con lo stesso h / D rappresentano la stessa post-critico modello indipendentemente dallo spessore e che i risultati sperimentali sono in accordo con la teoria. Vi presentiamo come costruire un semplice sistema desktop 3D di stampa facendo uso di un proiettore di dati digitali. L&#39;approccio proposto si basa su fotoindurente di polimero per confermarestruct strutture 3D, e pertanto, eventuali polimeri fotoreticolabili può essere utilizzato anche in generale, per quanto riguarda il fotoiniziatore ha assorbanza appropriata lunghezza d&#39;onda visibile. Notare che molti fotoiniziatori disponibili in commercio sono progettati per ultravioletta (UV) lunghezze d&#39;onda, ma il fotoiniziatore usato qui è relativamente più elevata assorbanza a lunghezze d&#39;onda superiori a 400 nm. Offre un modo facile e rapido per fabbricare oggetti 3D, questo metodo si trovano molte applicazioni in vari campi tra cui la meccanica di materiali morbidi come dimostrato qui.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commenti (opzionale) </td></tr><tr><td> Poli (etilene glicole) diacrilato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 437441 </td><td> ~ 575 Mw </td></tr><tr><td> Poli (etilene glicole) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P3015 </td><td> ~ 200 Mw </td></tr><tr><td> phenylbis (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfina </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 511447 </td><td> Photo-iniziatore </td></tr><tr><td> Sudan I </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 103624 </td><td> Photo-assorbitore </td></tr><tr><td> Dati digitali proiettore </td><td> Viewsonic </td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td> Convex lente </td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> f = 75,0 millimetri </td></tr><tr><td> Mirro </td><td></td><td></td><td> 4 &quot;wafer di silicio </td></tr><tr><td> Fase manuale </td><td> Velmex </td><td> A2506DE-S2.5 </td><td></td></tr></tbody></table>

micro 3d stampa con un proiettore digitale e la sua applicazione nello studio della meccanica dei materiali morbidi

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

Carico di punta è un tema classico della meccanica. Mentre instabilità è stato a lungo studiato come uno dei principali modi di guasto strutturali 1, ha recentemente attirato l&#39;attenzione come un nuovo meccanismo unico per la trasformazione pattern. La natura è piena di questi esempi in cui un gran numero di modelli esotici si formano per 2-5 instabilità meccanica. Ispirato da questo meccanismo elegante, molti studi hanno dimostrato la creazione e la trasformazione dei modelli che utilizzano materiali morbidi come elastomeri e idrogel 6-11. Gel gonfiore sono di particolare interesse perché possono innescare spontaneamente instabilità meccanica per generare i vari modelli senza bisogno di forza esterna 6-10. Recentemente, abbiamo riportato la dimostrazione di pieno controllo instabilità modello di gel tubolari micro-scala con proiezione micro-stereolitografia (PμSL), a tre dimensioni (3D), la tecnologia di produzione in grado di convertire rapidamente i modelli di 3D generati into degli oggetti fisici ad alta risoluzione 12,13. Qui vi presentiamo un metodo semplice per costruire un sistema semplificato PμSL facendo uso di un proiettore digitale di dati per lo studio gonfiore indotto instabilità instabilità per la trasformazione modello controllato. Una stampante desktop semplice 3D è costruito utilizzando un off-the-shelf dati digitali proiettore e semplici componenti ottici, come una lente convessa e uno specchio 14. Trasversali immagini estratte da un modello solido 3D viene proiettato sulla superficie di resina fotosensibile in sequenza, polimerizzazione resina liquida in una desiderata struttura 3D solida in un layer-by-layer moda. Anche con questa configurazione semplice e processo facile, arbitrari oggetti 3D possono essere facilmente realizzati con sub-risoluzione di 100 micron. Questa stampante desktop 3D rappresenta un potenziale per lo studio della meccanica dei materiali morbidi, offrendo una grande opportunità di esplorare varie geometrie 3D. Usiamo questo sistema per fabricate struttura tubolare a forma di idrogel con dimensioni diverse. Fissato sul fondo al substrato, il gel tubolare sviluppa durante lo stress disomogeneo gonfiore, che dà luogo a instabilità instabilità. Vari motivi ondulati appaiono lungo la circonferenza del tubo quando le strutture gel subiscono deformazioni. Esperimento mostra che la deformazione circonferenziale del modo desiderato può essere creato in modo controllato. Trasformazione del modello tridimensionale gel strutturati tubolari ha implicazioni significative non solo in meccanica e scienza dei materiali, ma anche in molti altri settori emergenti come la matamaterials sintonizzabili.

Un sistema semplice PμSL utilizzando un off-the-shelf dati digitali proiettore è mostrato in Figura 1. Una lente convessa con una lunghezza focale di 75 mm concentra il fascio in piccola area di illuminazione di 2 cm x 2 cm. Con conseguente piano risoluzione ottica è di circa 45 micron. Risoluzione verticale è determinata dal livello di precisione della fase lineare. Spessore dello strato delle strutture realizzate per questo studio è di 160 micron. Ogni strato è stato polimerizzato per 8 illuminazione luce sec. Una struttura 3D rappresentante fabbricata dal sistema è mostrato in figura 1D. Questi oggetti consiste di 58 strati di PEGDA. Abbiamo preparato fotoinduribile idrogel PEGDA. Reticolazione bassa, gonfiore quindi grande, di idrogel PEGDA è stata ottenuta aggiungendo non reticolazione PEG in soluzione di prepolimero. Nel senso della lunghezza del rapporto di rigonfiamento dell&#39;idrogel risultante PEGDA è 1,5, che corrisponde a volumetrica superiore al 300% di espansione. &gt; Una serie di tubi di idrogel PEGDA sono stati progettati e realizzati sulla base delle nostre 12 teoria. Abbiamo posto un campione capovolto e messo nella vasca con acqua coperto con strato di olio sopra come illustrato nella Figura 2A. A seconda dei parametri dimensionali, tubi circolari sia rimasta stabile o trasformato in un disegno ondulato come mostrato nella figura 2B. La varietà di gonfiore modello di diversi campioni è stata catturata da una telecamera digitale e presentata in Figura 3A. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> Figura 1. Un desktop proiezione micro-sistema di stereolitografia (a) rappresentazione schematica (b) sistema attuale (c) vista ravvicinata dei componenti (d) rappresentative strutture 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . tenda &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> Figura 2. (A) Apparato sperimentale per tubo idrogel gonfiore (b) tubo di idrogel vincolato trasforma in diversi modelli. Barra della scala indica 5 mm. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> Figura 3. (A) Patterns formata in gonfiore esperimento. Asse verticale indica t / h (così la stabilità), e l&#39;asse orizzontale indica h / D (quindi buckling mode). Barra della scala indica 5 mm. (B) modalità di carico di punta dipende solo h / D. Risultato sperimentale ben si accorda con previsione teorica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <table border="1"><tbody><tr><td colspan="2"> Esempio &lt;/ Strong&gt; </td><td> D (pm) </td><td> t (um) </td><td> h (um) </td></tr><tr><td rowspan="4"> Io </td><td> Io </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> Io </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> Io </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> Io </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> Tabella 1. Dimensioni del campione misurato con microscopio ottico. Gli errori indicano incertezza di misura.

Dimostriamo trasformazione controllata modello di tubi gel gonfiore da instabilità elastica. Una semplice proiezione micro stereo-litografia di installazione è costruita con un off-the-shelf dati digitali proiettore per fabbricare strutture polimeriche tridimensionali in uno strato per strato moda. Gonfiore tubi idrogel sotto vincolo meccanico visualizzare varie modalità circonferenziali instabilità seconda dimensione.

Micro 3D Stampa con un proiettore digitale e la sua applicazione nello studio della meccanica dei materiali morbidi

Il buckling è un tema classico della meccanica. Sebbene il buckling sia stato a lungo studiato come uno dei principali modi di cedimento strutturale1, recentemente ha attirato nuova ...

L'obiettivo generale del seguente video è dimostrare la costruzione di uno strumento semplice per la microfabbricazione di idrogeli 3D e il suo utilizzo nella trasformazione di pattern di tubi gelificati mediante instabilità elastica. Una stampante 3D microscopica semplice viene realizzata utilizzando un proiettore digitale commerciale al fine di fabbricare campioni tubolari di gel con diverse dimensioni. La fabbricazione dei campioni tubolari di gel avviene proiettando un'immagine progettata sul portacampione, immerso in un bagno di resina contenente una soluzione di prepolimero con iniziatore fotoreattivo e assorbitore fotoreattivo.Una volta formato uno strato mediante polimerizzazione fotoindotta, il portacampioni si abbassa e il successivo strato viene realizzato sopra quello precedente. In questo modo, un campione tridimensionale viene fabbricato strato dopo strato. Successivamente, ogni campione viene messo a contatto con acqua per innescare una trasformazione di forma mediante instabilità elastica indotta da gonfiamento.I risultati mostrano che i tubi circolari si trasformano in diversi modelli ondulati con numeri d'onda differenti, a seconda della geometria del gel instabile. Il principale vantaggio di questa tecnica di fabbricazione rispetto ai metodi esistenti, come la fototerapia, è che offre uno strumento rapido per la microfabbricazione 3D di materiali morbidi come i gel. Di conseguenza, varie interessanti geometrie tridimensionali difficili da realizzare possono ora essere facilmente ottenute come oggetti fisici per lo studio sperimentale.Per iniziare questa procedura, preparare la soluzione prepolimerica contenente iniziatore fotoreattivo e assorbitore fotoreattivo come descritto nel protocollo scritto. Dopo aver preparato la soluzione, posizionare un proiettore digitale in una posizione piana e stabile e collegarlo a un computer con installato Microsoft PowerPoint. Posizionare una lente convessa proprio davanti alla lente di uscita del fascio del proiettore digitale.Scegliere una lente convessa in modo che il piano focale si trovi a circa 10 centimetri dal proiettore. La risoluzione ottica diminuisce per una lente con lunghezza focale più corta, ma è necessario lasciare uno spazio sufficiente per i componenti ottici. Posizionare uno specchio dopo la lente convessa lungo il percorso del fascio, a un angolo di 45 gradi, per deviare il fascio verticalmente verso il basso.Quindi posizionare un portacampioni sul piano focale del fascio proiettato. Il portacampioni deve essere collegato a una fase lineare tramite la quale viene controllata la posizione verticale del portacampioni. Infine, posizionare un bagno di resina sotto il portacampioni per progettare i tubi in gel; proiettare un'immagine con un numero noto di pixel sul portacampioni per misurare il rapporto di conversione da pixel a lunghezza fisica.In questo caso specifico, un'immagine di 135 pixel misurava 5,8 millimetri, il che corrisponde a 43 micron per pixel. Sulla base di queste informazioni, convertire le dimensioni fisiche del tubo in gel da fabbricare — diametro, spessore della parete e altezza — in pixel. Successivamente, disegnare immagini della sezione trasversale del tubo in gel.Le immagini devono essere in bianco su sfondo nero. Inserire queste immagini in diapositive di Microsoft PowerPoint. Avviare la presentazione in Microsoft PowerPoint e proiettare qualsiasi immagine.Posizionare il portacampioni sul piano focale regolando la posizione verticale mediante l'interruttore dello stage fino a ottenere un'immagine nera fittizia, in modo da evitare polimerizzazioni indesiderate durante l'aggiunta della soluzione prepolimerica. Versare la soluzione prepolimerica nel bagno di resina. Riempire il bagno fino a quando la soluzione ricopre leggermente il portacampioni, utilizzando una pipetta.Ora è possibile stampare l'oggetto 3D. Passare alla diapositiva contenente la prima immagine della sezione trasversale del tubo di gel per polimerizzare il primo strato. Proiettare l'immagine per otto secondi, quindi tornare alla diapositiva nera.Ruotare la manopola sulla fase lineare di un quarto di giro, circa 160 micron, per abbassare il portacampioni. In questo modo, della nuova resina fluisce per coprire il primo strato polimerizzato, nel caso in cui la resina liquida sia troppo viscosa per fluire autonomamente. Spostare ulteriormente la fase verso il basso per immergere completamente lo strato realizzato nella resina e riportare la fase a 160 micron sotto la superficie.Proiettare nuovamente l'immagine in sezione trasversale per polimerizzare il secondo strato sopra quello precedente. Ripetere questo processo fino a quando non viene realizzato il tubo in gel dell'altezza desiderata. Una volta completati tutti gli strati, sollevare il portacampioni dalla soluzione pre-polimerica ed estrarre il campione realizzato.Utilizzando con attenzione una lametta, risciacquare il campione in acetone per circa tre ore, quindi lasciarlo asciugare per circa un'ora. Per eseguire un esperimento di gonfiamento, preparare uno strato liquido bifasico acqua-olio in una piastra di Petri trasparente. Regolando la posizione della piastra di Petri, posizionare l'interfaccia acqua-olio nel piano focale della telecamera e fissare il campione secco a un portacampione utilizzando colla istantanea.Ruotare il portacampioni in modo che risulti capovolto. Immergere il campione nel bagno liquido di olio d'acqua. Avvicinare il campione all'interfaccia acqua-olio dallo strato di olio.Il campione inizia a gonfiarsi quando entra in contatto con la superficie dell'acqua, mentre il substrato di base a cui è fissato il tubo in gel rimane nello strato superiore di olio. In questo modo, l'acqua può diffondersi nella parete del tubo, consentendo al campione di espandersi prima che il substrato di base vincolante si rilassi per effetto dell'umidità. Procedere quindi a monitorare il cambiamento del modello mentre il tubo in gel si gonfia.Utilizzando una fotocamera digitale, viene mostrato qui un semplice sistema di micro stereolitografia a proiezione che impiega un proiettore digitale commerciale. Una lente convessa con una lunghezza focale di 75 millimetri concentra il fascio in un'area di illuminazione ridotta di due centimetri per due centimetri, ottenendo una risoluzione ottica planare di circa 45 micron. La risoluzione verticale è determinata dal livello di precisione dello stadio lineare per strato.Lo spessore delle strutture realizzate per questo studio è di 160 micron. Ogni strato è stato polimerizzato con un'illuminazione luminosa di otto secondi. Viene mostrata una struttura 3D rappresentativa fabbricata dal sistema.Questo oggetto è costituito da 58 strati di peg da. È stato progettato e realizzato un insieme di tubi in idrogel di peg da fotoindurente per ottenere un basso grado di reticolazione e, di conseguenza, un elevato rigonfiamento come descritto nel protocollo scritto; un campione è stato posizionato sottosopra in un bagno acqua-olio. Come dimostrato nel video, a seconda dei parametri dimensionali, i tubi circolari sono rimasti stabili oppure si sono trasformati in un modello ondulato.La dimensione del tubo di gel determina il numero di onde che si formano durante il rigonfiamento. La grande varietà di modelli di rigonfiamento di diversi campioni è stata catturata mediante una fotocamera digitale. L'asse verticale indica la stabilità come spessore rispetto all'altezza o T su H, e l'asse orizzontale indica la modalità di instabilità come altezza rispetto al diametro, o H su D. I numeri bianchi indicano il numero della modalità di instabilità, ovvero il numero di onde lungo la circonferenza, come mostrato qui.La modalità di instabilità delle campioni instabili dipende esclusivamente da HD, dove il risultato sperimentale è in buon accordo con la previsione teorica. Utilizziamo questo metodo in questo video come uno strumento sperimentale utile per la meccanica dei materiali morbidi, ma troveremo anche numerose applicazioni in altri campi della scienza e dell'ingegneria, inclusi la robotica morbida e l'ingegneria biomedica. Inoltre, è molto semplice ed economico.Chiunque può costruire una propria stampante 3D microscopica in laboratorio seguendo il protocollo presentato in questo video.

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Questo articolo introduce una strategia 3D additivo micromanufacturing (chiamato 'micro-massoneria') per la fabbricazione flessibile del sistema microelettromeccanici (MEMS) strutture e dispositivi. Questo approccio comporta il trasferimento di montaggio a base di stampa, di materiali micro / nanoscala in combinazione con tecniche rapide materiale di incollaggio ricottura abilitato termici.

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Questo lavoro presenta un sensore di misurazione della deformazione costituito da un meccanismo di amplificazione e un microscopio polidimetilsiloxane prodotto utilizzando una stampante 3D migliorata.

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La modellazione fisica dei sistemi microscopici aiuta a ottenere informazioni difficili da ottenere con altri mezzi. Per facilitare la costruzione di modelli molecolari fisici, dimostriamo come la stampa 3D possa essere utilizzata per assemblare modelli macroscopici funzionali che catturano le qualità dei sistemi molecolari in modo tattile.

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Questo progetto consente ai piccoli laboratori di sviluppare una piattaforma di facile utilizzo per la fabbricazione di precisi dispositivi microfluidici multistrato. La piattaforma è costituita da un adattatore di allineamento della maschera per microscopio stampato tridimensionalmente utilizzando il quale sono stati realizzati dispositivi microfluidici multistrato con errori di allineamento di &lt; 10 μm.

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Questo metodo dimostra un flusso di lavoro di stampa 3D basato su voxel, che stampa direttamente da immagini mediche con esatta fedeltà spaziale e risoluzione spaziale / di contrasto. Ciò consente il controllo preciso e graduato delle distribuzioni dei materiali attraverso materiali morfologicamente complessi e graduati correlati alla radiodensità senza perdita o alterazione dei dati.

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Il presente protocollo descrive la stampa 3D digitale basata sulla lavorazione della luce di materiali polimerici utilizzando la polimerizzazione a catena di addizione-frammentazione reversibile fotoiniziata di tipo I e la successiva post-funzionalizzazione del materiale in situ tramite polimerizzazione mediata dalla superficie. La stampa 3D fotoindotta fornisce materiali con proprietà di massa e interfacciali su misura e controllate spazialmente in modo indipendente.

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La stampa 3D su scala micrometrica consente la prototipazione rapida di dispositivi polimerici per colture cellulari neuronali. Come prova di principio, le connessioni strutturali tra i neuroni sono state vincolate creando barriere e canali che influenzano la crescita dei neuriti, mentre le conseguenze funzionali di tale manipolazione sono state osservate dall'elettrofisiologia extracellulare.

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