Name: 적층 제조(Additive Manufacturing)에 의해 생산된 소산 탄성 메타물질의 특성화 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-06-28T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 39 s
Description: 학습하세요 적층 제조 폴리머의 점탄성 특성을 초음파 주파수에서 특성화하는 방법을 통해 메타물질 동역학을 향상시키는 기술을. 이 프로토콜은 파동 제어 및 에너지 수확 응용을 위한 설계 개선에 필수적입니다.

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<meta charset="utf8"></head><body>3D 프린팅 고분자 메타물질의 점탄성 특성 특성화

<ol><li>Lodge, T. P., Hiemenz, P. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLodge%2C+TP+%22Polymer+Chemistry.+Third+edition%22">Polymer Chemistry. Third edition</a>. , CRC Press. Boca Raton. (2020).</li>
<li>Lakes, R. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLakes%2C+RS+%22Viscoelastic+Solids%22">Viscoelastic Solids</a>. (1998), CRC Press. Boca Raton. (2017).</li>
<li>Manconi, E., Mace, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+the+loss+factor+of+viscoelastic+laminated+panels+from+finite+element+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">Estimation of the loss factor of viscoelastic laminated panels from finite element analysis.</a> J Sound Vib. 329 (19), 3928-3939 (2010).</li>
<li>Moiseyenko, R. P., Laude, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Material+loss+influence+on+the+complex+band+structure+and+group+velocity+in+phononic+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+B%22%5BJournal%5D)">Material loss influence on the complex band structure and group velocity in phononic crystals.</a> Phys Rev B. 83 (6), 064301(2011).</li>
<li>Frazier, M. J., Hussein, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Viscous-to-viscoelastic+transition+in+phononic+crystal+and+metamaterial+band+structures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Viscous-to-viscoelastic transition in phononic crystal and metamaterial band structures.</a> J Acoust Soc Am. 138 (5), 3169-3180 (2015).</li>
<li>Krushynska, A. O., Kouznetsova, V. G., Geers, M. G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visco-elastic+effects+on+wave+dispersion+in+three-phase+acoustic+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mech+Phys+Solids%22%5BJournal%5D)">Visco-elastic effects on wave dispersion in three-phase acoustic metamaterials.</a> J Mech Phys Solids. 96, 29-47 (2016).</li>
<li>Krushynska, A. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissipative+dynamics+of+polymer+phononic+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Dissipative dynamics of polymer phononic materials.</a> Adv Funct Mater. 31 (30), 2103424(2021).</li>
<li>Merheb, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastic+and+viscoelastic+effects+in+rubber%2Fair+acoustic+band+gap+structures%3A+A+theoretical+and+experimental+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Elastic and viscoelastic effects in rubber/air acoustic band gap structures: A theoretical and experimental study.</a> J Appl Phys. 104 (6), 064913(2008).</li>
<li>Krushynska, A. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+topics+in+nanophononics+and+elastic%2C+acoustic%2C+and+mechanical+metamaterials%3A+an+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Nanophotonics%22%5BJournal%5D)">Emerging topics in nanophononics and elastic, acoustic, and mechanical metamaterials: an overview.</a> Nanophotonics. 12 (4), 659-686 (2023).</li>
<li>Renaud, F., Dion, J. -L., Chevallier, G., Tawfiq, I., Lemaire, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+identification+method+of+viscoelastic+behavior%3A+Application+to+the+generalized+Maxwell+model%5BTitle%5D)+AND+%22Mech+Syst+Signal+Process%22%5BJournal%5D)">A new identification method of viscoelastic behavior: Application to the generalized Maxwell model.</a> Mech Syst Signal Process. 25 (3), 991-1010 (2011).</li>
<li>Lewandowski, R., Chorążyczewski, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+the+parameters+of+the+Kelvin-Voigt+and+the+Maxwell+fractional+models%2C+used+to+modeling+of+viscoelastic+dampers%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Struct%22%5BJournal%5D)">Identification of the parameters of the Kelvin-Voigt and the Maxwell fractional models, used to modeling of viscoelastic dampers.</a> Comput Struct. 88 (1-2), 1-17 (2010).</li>
<li>Lewińska, M. A., Kouznetsova, V. G., van Dommelen, J. A. W., Krushynska, A. O., Geers, M. G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+attenuation+performance+of+locally+resonant+acoustic+metamaterials+based+on+generalised+viscoelastic+modelling%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Solids+Struct%22%5BJournal%5D)">The attenuation performance of locally resonant acoustic metamaterials based on generalised viscoelastic modelling.</a> Int J Solids Struct. 126-127, 163-174 (2017).</li>
<li>Lee, D., Kim, M., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+finite+element+method+towards+acoustic+phononic+crystals+by+weak+formulation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Condens+Matter%22%5BJournal%5D)">A finite element method towards acoustic phononic crystals by weak formulation.</a> J Phys Condens Matter. 31 (37), 375901(2019).</li>
<li>Langer, P., Maeder, M., Guist, C., Krause, M., Marburg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((More+than+six+elements+per+wavelength%3A+The+practical+use+of+structural+finite+element+models+and+their+accuracy+in+comparison+with+experimental+results%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comput+Acoust%22%5BJournal%5D)">More than six elements per wavelength: The practical use of structural finite element models and their accuracy in comparison with experimental results.</a> J Comput Acoust. 25 (04), 1750025(2017).</li>
<li>Poggetto, V. F. D., Serpa, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastic+wave+band+gaps+in+a+three-dimensional+periodic+metamaterial+using+the+plane+wave+expansion+method%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Mech+Sci%22%5BJournal%5D)">Elastic wave band gaps in a three-dimensional periodic metamaterial using the plane wave expansion method.</a> Int J Mech Sci. 184, 105841(2020).</li>
<li>de Oliveira, V. B. S., Schalcher, L. F. C., dos Santos, J. M. C., Miranda Jr, E. J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wave+attenuation+in+1-D+viscoelastic+phononic+crystal+rods+using+different+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Res%22%5BJournal%5D)">Wave attenuation in 1-D viscoelastic phononic crystal rods using different polymers.</a> Mater Res. 26, 10.1590/1980-5373-mr-2022-0534 (2023).</li>
<li>Xiao, Y., Wen, J., Wen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broadband+locally+resonant+beams+containing+multiple+periodic+arrays+of+attached+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Lett+A%22%5BJournal%5D)">Broadband locally resonant beams containing multiple periodic arrays of attached resonators.</a> Phys Lett A. 376 (16), 1384-1390 (2012).</li>
<li>Kulpe, J. A., Sabra, K. G., Leamy, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bloch-wave+expansion+technique+for+predicting+wave+reflection+and+transmission+in+two-dimensional+phononic+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Soc+Am%22%5BJournal%5D)">Bloch-wave expansion technique for predicting wave reflection and transmission in two-dimensional phononic crystals.</a> J Acoust Soc Am. 135 (4), 1808-1819 (2014).</li>
<li>Guo, Z., Sheng, M., Pan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexural+wave+attenuation+in+a+sandwich+beam+with+viscoelastic+periodic+cores%5BTitle%5D)+AND+%22J+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">Flexural wave attenuation in a sandwich beam with viscoelastic periodic cores.</a> J Sound Vib. 400, 227-247 (2017).</li>
<li>Valiya Valappil, S., Krushynska, A. O., Aragón, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analytical+characterization+of+the+dynamic+response+of+viscoelastic+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Mater+Sci%22%5BJournal%5D)">Analytical characterization of the dynamic response of viscoelastic metamaterials.</a> Comput Mater Sci. 229, 112385(2023).</li>
<li>Shi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+element+method+for+band-structure+calculations+of+3D+phononic+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+D+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Spectral element method for band-structure calculations of 3D phononic crystals.</a> J Phys D Appl Phys. 49 (45), 455102(2016).</li>
<li>Matlack, K. H., Bauhofer, A., Krödel, S., Palermo, A., Daraio, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Composite+3D-printed+metastructures+for+low-frequency+and+broadband+vibration+absorption%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Composite 3D-printed metastructures for low-frequency and broadband vibration absorption.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (30), 8386-8390 (2016).</li>
<li>Van Belle, L., Claeys, C., Deckers, E., Desmet, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+impact+of+damping+on+the+dispersion+curves+of+a+locally+resonant+metamaterial%3A+Modelling+and+experimental+validation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Sound+Vib%22%5BJournal%5D)">On the impact of damping on the dispersion curves of a locally resonant metamaterial: Modelling and experimental validation.</a> J Sound Vib. 409, 1-23 (2017).</li>
<li>D'Alessandro, L., Krushynska, A. O., Ardito, R., Pugno, N. M., Corigliano, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+design+strategy+to+match+the+band+gap+of+periodic+and+aperiodic+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">A design strategy to match the band gap of periodic and aperiodic metamaterials.</a> Sci Rep. 10 (1), 16403(2020).</li>
<li>Theobald, P., Zeqiri, B., Avison, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Couplants+and+their+influence+on+AE+sensor+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Acoust+Emiss%22%5BJournal%5D)">Couplants and their influence on AE sensor sensitivity.</a> J Acoust Emiss. 26, 91-97 (2008).</li>
<li>Samykano, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+property+of+FDM+printed+ABS%3A+influence+of+printing+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Adv+Manuf+Technol%22%5BJournal%5D)">Mechanical property of FDM printed ABS: influence of printing parameters.</a> Int J Adv Manuf Technol. 102 (9-12), 2779-2796 (2019).</li>
<li>Hussein, M. I., Leamy, M. J., Ruzzene, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+Phononic+Materials+and+Structures%3A+Historical+Origins%2C+Recent+Progress%2C+and+Future+Outlook%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Mech+Rev%22%5BJournal%5D)">Dynamics of Phononic Materials and Structures: Historical Origins, Recent Progress, and Future Outlook.</a> Appl Mech Rev. 66 (4), 040802(2014).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌&nbsp;( ABS)</td><td>BASF</td><td>https://www.xometry.com/resources/3d-printing/abs-3d-printing-filament/</td> <td>인쇄 온도: 225-245°C; C</td></tr><tr><td>COMSOL Multiphysics 6.0</td><td>COMSOL</td><td>https://www.comsol.com/product-download/6.0</td> DIC 용 <td>유한 요소 소프트웨어</td></tr><tr><td>DAQ 시스템</td><td>Dantec Dynamics</td><td>https://www.dantecdynamics.com/components/daq-controllers/</td><td></td></tr> <tr><td>Discovery DSC 25</td><td>TA Instruments</td><td>https://www.tainstruments.com/dsc-25/</td> <td>소프트웨어 : 트리오; 팬 : 알루미늄</td></tr><tr><td>DMA 8000</td><td>Perkin Elmer</td><td>https://www.perkinelmer.com/product/dma-8000-analyzer-qtz-window-ssti-clamp-n5330101</td><td>소프트웨어 : PerkinElmer</td></tr><tr><td>DN2.813-04 스펙트럼 하이브리드넷 박스</td><td>스펙트럼 계측</td><td>https://spectrum-instrumentation.com/products/details/DN2813-04.php</td><td>4 채널 신호 발생기 및 디지타이저; 사용 소프트웨어: SBench6</td></tr><tr><td>FDM 3D 프린터 Ultimaker 3.0</td><td>Ultimaker</td><td>https://ultimaker.com/3d-printers/s-series/ultimaker-s3/</td> <td>슬라이서: Ultimaker Cura</td></tr><tr><td>Polytec 레이저 장치 OFV 534</td><td>Polytec GmbH</td><td>https://www.polytec.com/eu/vibrometry/products</td><td>레이저 및 레이저 헤드, 세트</td></tr><tr><td>Polytec OFV-5000 진동계 컨트롤러</td><td>Polytec GmbH</td><td>https://www.polytec.com/eu/vibrometry/products</td><td>LDV 컨트롤러</td></tr><tr><td>파워 앰프 타입 2718</td><td>Bruel & Kjaer</td><td>https://www.bksv.com/en/instruments/vibration-testing-equipment/vibration-amplifiers/exciters/power-amplifier-type-2718</td><td>75VA</td></tr><tr><td>PRYY-0110</td><td>PI 세라믹</td><td>https://www.piceramic.com/en/products/piezoceramic-components/disks-rods-and-cylinders/piezoelectric-discs-1206710</td><td>세라믹 기반의 전원 출력 용량</td></tr><tr><td>Q400 DIC</td><td>Limess Messtechnik & Software GmbH</td><td>https://www.limess.com/en/products/q400-digital-image-correlation</td><td>소프트웨어: Istra4D</td></tr><tr><td>Thermogravimetric Discovery TGA 550</td><td>TA Instruments</td><td>https://www.tainstruments.com/tga-550/</td> <td>소프트웨어: Trios; 팬: 알루미늄</td></tr><tr><td>UniVert 1kN 인장 시험기</td><td>세포 스케일 생체 재료 테스트</td><td>https://www.cellscale.com/products/univert/</td> <td>소프트웨어: UniVert; 로드셀 용량: 1kN</td></tr><tr><td>WMA-300 고속 고전압 증폭기</td><td>Falco Systems</td><td>https://www.falco-systems.com/High_voltage_amplifier_WMA-300.html</td><td>접지에 대해 최대 +150V 및 -150V까지 50배 증폭</td></tr></tbody></table>

적층 제조(additive manufacturing)에 의해 생산된 소산 탄성 메타물질의 특성화 

Characterizing Dissipative Elastic Metamaterials Produced by Additive Manufacturing

설명된 프로토콜은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)으로 만든 뼈 모양 및 메타물질 샘플을 제조 및 특성화함으로써 설명됩니다. 샘플의 기하학적 구조는 다음과 같습니다. 인장 시험을 위한 개 뼈 모양 샘플의 치수는 D638−14라는 명칭을 따릅니다. 메타물질 구조는 반경 7mm 및 두께 2mm의 디스크 10개가 주기적으로 20mm에 위치하여 정사각형 단면적 2mm x 2mm의 얇은 빔으로 결합된 1차원 질량-스프링 모델(보충 파일 1)의 연속 아날로그를 나타냅니다. 인장 시험에 사용되는 개뼈 구조에 대한 STL 파일은 보충 파일 2에서 찾을 수 있습니다.
고분자 샘플의 3D 프린팅 섹션 1의 단계에 따라 FDM 2노즐 3D 프린터를 사용하여 메타물질 및 뼈 모양 샘플을 제조합니다. 슬라이서 소프트웨어에서 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 필라멘트는 노즐 1에 할당되고, 노즐 2는 샘플이 지지체 없이 단일 재료로 생성되기 때문에 꺼집니다. 인필 밀도 100%, 레이어 높이 0.2mm의 선형 인필 패턴, 노즐 온도 245°C, 베드 온도 100°C, 인쇄 속도 40mm/s, 팬 속도 3%의 인쇄 설정이 사용됩니다. 슬라이스된 형상은 그림 1A에 나와 있습니다. 인쇄 과정에서 부품을 고정하기 위해 인쇄 베드 표면에 얇은 접착제 층이 적용됩니다. 프린팅이 완료되면(그림 1B) 프린트 베드를 실온으로 냉각한 후 3D 프린팅된 구조를 제거합니다. 최종 3D 프린팅 샘플은 그림 1C에 나와 있습니다.
TGA 및 DSC ABS 폴리머의 TGA는 단일 단계 분해 과정을 나타냅니다( 그림 2A 참조). 측정된 분해 시작 온도는 390°C이며 약 420°C에서 완전 분해가 발생합니다. 하나는 363.6 °C에 해당하는 테스트 샘플의 5% 중량 감소를 관찰하며, 이는 DSC 테스트의 온도 상한으로 작용했습니다. DTG 결과는 404.5°C에서 최대 분해 속도를 보여줍니다. 그림 2B 는 40°C에서 270°C의 온도 범위에서 수행된 DSC 테스트의 결과를 보여주며, 100.4°C의 유리 전이 온도(Tg)와 216.5°C의 용융 온도(Tm)를 나타냅니다.
디엠에이 DSC의 유리 전이 온도(Tg)는 실온에서 ABS를 특성화하기 위한 이 작업의 목적에 따라 DMA 테스트의 온도 상한으로 작용합니다. DMA는 DMA 8000(그림 3 참조)을 사용하여 3D 프린터의 기준 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66898/66898eq05.jpg" style="margin: auto;"> 에 대해 각각 0°(유형 1) 및 45°(유형 2)로 정렬된 선형 충전 패턴 3개의 샘플에서 수행되었습니다. 0.1 - 100 Hz의 주파수 스윕은 5 °C에서 60 °C 사이의 다양한 온도에서 사용됩니다. 가열 속도를 2°C/min으로 조정하고, 온도를 5°C씩 증가시키며 각 단계에서 5분의 등온 정지를 실시했습니다. 12개의 서로 다른 온도에서 얻은 곡선은 WLF(Williams-Landel-Ferry) 방정식을 사용하여 25°C의 기준 온도로 이동되었습니다. 유형 1 및 유형 2 샘플에 대한 결정적인 시간-온도 중첩 결과(그림 4)는 10-7 - 108Hz의 주파수 범위에서 저장 탄성률 및 손실 탄성률에 대한 평평한 선을 보여줍니다. TTS 곡선의 특정 지점에서 손실 계수 및 tan(δ)에서 일부 편차가 관찰됩니다.
인장 시험 인장 시험은 최대 하중 용량이 1kN인 UTM(Ultimate Tensile Machine, 그림 5 참조)을 사용하여 수행되었습니다. 테스트 매개변수에는 980N의 최대 힘과 60초의 램프 시간이 포함되었습니다. 회복 시간을 10초로 설정하고 인장 시험기는 초당 힘에 대해 10개의 데이터 포인트를 기록했습니다. DIC 시스템의 고해상도 카메라는 프레임당 30개의 이미지를 캡처했으며, 그림 6A에서 폴리곤 1로 식별된 음영 영역에 초점을 맞춰 분석을 수행했습니다. 음영 영역 내의 평균 주 변형률 값은 1.317(인장 변형률) 및 -0.454(압축 변형률)입니다. 그림 6B 는 관측된 평균값이 0.37인 푸아송 비율의 결과를 보여줍니다. 그림 6C 는 탄성 회복을 보여주는 언로딩 곡선의 기울기에서 계산된 영률(Young's modulus)에 대한 결과를 보여주며, 이는 0.543GPa의 값을 산출합니다.
유한 요소 해석 
그림 7A는 전송 분석을 위해 고려된 메타물질의 기하학적 구조를 나타내며, 여기서 "출력 평면"은 전송된 신호를 측정하기 위한 프로브를 나타냅니다. 수치로 추정된 투과 곡선은 그림 7B에 나와 있으며, 그림 7A의 모델에 대해 표시된 입사 평면을 따라 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/66898/66898eq04.jpg" style="margin: auto;"> 1μm의 평면 외 여기 변위에 대해 표시됩니다. 음영 영역으로 표시된 20dB를 초과하는 전송 레벨의 강하는 다양한 주파수 범위에서 주파수 대역갭을 나타냅니다.
피치 캐치 트랜스미션 테스트 
그림 8 은 비접촉 LDV를 사용하여 일반적으로 사용되는 ABS 폴리머(그림 9A)로 만들어진 주기적 질량 스프링 모델의 간단한 1D 연속 아날로그에서 수행된 피치 캐치 전송 테스트에 사용된 설정을 보여줍니다. 그림 9B 는 그림 7A에 표시된 것과 동일한 3D 프린팅 ABS 샘플에 대한 주파수 영역에서의 피치 캐치 전송 테스트 결과를 보여줍니다. 방사형 공진 주파수 200kHz(직경 10mm 및 두께 0.2mm)의 세라믹 기반 Ag 스크리닝 압전 디스크를 사용하여 4kHz에서 40kHz까지 스윕 주파수 스윕 신호를 적용했습니다. 전송된 신호는 여기 측에서 10번째 단위 셀에서 획득되었습니다. 기록된 시간 영역 데이터는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 적용하여 주파수 영역으로 변환되었습니다. 처리된 데이터는 다양한 주파수에서 20dB 이상의 신호 강하를 나타내며, 이는 그림 9B에서 파란색으로 강조 표시된 주파수 대역갭을 나타냅니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig01.jpg"> 
그림 1: 폴리머 샘플의 3D 프린팅. (A) 슬라이서 소프트웨어의 슬라이스 형상. (B) 진행 중인 3D 프린팅 공정. (C) ASTM 표준 D638에 따른 인장 시험을 위한 3D 프린팅 ABS 샘플. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig02.jpg"> 
그림 2: 열중량 분석(TGA) 및 시차 주사 열량계(DSC). (A) TGA 및 DTG 및 (B) DSC 테스트에서 ABS 폴리머에 대한 열 특성 분석 결과. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig03.jpg"> 
그림 3: 동적 기계 분석. (A) DMA 기기 및 중요 부품. (B) 단일 캔틸레버 테스트 구성 이미지(샘플 없음). (C) 단일 캔틸레버 테스트 구성에서 클램핑된 샘플의 이미지. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig04.jpg"> 
그림 4: 시간-온도 중첩 결과. 3D 프린터의 기준 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/66898/66898eq05.jpg" style="margin: auto;"> (저장 계수, 손실 계수 및 tan(δ)에 대해 0°(유형 1) 및 45°(유형 2)로 정렬된 선형 충전재 패턴으로 3D 프린팅된 ABS 폴리머에 대한 TTS 결과. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig05.jpg"> 
그림 5: 인장 시험 설정. DIC 셋업과 결합된 만능 인장 기계(UTM)를 포함한 인장 시험 셋업의 다이어그램. 샘플의 반점 패턴을 강조하기 위해 샘플의 확대보기도 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig06.jpg"> 
그림 6: 인장 시험 결과. (A) DIC 설정의 두 카메라로 획득한 테스트 샘플의 이미지. 폴리곤 1은 계산을 위해 고려되는 영역입니다. 샘플을 왼쪽에서 오른쪽으로 뽑았습니다. (B) 푸아송 비율에 대한 결과. (C) 50mm/min(테스트 1) 및 5mm/min(테스트 2)에서 테스트한 3D 프린팅 ABS 뼈 모양 샘플(유형 2)의 응력-변형 거동. 테스트는 4개의 샘플에 대해 수행되었습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig06large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig07v2.jpg"> 
그림 7: 유한 요소 해석. (A) 전송의 수치 계산을 위한 기하학적 모델; a x 는 단위 셀 치수, d는 디스크의 직경, PML은 완벽하게 일치하는 층을 나타냅니다. (B) 전송 계산을 위한 수치 결과, 음영 영역은 주파수 대역 갭을 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig07largev2.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig08.jpg"> 
그림 8: 피치 캐치 전송 실험 설정. 샘플을 통해 전달되는 기계적 진동을 측정하는 데 사용되는 비접촉식 레이저 도플러 진동계를 사용한 피치 캐치 전송 실험을 위한 테스트 설정. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig08large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66898/66898fig09v2.jpg"> 
그림 9: 피치 캐치 전송 실험 결과. (A) 피치 캐치 전송 실험에서 테스트한 디스크 직경 d = 14mm인 단위 셀 크기 ax = 20mm의 메타물질 구조 사진. 방사형 공진 주파수 200kHz의 압전 디스크를 사용하여 구조적 진동을 자극하고 반사 테이프를 붙여 구조물의 다른 지점(AP1, AP2, AP3, AP4 및 AP5)에서 획득합니다. (B) 피치 캐치 전송 테스트의 실험 결과. 사건 및 전송된 신호에 대한 기록은 각각 여기 지점과 획득 지점 5(AP5)에서 수행되었습니다. 음영 영역은 실험적으로 추정된 주파수 대역 갭을 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/66898fig09largev2.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>테스트 구성</td>
			<td>테스트 샘플</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>단일 캔틸레버</td>
			<td>0.1mm 미만의 박막을 제외한 대부분의 시료</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>듀얼 캔틸레버</td>
			<td>비교적 부드러운 재료(단일 캔틸레버 데이터에 잡음이 있는 경우)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3점 굽힘</td>
			<td>매우 뻣뻣하고 큰 샘플</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>긴장</td>
			<td>두께가 &lt;0.2mm인 매우 얇은 필름</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
표 1: DMA에 대한 다양한 테스트 샘플에 적합한 테스트 구성, 샘플 강성에 따라 분류됨.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>테스트 구성</td>
			<td>길이(mm)</td>
			<td>폭(mm)</td>
			<td>두께 (mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>단일 캔틸레버</td>
			<td>05–25</td>
			<td>04–12</td>
			<td>0.10–4.00</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>듀얼 캔틸레버</td>
			<td>25–45</td>
			<td>04–12</td>
			<td>0.10–4.00</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3점 굽힘</td>
			<td>25–45</td>
			<td>04–12</td>
			<td>0.50–4.00</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>긴장</td>
			<td>10–25</td>
			<td>04–10</td>
			<td>0.01–0.20</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
표 2: DMA 기법의 다양한 테스트 구성에 대한 테스트 샘플의 치수.
보충 파일 1: 1D 주기 구조를 위한 STL 파일. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/1D%20Periodic%20Structure.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 2: 인장 시험에 사용되는 개뼈 구조에 대한 STL 파일. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66898/Bone_Structure.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

적층 제조(Additive Manufacturing)에 의해 생산된 소산 탄성 메타물질의 특성화 

Viscoelastic behavior can be beneficial in enhancing the unprecedented dynamics of polymer metamaterials or, in contrast, negatively impacting their wave ...

characterizing-dissipative-elastic-metamaterials-produced-additive

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

terahertz 주파수에서 Metamaterials는 독특한 기회를 제공하지만, 대량으로 제조하는 도전입니다. 우리는 저렴한 비용으로 산업 규모의 잠재적 metamaterials를 조작 할 수 microstructured 폴리머 광섬유의 제조 절차를 적응. 우리는 terahertz plasmonic 응답을 전시 ~ 100 μm로 구분 ~ 10 μm의 직경 인듐 와이어를 포함하는 polymethylmethacrylate 섬유를 생산하고 있습니다.

섬유 그리기 방법을 사용하여 제조 Metamaterials

이 프로토콜은 THz metamaterial absorbers의 시뮬레이션, 제조 및 특성을 설명합니다. 이러한 absorbers는 적절한 센서를 함께 사용하면, THz 이미징 및 분광의 응용 프로그램이 있습니다.

THz Metamaterial Absorbers 시뮬레이션, 제조 및 특성

3 차원 (3D) 미세 복합 빔은 3 차원 다공성 미세 유체 네트워크로 나노 복합 재료의 감독 및 지역화 침투를 통해 제조된다. 이 제조 방법의 유연성은 기능적 3D 강화 나노 복합체 거시적 다양한 제품을 달성하기 위해 서로 다른 열경화성 재료와 nanofillers의 이용을 가능하게한다.

미세 유체 침투를 통해 세 가지 차원 미세 구조 나노 복합 재료의 제조

이 원고는 실리콘 멤브레인을 기반으로 하는 유전체 엘라스토머 소프트 액추에이터의 제조를 위한 제조 공정을 보여줍니다. 생산의 세 가지 주요 단계가 자세히 제시됩니다 : 얇은 실리콘 멤브레인의 블레이드 주조; 준수 전극의 패드 인쇄; 그리고 모든 구성 요소의 조립.

실리콘 엘라스토머 계 유전 액츄에이터 제조 공정

원심 주조와 중합체의 3 차원 인쇄를 불러 간접 첨가제의 제조 방법은 0.5 mm의 벽 두께 5mm의 단위 셀 길이를 갖는 제조 3 차원 옥 테트 트러스의 금속 (알루미늄 및 구리 합금)에 대해 설명한다.

원심 주조를 사용하여 얇은 섹션과 격자 금속의 간접 제작

이 프로토콜은 완벽하게 내장 된 두꺼운 금속 메쉬를 사용하여 고성능의 유연한 투명 전극을위한 솔루션 기반 제조 전략을 설명합니다. 이 공정으로 제조 된 유연한 투명 전극은 초저 시트 저항, 높은 광 투과율, 굴곡시의 기계적 안정성, 강한 기판 접착력, 표면 평활성 및 환경 안정성을 포함하여보고 된 최고 성능을 입증합니다.

임베디드 메탈 망을 이용한 고성능의 유연하고 투명한 전극을위한 확장 가능한 솔루션 공정 제조 전략

이 프로토콜은 폴리머와 전기를 통해 건설 기계를 조작 하는 포괄적인 지침 직접 쓰기 모드에 녹아 있습니다. 우리는 체계적으로 과정을 약술 하 고 타겟된 비 계 구조를 달성 하기 위한 적절 한 매개 변수 설정 정의.

조직 공학 응용 프로그램에 대 한 제어 형태학과 3 차원 Poly(ε-caprolactone) 장비의 전기 글 녹아

음수 첨가제 제조 라는 메서드 근처의 다양 한 길이 완전히 조밀한 복잡 한 모양의 보론 카바 이드 부품을 생산 하는 데 사용 됩니다. 이 기술은 균질 성 탄소 열 분해 후 원조 소 뒤에 독특한 고 에이전트로 resorcinol-포 름 알 데히드를 포함 새로운 현 탁 액의 배합을 통해 가능 하다.

복잡 한 모양의 붕 소 합금의 첨가제 제조 제외

유전체 메타표면의 제조 및 광학 특성화를 위한 프로토콜이 제시된다. 이 방법은 빔 스플리터뿐만 아니라 렌즈, 홀로그램 및 광학 망토와 같은 일반적인 유전체 메타 표면의 제작에도 적용 될 수 있습니다.

유전체 메타표면에 의한 동등한 강도 빔 생성 시연

레이저 미세 가공을 사용하여 빛 흡수 복합 고분자 재료, 특히 자기 활성 엘라스토머(MAE)의 표면 지형을 부과하는 방법이 제시됩니다. 이 방법은 지형 설계 및 신속한 프로토타이핑에서 큰 유연성을 가능하게 합니다. MAE 표면 구조화, 특성화 및 외부 자기장에 대한 반응의 예가 시연됩니다.

폴리머 표면 지형 설계를 위한 레이저 미세 가공

학습하세요 적층 제조 폴리머의 점탄성 특성을 초음파 주파수에서 특성화하는 방법을 통해 메타물질 동역학을 향상시키는 기술을. 이 프로토콜은 파동 제어 및 에너지 수확 응용을 위한 설계 개선에 필수적입니다.

적층 제조(Additive Manufacturing)에 의해 생산된 소산 탄성 메타물질의 특성화

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