Name: Micro 3D Printing Met behulp van een digitale projector en de toepassing ervan in de studie van de Soft Materials Mechanica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 24 s
Description: Leer micro 3D-printen met een digitale projector voor patroontransformatie in zwellende hydrogelbuizen. Deze methode maakt snelle fabricage van complexe structuren mogelijk voor mechanica-onderzoek.

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

playerTrialDesktop

De auteurs willen graag Joseph Muskin en Matthew Ragusa dank aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign voor het verstrekken van cross-sectionele beelden voor 3D-structuren weergegeven in figuur 1D.

1. Bereiding van prepolymeeroplossing <ol><li> Mix poly (ethyleen glycol) diacrylaat (PEG-DA) (gemiddeld molecuulgewicht ~ 575, Sigma-Aldrich) en poly (ethyleenglycol) (PEG) (gemiddeld molecuulgewicht ~ 200, Sigma-Aldrich) 01:02 gewichtsverhouding. </li><li> Voeg 0,67% gew. foto-initiator (Phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) fosfineoxide, Sigma-Aldrich). De oplossing moet worden bewaard in een donkere omgeving vanaf dit punt. </li><li> Voeg 0,05% gew. photo-absorber (Sudan I, Sigma-Aldrich). </li><li> Meng de oplossing gedurende 24 uur bij kamertemperatuur met een magnetische roerder. </li></ol> 2. Het opzetten van een Desktop 3D printer met behulp van een Digital Data Projector <ol><li> Plaats een digitale data projector op een vlakke en stabiele positie, en sluit deze aan op een computer met Microsoft PowerPoint geïnstalleerd. </li><li> Plaats een convexe lens vlak voor de beam output lens van de digitale projector. Kies een bolle lens naar het brandvlak maken ongeveer 10 cm afstand van de proprojector. (Optische resolutie wordt kleiner voor een lens met een kortere brandpuntsafstand, maar moet men wat ruimte te reserveren voor optische componenten.) </li><li> Plaats een spiegel na de bolle lens op de balk weg bij hoek van 45 ° aan de balk direct recht naar beneden. </li><li> Plaats een monsterhouder in het brandvlak van de geprojecteerde straal. Het monster houder wordt een lineaire fase waarbij de verticale positie van de monsterhouder wordt geregeld. </li><li> Plaats een harsbad onder de monsterhouder. </li></ol> 3. Ontwerp en fabricage van Gel Tubes <ol><li> Bepalen diameter, wanddikte en lengte van de gelbuis te vervaardigen. </li><li> Teken cross-sectionele beelden voor de gel buis. De beelden moeten in wit met zwarte achtergrond. Plaats deze afbeelding in Microsoft PowerPoint-dia&#39;s. </li><li> Start diavoorstelling in Microsoft PowerPoint en projecteren een afbeelding. Plaats de monsterhouder in het brandvlak door aanpassing van de verticale positie met behulp van attdeed pijn podium. </li><li> Schakelen naar een &quot;dummy&quot; zwarte zodat er geen ongewenste polymerisatie er tegelijkertijd prepolymeeroplossing. </li><li> Pour prepolymeeroplossing te harsbad. Vul het bad tot de oplossing enigszins dekt de monsterhouder. Nu is het klaar voor print 3D-object. </li><li> Schakelen naar de dia met de eerste dwarsdoorsnede beeld van de gelbuis om de eerste laag te polymeriseren. Houd het projecteren van het beeld voor 8 seconden en schakel terug naar &quot;black-out&quot; dia. </li><li> Draai de knop op de lineaire stage met ¼ draai (~ 160 micrometer) om de monsterhouder te verlagen. Nu verse hars stroomt in de gepolymeriseerde eerste laag te dekken. </li><li> Opnieuw projecteren dwarsdoorsnede beeld aan de tweede laag polymeriseren bovenop de procedure is. Herhaal stappen 3.6-3.8 tot gelbuis van de gewenste hoogte is vervaardigd. </li><li> Nadat alle lagen zijn voltooid, tilt u de monsterhouder uit de prepolymeeroplossing, en zorgvuldig te halen de verzonnen monster met behulp van een scheermes blade. </li><li> Spoel het monster in aceton voor ~ 3 uur, en laat ze drogen ~ 1 uur. </li></ol> 4. Zwelling Experiment voor voorgeschreven patroon Vorming door Elastische instabiliteit <ol><li> Bereid water-olie dual layer vloeistof in een transparant glas schotel. </li><li> Bevestig de droge monster op een monsterhouder met behulp van superlijm. </li><li> Klap de monsterhouder, zodat het monster op zijn kop. Dompel het monster in het water-olie-bad. Aanpak van het monster van water-olie-interface van de olielaag. De sample begint te zwellen wanneer het monster het wateroppervlak raakt terwijl het basissubstraat deel waarop de gelbuis is vastgesteld verbleven in de bovenste olielaag. Zo kan water diffunderen in de buiswand waardoor het monster zwellen voordat de begrenzende base ontspant door bevochtiging. Bewaak het patroon veranderen als de gel tube zwelt met behulp van een digitale camera. </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>

Geen belangenconflicten verklaard.

In zwelling van hydrogel buisvormige beperkt op het substraat, stabiliteit alleen afhangt t / h en knikvorm alleen afhankelijk h / D 12. Vier groepen van monsters (I-IV) met verschillende genormaliseerde dikte t / h werden gefabriceerd met groep I en groep is dikker IV wordt slanker. Elke groep bestaat uit vier monsters (i-iv) met verschillende genormaliseerde hoogte h / D, met het monster i korter en het monster wordt groter iv. Afmetingen van de vervaardigde monsters zijn weergegeven in Tabel 1. I en II zijn ontworpen om stabiel te blijven tijdens zwelling, terwijl groep III en IV zijn ontworpen om knikken en bij zwellen transformeren. Voor knik monsters, Buckling-modus moet verminderen met het monster hoogte. Figuur 3A toont experimenteel resultaat. Als theorie voorspelt, monsters in groep I en II waren stabiel en bleef ronde op zwelling, terwijl monsters in groep III en IV gingen allemaal door elastische instabiliteit en vastgemaakt. Ook monsters met dezelfde h / D getoond, zoals knikvorm. Figuur 3B vergelijkt experimenteel waargenomen plooien vormen van monsters in groep III en IV met theoretische voorspellingen. We kunnen zien dat monsters met dezelfde h / D houden hetzelfde post-knik patroon, ongeacht de dikte en dat experimentele resultaten komen goed overeen met de theorie. Wij presenteren hoe het opbouwen van een eenvoudige desktop 3D printing-systeem met behulp van een in de handel verkrijgbare digitale data projector. De voorgestelde aanpak is gebaseerd op photocuring van polymeer tot construct 3D structuren en derhalve elke uithardbare polymeren kunnen ook worden gebruikt in het algemeen, voor zover de fotoinitiator nodig absorptie in het zichtbare golflengtegebied heeft. Merk op dat vele commercieel verkrijgbare foto-initiatoren zijn ontworpen voor ultra-violet (UV) golflengtes, maar de hier gebruikte fotoinitiator relatief hogere absorptie bij golflengten langer dan 400 nm. Het aanbieden van een gemakkelijke en snelle manier om 3D-objecten te fabriceren, zal deze methode vinden vele toepassingen in verschillende domeinen waaronder zachte materialen mechanica zoals hier aangetoond.

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het reagens </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Opmerkingen (optioneel) </td></tr><tr><td> Poly (ethyleen glycol) diacrylaat </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 437441 </td><td> Mw ~ 575 </td></tr><tr><td> Poly (ethyleenglycol) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P3015 </td><td> Mw ~ 200 </td></tr><tr><td> phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) fosfineoxide </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 511447 </td><td> Foto-initiator </td></tr><tr><td> Soedan I </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 103624 </td><td> Foto-absorber </td></tr><tr><td> Digitale data projector </td><td> Viewsonic </td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td> Bolle lens </td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> f = 75,0 mm </td></tr><tr><td> GIRof </td><td></td><td></td><td> 4 &quot;siliciumwafel </td></tr><tr><td> Handmatig fase </td><td> Velmex </td><td> A2506DE-S2.5 </td><td></td></tr></tbody></table>

micro 3d printing met behulp van een digitale projector en de toepassing ervan in de studie van de soft materials mechanica

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

Knik is een klassiek onderwerp in de mechanica. Hoewel knik is lang onderzocht als een van de belangrijkste structurele foutmodi 1, is onlangs opgesteld nieuwe aandacht een uniek mechanisme voor patroon transformatie. De natuur is vol van zulke voorbeelden waar een schat aan exotische patronen worden gevormd door middel van mechanische instabiliteit 2-5. Geïnspireerd door dit elegante mechanisme, tal van studies blijkt creatie en transformatie van patronen met behulp van zachte materialen zoals elastomeren en hydrogels 6-11. Zwelling gels zijn van bijzonder belang omdat ze spontaan leiden mechanische instabiliteit verschillende patronen maken zonder externe kracht 6-10. Onlangs hebben we gemeld demonstratie van de volledige controle over knik patroon van micro-schaal buisvormige gels met behulp van projectie micro-stereolithografie (PμSL), een drie-dimensionale (3D) productietechnologie snel kunnen omzetten computer gegenereerde 3D-modellen into fysieke objecten met een hoge resolutie 12,13. Hier presenteren we een eenvoudige methode voor de opbouw van een vereenvoudigd PμSL systeem met behulp van een in de handel verkrijgbare digitale data projector zwelling veroorzaakte knik instabiliteit voor gecontroleerde patroon transformatie te bestuderen. Een eenvoudige desktop 3D printer is gebouwd met behulp van een off-the-shelf digitale data projector en eenvoudige optische componenten, zoals een bolle lens en een spiegel 14. Dwarsdoorsneden uit een 3D-model wordt geprojecteerd op de fotogevoelige hars oppervlak achtereenvolgens polymeriseren vloeibare hars in een gewenste 3D vaste structuur in een laag-voor-laag mode. Zelfs met deze eenvoudige configuratie en gemakkelijk proces, kan willekeurige 3D-objecten gemakkelijk worden vervaardigd met sub-100 micrometer resolutie. Deze desktop 3D printer kan potentieel in de studie van zacht materiaal monteurs door het aanbieden van een grote kans om de verschillende 3D geometrieën te verkennen. We gebruiken dit systeem om Fabricate buisvormige structuur hydrogel met verschillende afmetingen. Bevestigd aan de onderkant van het substraat, de buisvormige gel ontwikkelt inhomogene stress tijdens zwelling die aanleiding geeft tot knik instabiliteit. Verschillende golfpatronen worden langs de omtrek van de buis als de gel structuren ondergaan knikken. Experiment blijkt dat omtrek knik gewenste stand kan worden gemaakt op een gecontroleerde manier. Patroon transformatie van driedimensionaal gestructureerd buisvormige gels van betekenis heeft implicatie niet alleen in de mechanica en materiaalkunde, maar ook in veel andere opkomende gebieden zoals afstembare matamaterials.

Een eenvoudig systeem met een PμSL off-the-shelf digitale data projector wordt getoond in Figuur 1. Een convex lens met een brandpuntsafstand van 75 mm concentreert de bundel in kleine belichtingsgebied van 2 cm bij 2 cm. Resulterend in het vlak optische resolutie is ongeveer 45 micrometer. Verticale resolutie wordt bepaald door de nauwkeurigheid niveau van de lineaire fase. Laagdikte van de structuren voor deze studie is 160 um. Elke laag werd gepolymeriseerd gedurende 8 sec licht verlichting. Een representatieve 3D structuur opgebouwd door het systeem wordt getoond in figuur 1D. Deze artikelen bestaat uit 58 lagen PEGDA. We bereidden fotohardbare PEGDA hydrogel. Laag crosslinking derhalve grote zwelling van PEGDA hydrogel werd bereikt door toevoegen van niet-crosslinking in PEG prepolymeeroplossing. Lengterichting zwelverhouding van de resulterende PEGDA hydrogel is 1,5, wat overeenkomt met meer dan 300% volumetrische expansie. &gt; Een reeks PEGDA hydrogel buizen werden ontworpen en gefabriceerd op basis van onze theorie 12. Wij plaatsten een monster omgekeerd en in het bad met water bedekt met olielaag geplaatst zoals getoond in figuur 2A. Afhankelijk van de dimensionale parameters, ronde buizen ofwel stabiel of omgezet in een golfpatroon zoals weergegeven in figuur 2B. De grote verscheidenheid van zwelling patroon van verschillende monsters werd gevangen door een digitale camera en in Figuur 3A. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> Figuur 1. Een desktop projectie micro-stereolithografie-systeem (a) schematische voorstelling (b) werkelijke systeem (c) close-up weer van componenten (d) representatief 3D structuren. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> . tent &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> Figuur 2. (A) Experimentele opstelling voor hydrogel buis zwelling (b) beperkt hydrogel buis verandert in verschillende patronen. Scale balk geeft 5 mm. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> Figuur 3. (A) Patronen gevormd in zwelling experiment. Verticale as geeft t / h (dus stabiliteit) en horizontale as geeft h / D (dus knikvorm). Scale balk geeft 5 mm. (B) Knik modus is alleen afhankelijk van h / D. Experimentele resultaat komt goed overeen met de theoretische voorspelling. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> . <table border="1"><tbody><tr><td colspan="2"> Sample &lt;/ Strong&gt; </td><td> D (pm) </td><td> t (pm) </td><td> h (pm) </td></tr><tr><td rowspan="4"> Ik </td><td> ik </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> ik </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> ik </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> ik </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> Tabel 1. Monsterafmetingen gemeten door optische microscoop. Fouten aan te geven meetonzekerheid.

We tonen gecontroleerde patroon transformatie van zwelling gel buizen door elastische instabiliteit. Een eenvoudige projectie micro stereo-lithografie installatie is gebouwd met behulp van een off-the-shelf digitale data projector aan drie-dimensionale polymere structuren fabriceren in een laag-voor-laag mode. Zwelling hydrogel buizen onder mechanische dwang weer te geven verschillende omtrek knik modi, afhankelijk van afmeting.

Micro 3D Printing Met behulp van een digitale projector en de toepassing ervan in de studie van de Soft Materials Mechanica

Knikken is een klassiek onderwerp in de mechanica. Hoewel knikken al lange tijd wordt bestudeerd als een van de belangrijkste structurele faalmodi1, heeft het recentelijk nieuwe ...

Het algemene doel van de volgende video is om de constructie van een eenvoudig instrument voor 3D-gelmicrofabricage te demonstreren en het gebruik ervan bij de patroonvorming van zwellende gelbuisjes door elastische instabiliteit. Er wordt een eenvoudige 3D-microprinter gebouwd met behulp van een standaard digitale beamer om tubulaire gelmonsters met verschillende afmetingen te fabriceren. De fabricage van de tubulaire gelmonsters wordt bereikt door een ontworpen afbeelding te projecteren op de monsterhouder, die is ondergedompeld in een harsbad met een prepolymeeroplossing met foto-initiator en foto-absorber.Zodra er een laag is gevormd door fotopolymerisatie, zakt de monsterhouder naar beneden en wordt de volgende laag bovenop de vorige gefabriceerd. Op deze manier wordt een 3D-monster laag voor laag opgebouwd. Vervolgens wordt elk monster in contact gebracht met water om vormverandering uit te lokken door zwelling-geïnduceerde elastische instabiliteit.De resultaten tonen aan dat cirkelvormige buizen transformeren in diverse golvende patronen met verschillende golfgetallen, afhankelijk van de geometrie van de knikkende gel. Het belangrijkste voordeel van deze fabricagetechniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals fototherapie, is dat het een snel 3D-microfabricatiehulpmiddel biedt voor zachte materialen zoals gels. Hierdoor kunnen verschillende interessante driedimensionale geometrieën die moeilijk te vervaardigen zijn, nu eenvoudig worden gerealiseerd als fysieke objecten voor experimenteel onderzoek.Om deze procedure te starten, bereidt u de prepolymeeroplossing met foto-initiator en foto-absorber zoals beschreven in het schriftelijke protocol. Plaats na de bereiding van de oplossing een digitale dataprojector in een vlakke en stabiele positie en verbind deze met een computer waarop Microsoft PowerPoint is geïnstalleerd. Plaats een convexe lens direct voor de uitgangslens van de digitale projector.Kies een bolle lens om het brandvlak op ongeveer 10 centimeter afstand van de projector te plaatsen. De optische resolutie wordt kleiner bij een lens met een kortere brandpuntsafstand, maar er moet voldoende ruimte worden gereserveerd voor optische componenten. Plaats na de bolle lens een spiegel in het straalpad onder een hoek van 45 graden om de straal recht naar beneden te richten.Plaats vervolgens een monsterhouder in het brandvlak van de geprojecteerde bundel. De monsterhouder moet zijn bevestigd aan een lineaire tafel waarmee de verticale positie van de monsterhouder wordt geregeld. Plaats tot slot een harsbad onder de monsterhouder om de gelbuizen te ontwerpen. Projecteer een afbeelding met een bekend aantal pixels op de monsterhouder om de omrekeningsfactor van een pixel naar fysieke lengte te bepalen.In dit specifieke geval mat een afbeelding van 135 pixels 5,8 millimeter, wat overeenkomt met 43 micron per pixel. Gebruik deze informatie om de fysieke afmetingen van de gelbuis — diameter, wanddikte en hoogte — om te rekenen naar pixels. Teken vervolgens dwarsdoorsnedebeelden voor de gelbuis.De afbeeldingen moeten wit zijn met een zwarte achtergrond. Voeg deze afbeeldingen toe aan Microsoft PowerPoint-dia's. Start de diavoorstelling in Microsoft PowerPoint en projecteer een willekeurige afbeelding.Plaats de monsterhouder in het brandvlak door de verticale positie aan te passen met de bijbehorende tafelbediening tot er een zwart dummy-beeld zichtbaar is, zodat ongewenste polymerisatie wordt voorkomen tijdens het toevoegen van de prepolymeeroplossing. Giet de prepolymeeroplossing in het harsbad. Vul het bad met een pipet totdat de oplossing de monsterhouder net bedekt.Nu is het klaar om het 3D-object te printen. Schakel over naar de dia met de eerste dwarsdoorsnedebeeld van de gelbuis om de eerste laag te polymeriseren. Projecteer het beeld gedurende acht seconden en schakel daarna terug naar een zwarte dia.Draai aan de knop van de lineaire tafel met een kwartslag, ongeveer 160 microns, om de monsterhouder te laten zakken. Nu stroomt er verse hars in om de gepolymeriseerde eerste laag te bedekken, voor het geval de vloeibare hars te viskeus is om vanzelf in te stromen. Beweeg de tafel verder naar beneden om de vervaardigde laag volledig in de hars onder te dompelen en positioneer de tafel vervolgens weer op 160 microns onder het oppervlak.Projecteer het dwarsdoorsnedebeeld opnieuw om de tweede laag bovenop de voorgaande te polymeriseren. Herhaal dit proces totdat de gelbuis van de gewenste hoogte is gefabriceerd. Zodra alle lagen voltooid zijn, til je de monsterhouder uit de prepolymerisatie-oplossing en haal je het gefabriceerde monster eruit.Spoel het monster voorzichtig met een scheermesje gedurende ongeveer drie uur in aceton en laat het vervolgens ongeveer een uur drogen. Bereid voor een zwellingsexperiment een water-olie dubbellaagvloeistof voor in een transparante Petrischaal. Positioneer de water-olie interface in het brandvlak van de camera door de positie van de Petrischaal aan te passen en bevestig het droge monster op een monsterhouder met secondelijm.Draai de monsterhouder om zodat deze ondersteboven staat. Dompel het monster onder in het water-olie-vloeistofbad. Benader de grenslaag tussen water en olie vanuit de olielaag.Het monster begint op te zwellen zodra het het wateroppervlak raakt, terwijl het basis-substraat waarop de gelbuis is bevestigd in de bovenste olielaag blijft. Op deze manier kan water in de wand van de buis diffunderen, waardoor het monster kan zwellen voordat de beperkende basis door bevochtiging ontspant. Monitor vervolgens de verandering in het patroon terwijl de gelbuis opzwelt.Hier wordt een eenvoudig projectie-microstereolithografiesysteem getoond dat gebruikmaakt van een digitale camera en een standaard digitale dataprojector. Een bolle lens met een brandpuntsafstand van 75 millimeters concentreert de straal tot een klein belichtingsgebied van twee centimeter bij twee centimeter, wat resulteert in een vlakke optische resolutie van ongeveer 45 microns. De verticale resolutie wordt bepaald door het precisieniveau van de lineaire faseverschuiving.De dikte van de structuren die voor deze studie zijn gemaakt, bedraagt 160 microns. Elke laag werd gepolymeriseerd met een lichtbestraling van acht seconden. Een representatieve 3D-structuur gefabriceerd door het systeem wordt getoond.Dit object bestaat uit 58 lagen peg da. Een set fotopolimeriseerbare peg da hydrogelbuisjes is ontworpen en gefabriceerd om een lage crosslinking en daarmee een grote zwelling te bereiken; zoals beschreven in het geschreven protocol is een monster ondersteboven in een water-oliebad geplaatst. Zoals in de video wordt gedemonstreerd, bleven circulaire buisjes, afhankelijk van de dimensionale parameters, ofwel stabiel of transformeerden ze in een golvend patroon.De afmeting van de gelbuis bepaalt het aantal golven dat ontstaat tijdens het zwellen. De grote variëteit aan zwellingspatronen van verschillende monsters werd vastgelegd met een digitale camera. De verticale as geeft de stabiliteit aan als dikte over hoogte of T over H, en de horizontale as geeft de knikmodus aan als hoogte over diameter, of H over D. De witte getallen geven het knikmodusnummer aan, wat het aantal golven langs de omtrek is, zoals hier getoond.De knikmodus van de onstabiele monsters hangt alleen af van HD, waarbij het experimentele resultaat goed overeenstemt met de theoretische voorspelling. We gebruiken deze methode in deze video als een nuttig experimenteel instrument voor de mechanica van zachte materialen, maar we zullen ook vele toepassingen vinden in andere vakgebieden van de wetenschap en techniek, waaronder zachte robotica en biomedische techniek. Daarnaast is het zeer eenvoudig en betaalbaar.Iedereen kan in het laboratorium een eigen micro-3D-printer bouwen door het protocol te volgen dat in deze video wordt gepresenteerd.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Met behulp van moderne kunststof extrusie en printtechnologieën, is het nu mogelijk om snel en goedkoop te produceren fysische modellen van de X-ray CT-gegevens die in een laboratorium. De drie-dimensionale afdrukken van tomografische gegevens is een krachtige visualisatie, onderzoek, en een educatief instrument dat nu kan worden benaderd door de preklinische beeldvorming gemeenschap.

3D Printing van preklinisch X-ray computertomografie tomografische gegevens Sets

Een nieuw computationeel systeem met GPU-versnelde moleculaire dynamica simulatie en 3D/VR visualisatie, analyse en manipulatie van nanostructuren is geïmplementeerd, wat een nieuwe aanpak vertegenwoordigt om materiaalonderzoek te bevorderen en innovatief onderzoek en alternatieve methoden te promoten om te leren over materiaalstructuren met afmetingen die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog.

Nieuw 3D / VR interactieve omgeving voor MD simulaties, visualisatie en analyse

Dit artikel introduceert een 3D additief micromanufacturing strategie (zogenaamde "micro-metselwerk ') voor de flexibele productie van micro-elektromechanische systeem (MEMS) structuren en apparaten. Deze benadering houdt in transfer-printing gebaseerd assemblage van micro / nanoschaal materialen in combinatie met een snelle thermische-gloeien ingeschakeld materiaal verbindingstechnieken.

Micro-metselwerk voor 3D Additive micromanufacturing

Fysieke modellen van biomoleculen kunnen het begrip van hun structuur-functie voor de onderzoeker vergemakkelijken, helpen bij de communicatie tussen onderzoekers en dienen als een educatief hulpmiddel in pedagogische inspanningen. Hier bieden we gedetailleerde begeleiding voor het 3D-printen van nauwkeurige modellen van biomoleculen met behulp van desktop 3D-printers met gefuseerde filamentfabricage.

3D Printing Biomoleculaire modellen voor onderzoek en Pedagogiek

Dit werk presenteert een stam meetsensor bestaande uit een versterkingmechanisme en een polydimethylsiloxane microscoop vervaardigd met behulp van een verbeterde 3D-printer.

Productie van een stammeetapparaat met een verbeterde 3D-printer

Fysieke modellering van microscopische systemen helpt bij het verkrijgen van inzichten die moeilijk te verkrijgen zijn op andere manieren. Om de bouw van fysische moleculaire modellen te vergemakkelijken, laten we zien hoe 3D-printen kan worden gebruikt om functionele macroscopische modellen samen te stellen die kwaliteiten van moleculaire systemen op een tactiele manier vastleggen.

Interactieve moleculaire modelassemblage met 3D-printen

Dit project stelt kleine laboratoria in staat om een eenvoudig te gebruiken platform te ontwikkelen voor de fabricage van nauwkeurige meerlaagse microfluïdische apparaten. Het platform bestaat uit een driedimensionaal geprinte microscoopmaskeruitlijnadapter waarmee meerlaagse microfluïdische apparaten met uitlijningsfouten van &lt;10 μm werden bereikt.

Ontwerp en ontwikkeling van een driedimensionaal gedrukte microscoopmaskeruitlijnadapter voor de fabricage van meerlaagse microfluïdische apparaten

Deze methode demonstreert een voxel-gebaseerde 3D-printworkflow, die rechtstreeks vanuit medische beelden afdrukt met exacte ruimtelijke getrouwheid en ruimtelijke / contrastresolutie. Dit maakt de precieze, gegradueerde controle van materiaalverdelingen mogelijk door morfologisch complexe, gegradueerde materialen gecorreleerd aan radiodensiteit zonder verlies of wijziging van gegevens.

Voxel Printing Anatomy: Ontwerp en fabricage van realistische, prechirurgische planningsmodellen door bitmapafdrukken

Het huidige protocol beschrijft de digitale lichtverwerking-gebaseerde 3D-printing van polymere materialen met behulp van type I foto-geïnitieerde omkeerbare additie-fragmentatie keten overdracht polymerisatie en de daaropvolgende in situ materiaal post-functionalisatie via oppervlakte-gemedieerde polymerisatie. Foto-geïnduceerd 3D-printen biedt materialen met onafhankelijk op maat gemaakte en ruimtelijk gecontroleerde bulk- en interfaciale eigenschappen.

3D-printen en in-situ oppervlaktemodificatie via type I foto-geïnitieerde omkeerbare toevoeging-fragmentatie chain transfer polymerisatie

3D-printen op micrometerschaal maakt snelle prototyping mogelijk van polymere apparaten voor neuronale celculturen. Als proof-of-principle werden structurele verbindingen tussen neuronen beperkt door barrières en kanalen te creëren die de uitgroei van neurieten beïnvloedden, terwijl de functionele gevolgen van dergelijke manipulatie werden waargenomen door extracellulaire elektrofysiologie.

Twee-foton polymerisatie 3D-printen van neuronale celkweekapparaten op microschaal

Leer micro 3D-printen met een digitale projector voor patroontransformatie in zwellende hydrogelbuizen. Deze methode maakt snelle fabricage van complexe structuren mogelijk voor mechanica-onderzoek.

Micro 3D Printing Met behulp van een digitale projector en de toepassing ervan in de studie van de Soft Materials Mechanica

Meer video's verkennen