Name: Micro impressão 3D usando um projetor digital e sua aplicação no estudo de Mecânica dos materiais macios (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 24 s
Description: Aprenda microimpressão 3D usando projetor digital para fabricar tubos de gel com instabilidade elástica. Este método permite criar estruturas complexas em materiais macios para estudos de mecânica.

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Os autores gostariam de agradecer a Joseph Muskin e Mateus Ragusa, na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign para fornecer imagens transversais de estruturas 3D mostrados na Figura 1D.

1. Preparação da solução de pré-polímero <ol><li> Mistura poli (etileno glicol) diacrilato (PEG-DA) (peso molecular médio ~ 575, Sigma-Aldrich) e poli (etileno glicol) (PEG) (peso molecular médio ~ 200, Sigma-Aldrich) em razão 1:2 em peso. </li><li> Adicionar 0,67% em peso. foto-iniciador (Phenylbis (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfina, Sigma-Aldrich). A solução deve ser mantida em ambiente escuro a partir deste ponto. </li><li> Adicionar 0,05% em peso. foto-absorvente (Sudan I, Sigma-Aldrich). </li><li> Misture a solução durante 24 horas à temperatura ambiente usando um agitador magnético. </li></ol> 2. Configurando uma impressora 3D Desktop Usando um projetor digital de dados <ol><li> Coloque um digital projetor de dados em uma posição plana e estável, e conectá-lo a um computador com o Microsoft PowerPoint instalado. </li><li> Coloque uma lente convexa para a direita em frente da lente do feixe de saída do projector digital. Escolha de uma lente convexa para tornar o plano focal de cerca de 10 cm de distância da proprojetor. (Resolução óptica torna-se menor para uma lente com distância focal menor, mas é preciso reservar algum espaço para os componentes ópticos.) </li><li> Colocar um espelho após a lente convexa no caminho do feixe em ângulo de 45 ° para dirigir o feixe para baixo. </li><li> Colocar um suporte de amostra no plano focal do feixe projectado. O suporte de amostra deve ser ligado a uma fase linear, através da qual a posição vertical do suporte da amostra é controlada. </li><li> Colocar num banho de resina de baixo do suporte de amostras. </li></ol> 3. Projeto e fabricação de tubos de gel <ol><li> Determinar o diâmetro, espessura da parede, e a altura do tubo de gel a ser fabricado. </li><li> Desenhar imagens transversais para o tubo de gel. As imagens devem ser em branco com fundo preto. Inseri-las de imagem em slides do Microsoft PowerPoint. </li><li> Iniciar apresentação de slides no Microsoft PowerPoint e projectar qualquer imagem. Colocar o suporte da amostra no plano focal, ajustando a posição vertical, utilizando attdoía palco. </li><li> Mudar para uma imagem &quot;dummy&quot; preto de modo que não haverá polimerização indesejada ao colocar solução de pré-polímero. </li><li> Despeje a solução de pré-polímero banho de resina. Encher o banho até a solução ligeiramente cobre o suporte da amostra. Agora ele está pronto para o objeto 3D de impressão. </li><li> Mudar para a lâmina que contém a imagem da secção transversal do tubo do primeiro gel para polimerizar a primeira camada. Mantenha projetar a imagem para 8 seg e voltar para o &quot;apagão&quot; de slides. </li><li> Gire o botão no palco linear por ¼ de volta (~ 160 pm) para reduzir o suporte da amostra. Agora resina fresca flui para cobrir a camada polimerizada em primeiro lugar. </li><li> Projectar a imagem da secção transversal de novo para polimerizar a segunda camada no topo de um processo. Repita os passos 3,6-3,8 até que o tubo de gel de a altura desejada é fabricado. </li><li> Uma vez que todas as camadas estão completos, levantar o suporte da amostra para fora da solução de pré-polímero, e recuperar a amostra fabricada cuidadosamente usando uma navalha blade. </li><li> Lavar a amostra em acetona para ~ 3 horas, e depois deixe-o secar por ~ 1 hora. </li></ol> 4. Inchaço Experiência de Formação padrões prescritos pela instabilidade elástica <ol><li> Preparar água-óleo líquido de camada dupla em um prato de vidro transparente. </li><li> Fixe a amostra seca em um suporte de amostra usando super cola. </li><li> Virar o suporte de amostras de modo a que a amostra é de cabeça para baixo. Imergir a amostra no banho de água-óleo líquido. Aproximar a amostra a água-óleo de interface da camada de óleo. A amostra começa a inchar quando a amostra atinge a superfície da água, enquanto que a parte do substrato de base no qual o tubo de gel foi fixado esteve no topo da camada de óleo. Deste modo, a água pode difundir-se a parede do tubo permitindo que a amostra incham antes da base restringindo relaxa por molhagem. Monitorar a mudança de padrão, como as ondas de gel tubo com uma câmera digital. </li></ol>

<ol><li>Timoshenko, S. P., Gere, J. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTimoshenko%2C+SP+%22Theory+of+Elastic+Stability%22">Theory of Elastic Stability</a>. , McGraw-Hill. (1961).</li>
<li>Sharon, E., Marder, M., Swinney, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaves+Flowers+and+Garbage+Bags%3A+Making+Waves%5BTitle%5D)+AND+%22American+Scientist%22%5BJournal%5D)">Leaves Flowers and Garbage Bags: Making Waves.</a> American Scientist. 92, 254-261 (2004).</li>
<li>Kücken, M., Newell, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fingerprint+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Theoretical+Biology%22%5BJournal%5D)">Fingerprint formation.</a> Journal of Theoretical Biology. 235, 71-83 (2005).</li>
<li>Liang, H., Mahadevan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+shape+of+a+long+leaf%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">The shape of a long leaf.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 106, 22049-22054 (2009).</li>
<li>Bayer, S. A., Altman, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBayer%2C+SA+%22The+human+brain+during+the+second+trimester%22">The human brain during the second trimester</a>. , Taylor & Francis. (2005).</li>
<li>Trujillo, V., Kim, J., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creasing+instability+of+surface-attached+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Creasing instability of surface-attached hydrogels.</a> Soft Matter. 4, 564(2008).</li>
<li>Breid, D., Crosby, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+stress+state+on+wrinkle+morphology%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Effect of stress state on wrinkle morphology.</a> Soft Matter. 7, 4490(2011).</li>
<li>Mora, T., Boudaoud, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Buckling+of+swelling+gels%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+Physical+Journal+E%22%5BJournal%5D)">Buckling of swelling gels.</a> The European Physical Journal E. 20, 119-124 (2006).</li>
<li>DuPont, S. J., Cates, R. S., Stroot, P. G., Toomey, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swelling-induced+instabilities+in+microscale%2C+surface-confined+poly%28N-isopropylacryamide%29+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Swelling-induced instabilities in microscale, surface-confined poly(N-isopropylacryamide) hydrogels.</a> Soft Matter. 6, 3876-3882 (2010).</li>
<li>Dervaux, J., Couder, Y., Guedeau-Boudeville, M. -A., Ben Amar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+Transition+in+Artificial+Tumors%3A+From+Smooth+Buckles+to+Singular+Creases%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Shape Transition in Artificial Tumors: From Smooth Buckles to Singular Creases.</a> Physical Review Letters. 107, 018103(2011).</li>
<li>Jang, J. -H., Koh, C. Y., Bertoldi, K., Boyce, M. C., Thomas, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+Pattern+Instability+and+Shape-Memory+Hysteresis+for+Phononic+Switching%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Combining Pattern Instability and Shape-Memory Hysteresis for Phononic Switching.</a> Nano Letters. 9, 2113-2119 (2009).</li>
<li>Lee, H., Zhang, J., Jiang, H., Fang, N. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prescribed+Pattern+Transformation+in+Swelling+Gel+Tubes+by+Elastic+Instability%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Prescribed Pattern Transformation in Swelling Gel Tubes by Elastic Instability.</a> Physical Review Letters. 108, 214304(2012).</li>
<li>Sun, C., Fang, N., Wu, D. M., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Projection+micro-stereolithography+using+digital+micro-mirror+dynamic+mask%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">Projection micro-stereolithography using digital micro-mirror dynamic mask.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 121, 113-120 (2005).</li>
<li>Muskin, J., Ragusa, M., Gelsthorpe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+Printing+Using+a+Photoinitiated+Polymer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Education%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Printing Using a Photoinitiated Polymer.</a> Journal of Chemical Education. 87, 512-514 (2010).</li>
</ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

Em inchaço hidrogel tubular restringida sobre o substrato, estabilidade depende apenas t / h e o modo de deformação depende apenas de h / D 12. Quatro grupos de amostras (I-IV) com níveis diferentes de espessura normalizada t / h foram fabricados, com o grupo I de ser mais espessa e grupo IV sendo mais delgada. Cada grupo é composto por quatro amostras (I-IV) com diferentes níveis de altura normalizada h / D, com a amostra i ser mais curto e a amostra iv ser mais alto. Dimensões das amostras fabricadas são apresentados na Tabela 1. Grupo I e II são concebidos para permanecer estável durante o inchamento, enquanto que o grupo III e IV destinam-se a fivela e transformar mediante inchamento. Para amostras de flambagem, Buckling modo deve diminuir com a altura da amostra. Figura 3A mostra o resultado experimental. Como a teoria prevê, as amostras do grupo I e II eram estáveis ​​e permaneceram circular sobre o inchamento, enquanto que as amostras do grupo III e IV tudo passou por instabilidade elástica e dobraram. Além disso, as amostras com o mesmo h / D exibido o modo de deformação semelhante. Figura 3B compara observados experimentalmente modos de instabilidade de amostras do grupo III e IV, com a previsão teórica. Podemos ver que as amostras com o mesmo h / D representam o padrão de pós-flambagem mesmo, independentemente da espessura e que os resultados experimentais concordam bem com a teoria. Nós apresentamos como construir uma simples área de trabalho do sistema de impressão 3D usando uma disponíveis comercialmente dados digitais projetor. A abordagem proposta baseia-se na fotopolimerização de polímero de construct estruturas 3D, e, portanto, quaisquer polímeros fotocurável podem ser também utilizados, em geral, na medida em que o fotoiniciador tem absorvância apropriado na faixa de comprimento de onda visível. Note-se que muitas fotoiniciadores comercialmente disponíveis são concebidos para ultra-violeta (UV) comprimentos de onda, mas o fotoiniciador utilizado aqui tem absorvância relativamente mais elevada em comprimentos de onda maiores que 400 nm. Oferecendo uma maneira fácil e rápida para fabricar objetos 3D, esse método irá encontrar muitas aplicações em vários campos, incluindo a mecânica materiais macios como demonstrado aqui.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome do reagente </td><td> Companhia </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentários (opcional) </td></tr><tr><td> Poli (etileno glicol) diacrilato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 437441 </td><td> Mw ~ 575 </td></tr><tr><td> Poli (etileno glicol) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P3015 </td><td> Mw ~ 200 </td></tr><tr><td> phenylbis (2,4,6-trimetilbenzoil) óxido de fosfina </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 511447 </td><td> Foto-iniciador </td></tr><tr><td> Sudan I </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 103624 </td><td> Foto-absorvente </td></tr><tr><td> Digital projetor de dados </td><td> Viewsonic </td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td> Lente convexa </td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> f = 75,0 milímetros </td></tr><tr><td> Mirrou </td><td></td><td></td><td> 4 &quot;bolacha de silício </td></tr><tr><td> Estágio manual </td><td> Velmex </td><td> A2506DE-S2.5 </td><td></td></tr></tbody></table>

micro impressão 3d usando um projetor digital e sua aplicação no estudo de mecânica dos materiais macios

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

Flambagem é um tema clássico em mecânica. Enquanto flambagem tem sido estudado como um dos principais modos de falhas estruturais 1, apresentou recentemente um novo chamado a atenção como um mecanismo único para transformação padrão. A natureza é cheia de exemplos onde uma grande variedade de padrões exóticos são formados por 2-5 instabilidade mecânica. Inspirado por este mecanismo elegante, muitos estudos têm demonstrado criação e transformação de padrões usando materiais suaves, como elastômeros e hidrogéis 6-11. Géis inchamento são de interesse particular porque podem provocar instabilidade mecânica espontaneamente para criar vários padrões, sem a necessidade de uma força externa 6-10. Recentemente, relatou demonstração de controle total sobre flambagem padrão de micro-escala géis tubulares usando projeção micro-estereolitografia (PμSL), uma imagem tridimensional da tecnologia de fabricação (3D) capaz de converter rapidamente gerados por computador modelos 3D into objetos físicos em alta resolução 12,13. Aqui apresentamos um método simples para construir um sistema simplificado PμSL utilizar um produto digital, projetor de dados para estudar inchaço induzido por instabilidade flambagem para a transformação padrão controlado. Uma impressora de mesa 3D simples é construído usando um off-the-shelf digital, projetor de dados e simples componentes ópticos, como uma lente convexa e um espelho de 14. Imagens transversais extraídos a partir de um modelo 3D sólido é projectado sobre a superfície da resina fotossensível em sequência, a polimerização de resina líquida a uma desejada estrutura 3D de uma forma sólida de camada por camada. Mesmo com essa configuração simples e processo fácil, arbitrárias objetos 3D podem ser facilmente fabricados com sub-resolução de 100 m. Esta impressora desktop 3D tem um potencial no estudo da mecânica material macio, oferecendo uma grande oportunidade para explorar várias geometrias 3D. Usamos este sistema para fabricate tubular em forma de hidrogel estrutura com dimensões diferentes. Fixada na parte inferior do substrato, o gel tubular desenvolve o stress não homogéneo durante o inchaço, o que dá origem a instabilidade de flambagem. Vários padrões ondulados aparecem ao longo da circunferência do tubo, quando as estruturas de gel sofrer flambagem. Experimento mostra que circunferencial encurvadura de modo desejado, pode ser criado de forma controlada. Transformação padrão de tridimensionalmente estruturados géis tubulares tem implicação importante não só em mecânica e ciência dos materiais, mas também em muitos outros campos emergentes, como matamaterials ajustáveis.

Um sistema simples PμSL usando um off-the-shelf projector de dados digital é mostrado na Figura 1. Uma lente convexa com uma distância focal de 75 mm concentra o feixe de iluminação para a área pequena de 2 cm por 2 cm. Resultando em avião resolução óptica é de aproximadamente 45 m. Resolução vertical é determinado pelo nível de precisão de fase linear. Espessura da camada das estruturas feitas para este estudo é de 160 ^ m. Cada camada foi polimerizada para iluminação de luz 8 seg. A estrutura 3D representativa fabricada pelo sistema é mostrado na Figura 1D. Este objeto consiste de 58 camadas de PEGDA. Preparamos fotocurável hidrogel PEGDA. Reticulação baixa, inchaço, portanto, de grande porte, de hidrogel PEGDA foi conseguido pela adição de PEG não reticulado em solução de pré-polímero. Longitudinalmente relação inchamento do hidrogel PEGDA resultante é 1,5, o que corresponde a 300% maior do que a expansão volumétrica. &gt; Um conjunto de tubos de hidrogel PEGDA foram concebidos e fabricados com base na nossa teoria 12. Colocámos uma amostra de cabeça para baixo e colocado no banho de água coberto com uma camada de óleo no topo, como ilustrado na Figura 2A. Dependendo dos parâmetros dimensionais, tubos circulares permaneceu estável ou transformados em um padrão ondulado como ilustrado na Figura 2B. A grande variedade de inchaço padrão de amostras diferentes foi capturada por uma câmara digital e apresentadas na Figura 3A. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> Figura 1. Uma área de trabalho sistema de projeção micro-estereolitografia (a) representação esquemática (b) sistema real (c) close-up de componentes (d) representante estruturas 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver maior figura</a> . tenda &quot;fo: manter-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> Figura 2. (A) a instalação experimental para o tubo de hidrogel inchaço (b) Tubo de hidrogel constrangido transforma em padrões diferentes. Barra de escala indica 5 mm. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> Figura 3. (A) Patterns formada em inchaço experimento. Eixo vertical indica t / h (assim a estabilidade) e, em eixo horizontal indica h / D (assim flambagem modo). Barra de escala indica 5 mm. (B) Flambagem modo depende apenas de h / D. Resultado experimental está de acordo com a previsão teórica. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver maior figura</a> . <table border="1"><tbody><tr><td colspan="2"> Amostra &lt;/ Strong&gt; </td><td> D (mm) </td><td> t (mm) </td><td> h (mm) </td></tr><tr><td rowspan="4"> Eu </td><td> Eu </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> Eu </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> Eu </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> Eu </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> As dimensões da tabela 1. Amostra medida através de microscópio óptico. Erros indicam incerteza de medição.

Demonstramos transformação padrão controlado de tubos de gel de inchamento pela instabilidade elástica. Um simples projecção de configuração estéreo-litografia micro é construído usando um off-the-shelf projector de dados digitais para o fabrico de estruturas tridimensionais poliméricas de uma forma de camada por camada. Inchaço tubos de hidrogel sob constrangimento mecânico exibir vários modos de instabilidade circunferenciais, dependendo da dimensão.

Micro impressão 3D usando um projetor digital e sua aplicação no estudo de Mecânica dos materiais macios

A flambagem é um tópico clássico da mecânica. Embora a flambagem tenha sido estudada durante muito tempo como um dos principais modos de falha estrutural1, ela tem atraído recentemente nova...

O objetivo geral do seguinte vídeo é demonstrar a construção de uma ferramenta simples para microfabricação de géis 3D e seu uso na transformação de padrões de tubos de gel inchados por instabilidade elástica. Uma impressora micro 3D simples é montada utilizando um projetor digital comercial, com o fim de fabricar amostras de gel tubulares com diferentes dimensões. A fabricação das amostras de gel tubulares é realizada projetando-se uma imagem projetada sobre o suporte da amostra, que está imerso em um banho de resina contendo uma solução de pré-polímero com fotoiniciador e fotoabsorvedor.Uma vez formada uma camada por fotopolimerização, o suporte da amostra desce e a próxima camada é fabricada sobre a anterior. Dessa forma, uma amostra tridimensional é fabricada camada por camada. Em seguida, cada amostra é colocada em contato com água para desencadear a transformação de forma por instabilidade elástica induzida por inchamento.Os resultados mostram que tubos circulares se transformam em vários padrões ondulados com diferentes números de onda, dependendo da geometria do gel de flambagem. A principal vantagem dessa técnica de fabricação em relação a métodos existentes, como a fototerapia, é que ela oferece uma ferramenta rápida de microfabricação 3D para materiais moles, como géis. Como resultado, diversas geometrias tridimensionais interessantes, difíceis de serem produzidas, podem agora ser facilmente realizadas como objetos físicos para estudo experimental.Para iniciar este procedimento, prepare a solução pré-polímero contendo o iniciador fotossensível e o absorvedor fotossensível conforme descrito no protocolo escrito. Após a preparação da solução, posicione um projetor digital de dados em uma superfície plana e estável e conecte-o a um computador com o Microsoft PowerPoint instalado. Coloque uma lente convexa diretamente em frente à lente de saída do feixe do projetor digital.Escolha uma lente convexa para posicionar o plano focal a cerca de 10 centímetros do projetor. A resolução óptica diminui para uma lente com distância focal mais curta, mas é necessário reservar um espaço para os componentes ópticos. Coloque um espelho após a lente convexa, no trajeto do feixe, em um ângulo de 45 graus para direcionar o feixe verticalmente para baixo.Em seguida, posicione um porta-amostras no plano focal do feixe projetado. O porta-amostras deve ser fixado a uma plataforma linear pela qual a posição vertical do porta-amostras é controlada. Por fim, coloque um banho de resina abaixo do porta-amostras para projetar um gel tubular, projetando uma imagem com número conhecido de pixels sobre o porta-amostras para medir a taxa de conversão de pixel para comprimento físico.Neste caso específico, uma imagem de 135 pixels media 5,8 milímetros, o que corresponde a 43 mícrons por pixel. Com base nessas informações, converta as dimensões físicas do tubo de gel, como diâmetro, espessura da parede e altura, em pixels. Em seguida, desenhe imagens em corte transversal para o tubo de gel.As imagens devem ser brancas com fundo preto. Insira essas imagens em slides do Microsoft PowerPoint. Inicie a apresentação de slides no Microsoft PowerPoint e projete qualquer imagem.Posicione o suporte da amostra no plano focal ajustando a posição vertical com o interruptor do estágio acoplado até obter uma imagem preta fictícia, de modo que não haja polimerização indesejada durante a adição da solução pré-polímera. Despeje a solução pré-polímera na cuba de resina. Encha a cuba até que a solução cubra levemente o suporte da amostra usando uma pipeta.Agora está pronto para imprimir o objeto 3D. Alterne para o slide contendo a primeira imagem em corte transversal do tubo de gel para polimerizar a primeira camada. Mantenha a projeção da imagem por oito segundos e, em seguida, retorne ao slide preto.Gire o botão do estágio linear em um quarto de volta, cerca de 160 mícrons, para baixar o suporte da amostra. Agora, resina fresca flui para cobrir a primeira camada polimerizada, caso a resina líquida seja muito viscosa para fluir. Mova o estágio mais para baixo para imergir completamente a camada fabricada na resina e posicione o estágio novamente a 160 mícrons abaixo da superfície.Projete novamente a imagem em corte transversal para polimerizar a segunda camada sobre a anterior. Repita este processo até que o tubo de gel com a altura desejada seja fabricado. Após a conclusão de todas as camadas, levante o suporte da amostra para fora da solução pré-polimérica e recupere a amostra fabricada.Usando cuidadosamente uma lâmina de barbear, enxágue a amostra em acetona por aproximadamente três horas e, em seguida, deixe secar por cerca de uma hora. Para realizar um experimento de inchamento, prepare uma camada líquida dupla de água e óleo em uma placa de Petri transparente. Posicione a interface entre água e óleo no plano focal da câmera ajustando a posição da placa de Petri e fixe a amostra seca em um suporte utilizando cola instantânea.Coloque o suporte da amostra de cabeça para baixo. Mergulhe a amostra no banho líquido de água e óleo. Aproxime a amostra da interface água-óleo a partir da camada de óleo.A amostra começa a inchar quando entra em contato com a superfície da água, enquanto o substrato base ao qual o tubo de gel é fixado permanece na camada superior de óleo. Dessa forma, a água pode difundir-se pela parede do tubo, permitindo que a amostra inche antes que a base restritiva se solte por umedecimento. Prossiga para monitorar a mudança no padrão conforme o tubo de gel incha.Utilizando uma câmera digital, é apresentado aqui um sistema simples de microestereolitografia por projeção que emprega um projetor de dados digital comercial. Uma lente convexa com distância focal de 75 milímetros concentra o feixe em uma pequena área de iluminação de dois centímetros por dois centímetros, resultando em uma resolução óptica aproximada de 45 mícrons. A resolução vertical é determinada pelo nível de precisão do estágio linear por camada.A espessura das estruturas produzidas para este estudo é de 160 mícrons. Cada camada foi polimerizada com oito segundos de iluminação luminosa. É apresentada uma estrutura tridimensional representativa fabricada pelo sistema.Este objeto é composto por 58 camadas de peg da. Um conjunto de tubos hidrogel de peg da foto-curáveis foi projetado e fabricado para obter baixa reticulação e, consequentemente, grande inchaço, conforme descrito no protocolo escrito; uma amostra foi colocada de cabeça para baixo em um banho de água e óleo. Como demonstrado no vídeo, dependendo dos parâmetros dimensionais, os tubos circulares permaneceram estáveis ou se transformaram em um padrão ondulado.A dimensão do tubo de gel determina o número de ondas que surgem durante a inchamento. A grande variedade de padrões de inchamento de diferentes amostras foi registrada por uma câmera digital. O eixo vertical indica a estabilidade como espessura sobre altura ou T sobre H, e o eixo horizontal indica o modo de flambagem como altura sobre diâmetro, ou H sobre D. Os números brancos indicam o número do modo de flambagem, que é o número de ondas ao longo da circunferência, conforme mostrado aqui.O modo de flambagem das amostras instáveis depende apenas de HD, em que o resultado experimental concorda bem com a previsão teórica. Utilizamos este método neste vídeo como uma ferramenta experimental útil para a mecânica de materiais moles, mas também encontraremos diversas aplicações em outras áreas da ciência e engenharia, incluindo robótica macia e engenharia biomédica. Além disso, é muito simples e acessível.Qualquer pessoa pode montar sua própria impressora 3D micro no laboratório seguindo o protocolo apresentado neste vídeo.

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

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Usando extrusão de plástico moderno e tecnologias de impressão, agora é possível de forma rápida e barata de produzir modelos físicos de dados de raios-X CT tomadas em um laboratório. A impressão tridimensional de tomografia de dados é uma visualização poderosa, pesquisa e ferramenta educacional que pode agora ser acessado pela comunidade de imagem pré-clínica.

Impressão 3D de pré-clínica de raios-X tomografia computadorizada de Conjuntos de Dados

Um novo sistema computacional com simulação de dinâmica molecular acelerada por GPU e visualização, análise e manipulação 3D/VR de nanoestruturas foi implementado, representando uma nova abordagem para avançar na pesquisa de materiais e promover investigações inovadoras e métodos alternativos para aprender sobre estruturas de materiais com dimensões invisíveis ao olho humano.

Novel 3D / VR ambiente interativo para MD Simulações, visualização e análise

Este artigo apresenta uma estratégia micromanufactura aditivo 3D (chamado de "micro-alvenaria ') para a fabricação flexível de sistema microeletromecânicos (MEMS) estruturas e dispositivos. Esta abordagem envolve a montagem de base de impressão por transferência de materiais micro / nanoescala em conjunção com as técnicas de ligação de material compatível com o tratamento térmico rápido.

Micro-alvenaria para Aditivo 3D Microfabricação

Modelos físicos de biomoléculas podem facilitar a compreensão de sua estrutura-função para o pesquisador, auxiliar na comunicação entre pesquisadores e servir como uma ferramenta educacional em empreendimentos pedagógicos. Aqui, fornecemos orientação detalhada para a impressão 3D de modelos precisos de biomoléculas usando impressoras 3D de mesa de fabricação de filamentos fundidos.

Impressão 3D de biomoleculares Modelos de Investigação e Pedagogia

Este trabalho apresenta um sensor de medição de cepa composto por um mecanismo de amplificação e um microscópio de polidimetilexino fabricado usando uma impressora 3D melhorada.

Produção de um dispositivo de medição de tensão com uma impressora 3D melhorada

A modelagem física de sistemas microscópicos ajuda a obter insights difíceis de obter por outros meios. Para facilitar a construção de modelos moleculares físicos, demonstramos como a impressão 3D pode ser usada para montar modelos macroscópicos funcionais que capturam qualidades de sistemas moleculares de forma tátil.

Conjunto interativo de modelos moleculares com impressão 3D

Este projeto permite que pequenos laboratórios desenvolvam uma plataforma fácil de usar para a fabricação de dispositivos microfluidos multicamadas precisos. A plataforma consiste em um adaptador de alinhamento de máscara de microscópio impresso tridimensionalmente usando o qual dispositivos microfluidos multicamadas com erros de alinhamento de &lt; 10 μm foram alcançados.

Design e desenvolvimento de um adaptador de alinhamento de máscara de microscópio impresso tridimensionalmente para a fabricação de dispositivos microfluidos multicamadas

Este método demonstra um fluxo de trabalho de impressão 3D baseado em voxel, que imprime diretamente de imagens médicas com fidelidade espacial exata e resolução espacial/contraste. Isso permite o controle preciso e graduado das distribuições de materiais através de materiais morfologicamente complexos e graduados correlacionados à radiodensidade sem perda ou alteração de dados.

Anatomia de Impressão Voxel: Design e Fabricação de Modelos realistas de planejamento pré-cirúrgico através da impressão bitmap

O presente protocolo descreve a impressão 3D baseada em processamento de luz digital de materiais polimédicos utilizando a polimerização da cadeia de transferência de adição reversível do tipo I e a subsequente pós-funcionalização do material in situ via polimerização mediada pela superfície. A impressão 3D fotoinduzida fornece materiais com propriedades a granel e interfaciais independentemente adaptadas e espacialmente controladas.

Impressão 3D e Modificação da superfície in situ através da polimerização da cadeia de adição reversível do tipo I fotoinitida

A impressão 3D em escala micrométrica permite a prototipagem rápida de dispositivos poliméricos para culturas de células neuronais. Como prova de princípio, as conexões estruturais entre os neurônios foram restringidas pela criação de barreiras e canais que influenciam o crescimento dos neuritos, enquanto as consequências funcionais de tal manipulação foram observadas pela eletrofisiologia extracelular.

Polimerização de dois fótons Impressão 3D de dispositivos de cultura de células neuronais em microescala

Aprenda microimpressão 3D usando projetor digital para fabricar tubos de gel com instabilidade elástica. Este método permite criar estruturas complexas em materiais macios para estudos de mecânica.

Micro impressão 3D usando um projetor digital e sua aplicação no estudo de Mecânica dos materiais macios

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