Yumuşak Malzemelerin Mekaniği Çalışması Dijital Projektör ve Uygulama Kullanarak Mikro 3D Baskı

Aşağıdaki videonun genel amacı, basit bir 3D jel mikrofabrikasyon aracının yapımını ve elastik instabilite ile şişen jel tüplerinin desen dönüşümünde kullanımını göstermektir. Basit bir mikro 3D yazıcı, farklı boyutlarda boru şeklindeki jel numunelerini üretmek için kullanıma hazır bir dijital veri projektörü kullanılarak inşa edilir. Boru şeklindeki jel numunelerinin imalatı, tasarlanmış bir görüntünün, foto başlatıcı ve foto emici ile bir ön polimer çözeltisi içeren bir reçine banyosuna daldırılan numune tutucuya yansıtılmasıyla elde edilir.

Foto polimerizasyon ile bir katman oluşturulduktan sonra, numune tutucu düşer ve bir sonraki katman bir öncekinin üzerine üretilir. Bu şekilde, bir 3D numune katman katman şeklinde üretilir. Daha sonra, şişme kaynaklı elastik instabilite ile şekil dönüşümünü tetiklemek için her numune su ile temas ettirilir.

Sonuçlar, dairesel tüplerin, burkulma jelinin geometrisine bağlı olarak farklı dalga numaralarına sahip çeşitli dalgalı desenlere dönüştüğünü göstermektedir. Bu üretim tekniğinin fototerapi gibi mevcut yöntemlere göre en büyük avantajı, jeller gibi yumuşak malzemeler için hızlı bir 3D mikrofabrikasyon aracı sunmasıdır. Sonuç olarak, yapılması zor olan çeşitli ilginç üç kazı geometrisi artık deneysel çalışma için fiziksel nesnelere kolayca gerçekleştirilebilir.

Bu prosedüre başlamak için, yazılı protokolde açıklandığı gibi foto başlatıcı ve foto emici içeren ön polimer çözeltisini hazırlayın. Çözelti hazırlığının ardından, bir dijital veri projektörünü düz ve sabit bir konuma yerleştirin ve Microsoft PowerPoint'in kurulu olduğu bir bilgisayara bağlayın. Dijital projektörün ışın çıkış merceğinin hemen önüne dışbükey bir mercek yerleştirin.

Odak düzlemini projektörden yaklaşık 10 santimetre uzakta yapmak için dışbükey bir lens seçin. Daha kısa odak uzaklığına sahip bir lens için optik çözünürlük küçülür, ancak optik bileşenler için biraz alan ayrılması gerekir. Işını düz bir şekilde aşağı yönlendirmek için ışın yoluna 45 derecelik bir açıyla dışbükey merceğin arkasına bir ayna yerleştirin.

Ardından, yansıtılan ışının odak düzlemine bir numune tutucu yerleştirin. Numune tutucu, numune tutucunun dikey konumunun kontrol edildiği doğrusal bir aşamaya bağlanmalıdır. Son olarak, bir pikselden fiziksel uzunluğa dönüşüm oranını ölçmek için numune tutucuya bilinen piksel numaralarına sahip bir görüntü olan jel tüpleri Projesini tasarlamak için numune tutucunun altına bir reçine banyosu yerleştirin.

Bu özel durumda, 135 piksellik bir görüntü 5,8 milimetre ölçüldü ve bu da piksel başına 43 mikrona karşılık geliyor. Bu bilgilere dayanarak, çap, duvar kalınlığı ve yüksekliği üretmek için jel tüpünün fiziksel boyutlarını piksellere dönüştürün. Ardından, jel tüpü için kesit görüntüleri çizin.

Resimler siyah arka planlı beyaz olmalıdır. Bu görüntüleri Microsoft PowerPoint slaytlarına ekleyin. Microsoft PowerPoint'te slayt gösterisi başlatın ve herhangi bir görüntüyü yansıtın.

Ön polimer çözeltisi eklenirken istenmeyen polimerizasyon olmaması için ekli aşama anahtarını kullanarak dikey konumu sahte siyah bir görüntüye ayarlayarak numune tutucuyu odak düzlemine yerleştirin. Ön polimer çözeltisini reçine banyosuna dökün. Solüsyon bir pipet kullanarak numune tutucuyu hafifçe kaplayana kadar banyoyu doldurun.

Artık 3D nesneyi yazdırmaya hazırdır. İlk katmanı polimerize etmek için jel tüpünün ilk kesit görüntüsünü içeren slayta geçin. Görüntüyü sekiz saniye boyunca yansıtmaya devam edin ve ardından karartma slaytına geri dönün.

Numune tutucuyu indirmek için doğrusal tabladaki düğmeyi yaklaşık 160 mikron çeyrek tur çevirin. Şimdi taze reçine, sıvı reçinenin akamayacak kadar viskoz olması durumunda polimerize ilk tabakayı kaplamak için içeri akar. Fabrikasyon katmanı reçineye tamamen daldırmak için sahneyi daha da aşağı hareket ettirin ve sahneyi yüzeyin 160 mikron altına geri yerleştirin.

İkinci katmanı bir öncekinin üzerine polimerize etmek için kesit görüntüsünü tekrar yansıtın. İstenilen yükseklikte jel tüpü üretilene kadar bu işlemi tekrarlayın. Tüm katmanlar tamamlandıktan sonra, numune tutucuyu ön polimer çözeltisinden kaldırın ve fabrikasyon numuneyi alın.

Bir tıraş bıçağı kullanarak dikkatlice numuneyi asetonda yaklaşık üç saat durulayın ve ardından yaklaşık bir saat kurumasını bekleyin. Bir şişme deneyi yapmak için, şeffaf bir Petri kabında bir su yağı çift katmanlı sıvı hazırlayın. Kameranın odak düzlemindeki su yağı arayüzünü bulun Petri kabının konumunu ayarlayarak kuru numuneyi bir numune tutucuya yapıştırın.ampsüper yapıştırıcı kullanarak.

Numune tutucuyu ters çevrilecek şekilde çevirin. Numuneyi su, yağ, sıvı banyosuna daldırın. Numuneyi yağ tabakasından su yağı arayüzüne yaklaştırın.

Numune su yüzeyine temas ettiğinde numune şişmeye başlar, jel tüpünün sabitlendiği baz substrat ise üst yağ tabakasında kalır. Bu şekilde, su tüp duvarına yayılabilir ve kısıtlayıcı taban ıslanarak gevşemeden önce numunenin şişmesine izin verir. Jel tüpü şişerken desen değişikliğini izlemeye devam edin.

Bir dijital kamera kullanarak, kullanıma hazır bir dijital veri projektörü kullanan basit bir projeksiyon mikro stereolitografi sistemi burada gösterilmektedir. Odak uzaklığı 75 milimetre olan dışbükey bir mercek, ışını iki santimetreye iki santimetrelik küçük bir aydınlatma alanına yoğunlaştırır ve bu da düz optik çözünürlüğün yaklaşık 45 mikron olmasını sağlar. Dikey çözünürlük, doğrusal aşama katmanının hassasiyet seviyesi ile belirlenir.

Bu çalışma için yapılan yapıların kalınlığı 160 mikrondur. Her katman sekiz saniyelik ışık aydınlatması ile polimerize edildi. Sistem tarafından üretilen temsili bir 3D yapı gösterilmektedir.

Bu nesne 58 peg da katmanından oluşur. Düşük çapraz bağlanma ve dolayısıyla yazılı protokolde tarif edildiği gibi büyük şişme elde etmek için bir dizi fotoğrafla kürlenebilen peg da hidrojel tüp tasarlandı ve üretildi, bir numune bir su yağı banyosuna baş aşağı yerleştirildi. Videoda gösterildiği gibi, boyutsal parametrelere bağlı olarak, dairesel tüpler ya sabit kaldı ya da dalgalı bir desene dönüştü.

Jel tüpünün boyutu, şişme sırasında ortaya çıkan dalgaların sayısını belirler. Farklı numunelerin çok çeşitli şişme desenleri bir dijital kamera tarafından yakalandı. Dikey eksen, stabiliteyi yükseklik üzerinden kalınlık veya H üzeri T olarak gösterir ve yatay eksen, burkulma modunu çap üzerinden yükseklik veya H üzeri D olarak gösterir.Beyaz sayılar, burada gösterildiği gibi çevre boyunca dalga sayısı olan burkulma modu numarasını gösterir.

Kararsız numunelerin burkulma modu, yalnızca deneysel sonucun teorik tahminle iyi bir şekilde uyuştuğu HD'ye bağlıdır. Bu videoda bu yöntemi yumuşak malzeme mekaniği için yararlı bir deneysel araç olarak kullanıyoruz, ancak yumuşak robotik ve biyomedikal mühendisliği de dahil olmak üzere diğer bilim ve mühendislik alanlarında da birçok uygulama bulacağız. Ayrıca, çok basit ve uygun fiyatlı.

Bu videoda sunulan protokolü takip ederek herkes laboratuvarda kendi mikro 3D yazıcısını kurabilir.