ハーバード・ルイス:3D プリントヘッドにおける多材料粘弾性インクの制御戦略

ハーバード・ルイス:3D プリントヘッドにおける多材料粘弾性インクの制御戦略
この記事は、生物学的3Dプリンティングの分野で著名なルイス教授によるものです。この記事では主に、ツーインワンプリントヘッドノズルを提案し、モデリング分析を行い、制御戦略を提案しています。

最終的に何が印刷されるか見てみましょう:

かっこいいでしょう!
連続押し出し印刷では、2 つの材料の切り替えを実現でき、写真からわかるように、精度は良好で、構造サイズは小さく、色の切り替えは非常に明確です。
もちろん、写真からわかるように、赤から白への切り替えはまだ完璧ではなく、接合部のピンクはまだかなり目立っています。
上の写真では、右下の写真に「緊張」という文字が書かれていますが、これは写真が張力を受けていることを意味します。ご覧のとおり、弾性係数の異なる2つの材料で印刷された全体構造は魔法のような効果を生み出します。次の記事も間もなく公開されます。

素材の切り替えの魔法の力をはっきりと示す別のビデオがこちらにあります。

これはどうやって行うのですか?

両側に 2 つの注入ポンプを備えた 2 in 1 フロー チャネルが処理されました。2 つの材料は中央で 1 つに統合されます。ノズルは独自の設計で、元の直径 d2 = 200um を d3 = 400um に拡張します。ここでの機能は、次の図に示すように、材料のインターフェイスをシャープにすることです。

直径が 2 倍になると、断面積は 4 倍になり、遷移長は 1/4 に短縮できます。賢い方法ですね。

このビジネスに詳しい人なら、これは何の素材なのかと尋ねるかもしれません。インターフェースは非常に明確なので、かなり粘着性があるように見えるはずです。
はい!これは PDMS ベースの材料で、粘度は約 91 Pa s で、非常に粘着性があります。下の写真のAとBは赤と黒の素材です。

私たちの生物学的 3D 印刷分野で使用されるハイドロゲル材料の多くは非常に粘性が高く、印刷を容易にするために粘度値を上げる必要がある場合もあります。

材料のレオロジー特性を慎重にテストし、非ニュートン流体の HB モデル パラメータを取得しました。

次に、ノズルの内部圧力と流量の具体的な関係を詳細に分析しました。モデリング方法は非常に興味深いもので、材料とノズル構造の粘弾性特性を電気工学の静電容量と抵抗に対応させ、圧力が電圧に対応し、流量が電流に対応するようにしています。したがって、ノズルの出口は、下の図に示すように、伝説的な「接地」です。

しかし、多くの計算と推論を経て、単純な制御戦略が得られました。または、最初に予想される制御戦略を実験し、その後式を導き出したと言うべきでしょう。

簡単に言うと、赤から黒に切り替えると、赤は 1 つの値を吸収し、黒は 1 つの値を押し下げます。とても簡単です。
この印刷モデルは幅広い展望があり、業界からの注目に値します。

著者: 王 ヘラン 出典: 生物 3D プリントの最先端技術


ハーバード、ルイス、材料、粘弾性、弾性

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