प्रकाश-आधारित ग्रेस्केल पैटर्निंग के साथ 4-डी प्रिंटिंग परिवर्तनीय आकार बदलने वाली सामग्री

RRB- ग्रुप-डी (2018) Special || प्रकाश के अपवर्तन पर आधारित Numericals || Lens || (जुलाई 2019).

Anonim

रिवर्सिबल आकृति परिवर्तन कई बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए एक अत्यधिक वांछनीय संपत्ति है, जिसमें यांत्रिक एक्ट्यूएटर, मुलायम रोबोटिक्स और कृत्रिम मांसपेशियां शामिल हैं। प्रकाश के साथ विकिरण के दौरान कुछ सामग्रियों आकार या आकार को बदल सकते हैं, रिमोट कंट्रोल के लिए प्रत्यक्ष संपर्क पेशकश संभावनाओं के बिना यांत्रिक विकृति को ट्रिगर कर सकते हैं। परिवर्तनीय अभियंता, आकार बदलने (आरएससी) संरचनाओं-सक्रिय सामग्री जो बाहरी उत्तेजना जैसे प्रकाश, गर्मी या विद्युत क्षेत्रों का जवाब देती हैं, अन्य गैर-निष्क्रिय सामग्री के साथ मिलकर उपयोग की जाती हैं। हालांकि उन्नत बहु-सामग्री 3-डी मुद्रण ने आरएससी संरचनाओं के डिजाइन और निर्माण को सक्षम किया है, लेकिन केवल विशिष्ट सामग्री मुद्रित की जा सकती है, व्यापक उपयोग को सीमित कर सकती है।

एक विकल्प के रूप में, हाल ही में एक सरल विधि को 'ग्रेस्केल पैटर्न' का उपयोग करके फोटोपॉलिमर्स या हल्के-सक्रिय रेजिन पर अनुमानित पैटर्न के प्रकाश तीव्रता वितरण को नियंत्रित करने और रिवर्सिबल, स्वयं-फोल्डिंग और 2-डी ओरिगामी संरचनाओं को प्रकट करने के लिए क्रॉसलिंकिंग को प्रेरित करने के लिए प्रस्तुत किया गया था। विभिन्न प्रकाश तीव्रता के परिणामस्वरूप फोटोकर्ड पॉलिमर शीट्स के भीतर अलग-अलग क्रॉसलिंकिंग घनत्व होते हैं। एक नए अध्ययन में, क्यूई और सह-श्रमिकों ने नियंत्रित प्रकाश तीव्रता वितरण के लिए ग्रेस्केल पैटर्न को 2-डी सतह से 3-डी प्रिंटिंग तक इंजीनियर आरएससी संरचनाओं परत-दर-परत में स्थानांतरित कर दिया। यदि ग्रेस्केल पैटर्न अच्छी तरह से डिजाइन किए गए थे, तो 4-डी व्यवहार के लिए समय (चौथा आयाम) में उलटा होने की क्षमता के साथ 3-डी संरचनाओं की विविधता संभव हो गई थी। परिणाम अब बहुआयामी सामग्री, आईओपी विज्ञान में प्रकाशित हैं।

सिद्धांत के सबूत के रूप में, अध्ययन ने एक यूवी प्रोजेक्टर प्रकाश स्रोत के साथ ग्रेस्केल 4-डी प्रिंटिंग के लिए डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग (डीएलपी) प्रिंटर का उपयोग किया, ताकि पॉली (एथिलीन ग्लाइकोल) डायक्रिलेट (पीईजीडीए), ब्यूटाइल मेथैक्राइलेट से बना एक फोटोकुरेबल तरल राल पॉलिमर मुद्रित किया जा सके। (बीएमए), ब्यूटिल एक्रिलेट (बीए), फोटोजिटीएटर और फोटोबॉसर। ब्याज की संरचना को पहले प्रत्येक प्रिंटिंग परत से संबंधित चित्रों में डिजाइन और कटा हुआ किया गया था। विभिन्न स्थानिक पदों पर प्रत्येक चित्र के डिज़ाइन किए गए ग्रेस्केल को मैटलैब का उपयोग करके संसाधित किया गया था और प्रिंटिंग के लिए यूवी प्रोजेक्टर को पास किया गया था। भौतिक निर्माण का सिद्धांत तरल राल समाधान के फोटोइंडेड सख्त बनाने के लिए हल्के विकिरण पर आधारित था। इंजीनियर उत्पाद अलग-अलग स्थानिक स्थितियों पर विविध क्रॉसलिंक घनत्व के साथ एक संरचना थी जो परिवर्तनीय आकार परिवर्तन को सक्षम करने के लिए था।

जब मुद्रित संरचना को पानी के स्नान में डुबोया गया था, तो विलुप्त होने के रूप में जाना जाने वाला एक प्रक्रिया शुरू हुई, क्योंकि अलग-अलग क्रॉलिंक सामग्री के भीतर छोटे ओलिगोमर्स संरचना से बाहर फैल गए, जिससे मुद्रित संरचना कम ठीक हिस्से की ओर विकृत हो गई। ग्रेस्केल पैटर्न के डिजाइन के आधार पर, विलुप्त होने वाले प्रेरित विरूपण के माध्यम से विभिन्न प्रकार की स्व-तह संरचनाएं बनाई गई थीं।

एसीटोन के समाधान में आकार परिवर्तन उलटा और अपेक्षाकृत तेज़ था; संरचनाओं ने समाधान में रहते हुए विलायक को अपने मूल आकार को सूजन और पुनर्प्राप्त करने के लिए अवशोषित किया। पुनर्प्राप्त संरचना फिर से एसीटोन से हटाने पर झुकती है, जो हवा में इसकी द्वितीयक संरचना को उलट देती है।

सिद्धांत रूप में, कटा हुआ छवि के प्रत्येक पिक्सेल के ग्रेस्केल मान ने प्रकाश तीव्रता या प्रकाश खुराक को नियंत्रित किया, जिसने मुद्रण के दौरान सामग्री के अंतिम रूपांतरण को प्रभावित किया। प्रक्रिया को ग्रेस्केल पैटर्न और परिणामी निर्माण को नियंत्रित करने के लिए डिजिटलीकृत किया गया था। नई विकसित सामग्री को एटीआर-एफटीआईआर (क्षीणित कुल प्रतिबिंब-फूरियर ट्रांसफॉर्म इंफ्रा-रेड स्पेक्ट्रोस्कोपी) का उपयोग करके फोटोपॉलिमराइज्ड नमूने के इलाज (डीओसी) की डिग्री को मापने के लिए वर्णित किया गया था, इसके बाद सामग्री कठोरता, फोटो-क्यूरेशन प्रतिक्रिया का परीक्षण करने के लिए युवा मॉड्यूलस को मापने के बाद गतिशीलता और विलुप्त होने बनाम वसूली की मात्रा।

सक्रिय उत्तेजना जो बाह्य उत्तेजना के जवाब में आकार या फ़ंक्शन को बदले में बदलती हैं, उनमें एयरोस्पेस इंजीनियरिंग, चिकित्सा उपकरणों और लचीली इलेक्ट्रॉनिक्स में आकार मेमोरी पॉलिमर के रूप में अनुप्रयोग होते हैं। स्व-विस्तार / संकीर्ण संरचनाएं प्रकाश actuators के रूप में और अनुप्रयोगों के लिए एंडोवास्कुलर स्टेंट के रूप में उपयोगी हैं। इस तरह के डिज़ाइनों को ग्रेस्केल 4-डी प्रिंटिंग विधि का उपयोग करके स्वयं विस्तार / घटाने वाली सामग्री के रूप में अध्ययन में भी इंजीनियर किया गया था। परिवर्तन के लिए समय एसीटोन में 6 मिनट और हवा में 25 मिनट के बीच भिन्न होता है। इस अवधारणा को उसी विधि का उपयोग करके एक सपाट सतह से घन आकार तक बढ़ाया गया था, एसीटोन में वसूली का समय लगभग 4 मिनट था और हवा में सुखाने का समय 8 मिनट था। वही एट अल एक ही अवधारणा का उपयोग करना। हवा में समाधान और खिलने में सिकुड़ने के लिए फूल की तरह संरचना भी बनाई।

शोधकर्ताओं ने अतिरिक्त रूप से उन्नत ऑक्सेटिक संरचनाओं या मेटामटेरियल्स विकसित किए (जो कि आंतरिक रूप से नकारात्मक पोइसन अनुपात है) मुद्रण सामग्री को नियोजित करने के लिए सामान्य सामग्री (सकारात्मक पोइसन अनुपात) के साथ मिलकर, दोनों के बीच अभियंता परिवर्तन करने के लिए।

ग्रेस्केल 4-डी प्रिंटिंग विधि को सक्रिय संरचनाओं को बनाने के लिए एक सरल और किफायती तकनीक प्रदान करने के लिए सबूत के सिद्धांत के रूप में विकसित किया गया था। लेखक इलेक्ट्रिक रोबोटिक्स और एंडोवास्कुलर स्टेंट में समग्र सामग्री के रूप में इंजीनियर सामग्री के लिए संभावित बायोमेडिकल अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला का प्रस्ताव देते हैं।

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