Numerical and experimental investigaton of ultrasonic embossing technique for fabrication of thermoplastic microfluidic devices
Termoplastik mikroakışkan cihazların üretimi için ultrasonik baskı tekniğinin numerik ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 517444
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ALİ SAHİR ARIKAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ ENDER YILDIRIM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Bu çalışmada termoplastik mikroakışkan cihazların üretimine dönük olarak sıcak baskı (SB) ve ultrasonic baskı (UB) tekniklerinin mekanizmalarını tanımlamak için numerik modeller ve deneysel sonuçlar sunulmuştur. PMMA malzemeler her iki teknikte mikrofrezelenmiş alüminyum kalıplar kullanılarak basılmıştır. SB tekniğinde baskı sıcaklığının, süresinin ve kuvvetinin performans çıktılarına (replikasyon oranı ve kanal simetrisi) etkileri numerik ve deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar sıcaklığın performans çıktıları üzerinde önemli etkisini, sürenin ve kuvvetin düşük etkisini ortaya çıkarmıştır. Deneysel ve sonlu eleman (SE) analizleri malzemenin akış karakteristiklerinin kanal kayıklığındaki güçlü etkisini vurgulamıştır. Bu çalışmada UB tekniği mikrokanal üretim süresi birkaç saniye olduğundan SB'ye alternatif olarak değerlendirilmiştir. Geliştirilen SE modeli kullanılarak, UB tekniğinde malzeme deformasyonu ve kalıp ve malzeme kesitinde sıcaklık dağılımı incelenmiştir. Bulgular, 3 mm kalınlığında PMMA malzeme ve düz kanal desenli kalıp kullanılarak yapılan deneylerle teyid edilmiştir. Kalıp desenleri oda sıcaklığında 5 saniyede yüksek replikasyon oranlarında (genişlikte 99.5%, derinlikte 100%) basılmıştır. SE ve ısı kamera analizleri, UB deneylerinde yarı daire geometrisinde işlemden etkilenmiş bir bölgenin (İEB) malzemenin cam geçiş sıcaklığındaki (107oC) izo-sıcaklık yüzeyi ile çevrelendiğini ispatlamıştır. SB ve UB yöntemleri ile üretilmiş kanalların kapatılması solvent-destekli sıcak-baskı yöntemi ile başarıyla sağlanmıştır. Mikroakışkan cihaz üretiminde UB işleminin ve kalıpların mikrofreze ile üretiminin uygunluğunu göstermek için bir hidrojel damla üretici çip tasarlanmış ve üretilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, numerical models and experimental results were presented to describe mechanisms of hot embossing (HE) and ultrasonic embossing (UE) for fabrication of thermoplastic microfluidic chips. The substrates were embossed using micromilled aluminum molds in both techniques. Effects of embossing temperature, time, and force on performance outputs (replication rates and channel symmetry) were investigated numerically and experimentally in HE. Experimental results revealed the importance of temperature on performance outputs, whereas time and force have less effect. The experimental and finite element (FE) analyses emphasized the strong dependency of the channel skewness on substrate flow characteristics. In this study UE is considered as an alternative to HE since microfluidic channel embossing time is few seconds. The substrate deformation and temperature distribution across the mold and the substrate in UE were investigated using an FE model. The findings were verified with experiments using 3 mm thick PMMA substrate and a mold with straight channels. The mold pattern was replicated in 5 s at room temperature with high replication rates (99.5% in width and 100% in depth). A process-affected zone in the shape of a semi-circle observed in the experiments was proven by FE and thermal camera analyses to be bounded by the isothermal surface at the glass transition temperature of the substrate (107oC). Sealing of the fabricated channels were achieved by solvent-assisted thermo-compressive bonding in HE and UE. A hydrogel droplet generator chip was designed and fabricated to demonstrate the suitability of the UE and micromilled mold for microfluidic device fabrication.
Benzer Tezler
- Kompakt değişken kapasiteli kompresör için soğutma kapasitesi artışının sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of increasing cooling capacity for compact variable capacity compressor
SEMİH GÜREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
- Time evolution of the flow characteristics around bridge abutments during scouring process
Oyulma esnasında köprü yan ayakları etrafında zamana bağlı olarak akım karakteristiklerinde oluşan değişimlerin incelenmesi
BURHAN YILDIZ
Doktora
İngilizce
2014
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METE KÖKEN
PROF. DR. MUSTAFA GÖĞÜŞ
- Yüksek ölçüm hassasiyetine sahip ultrasonik ısı sayacı tasarımı, sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Ultrasonic heat meter design with high measurement precision, numerical and experimental investigation
FUAD SAMADZADE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF TEKİN
- Eğimli kanalda ardışık baraj yıkılmasının deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of sequential dam-break in inclined channel
KAAN DAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİskenderun Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELAHATTİN KOCAMAN
- Ultrasonically assisted deep drawing process on servo crank press
Servo krank pres ile ultrasonik destekli derin çekme işlemi
SADIK OLGUNER
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ TOLGA BOZDANA