Droplet impact on soft substrates for 3D bioprinting

3D 生物打印中液滴对软基材的影响

• 批准号: 22KJ1239
• 负责人: 横山 裕杜
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1239/
• 关键词: 液滴衝突; 応力場計測; 軟質材料; 光弾性法

本年度は，「光弾性法を利用した基板内応力場測定法の確立」，「液滴-基板の動的相互作用を考慮し最大半径と基板内応力を予測する理論モデルを構築」に取り組んだ．前者に関して，まず，光弾性法によって実験的に得られる偏光の位相差と方位の情報について，応力場の解析解から予測される位相差・方位分布と比較検証を行った．その結果，実験値と理論値の良い一致が得られ，これまで未検証であった大変形を伴う軟質材料に対しても光弾性法の理論が適用可能であることを示した．この成果は国際共著論文として国際学会誌(Yokoyama et al., Opt. Lasers Eng., 2023，Mitchell and Yokoyama et al., J Mech. Phys. Solids., 2023)で発表した．また，計測した位相差・方位角のデータから基板内応力場を再構成するトモグラフィー手法の構築にも成功した．この成果は，国内・国外学会(日本実験力学会2022年度年次講演会，アメリカ物理学会流体力学部門2022，他1件)で発表し，現在，国際学会誌への投稿に向けて筆中である．後者に関して，基板の材質や液滴物性を変更した実験を行い，発生する応力場の特徴について調査した．また，令和5年度に実施予定の「バイオインクに近い液滴(模擬バイオインク)の衝突挙動の調査」を一部先行し，粒子入り懸濁液の液滴衝突実験や，ハイドロゲルビーズの生成に関して実験環境の整備と予備実験を行った．

This year, the "Establishment of the Method for Measuring the Internal Force Field in the Substrate by Using the Optical Properties Method" and the "Theoretical Construction for Considering the Dynamic Interaction between Droplets and the Substrate and Predicting the Internal Force in the Substrate" were selected. The former is related to the optical property method, which is used to obtain the polarization phase difference and orientation information, and the analytical solution of the force field to predict the phase difference, orientation distribution and comparison. The results show that the theory of optical properties is applicable to soft materials. Yokoyama et al., Opt. Lasers Eng., 2023，Mitchell and Yokoyama et al., J Mech. Phys. Solids., 2023). To measure the phase difference, azimuth angle and internal force field of the substrate, the construction method of the substrate is successful. The results of this research have been published by domestic and foreign societies (Japan Society of Mechanics Annual Lecture 2022, Department of Fluid Mechanics 2022, Institute of Physics, 1 piece). Now, the International Society of Mechanics has submitted its contribution to the paper. The latter is related to the investigation of the characteristics of the force field generated by the change of the material and droplet properties of the substrate. In 2005, the "Investigation on the Conflict of Near Liquid Droplets (Simulation)" was carried out in advance, and the conflict of liquid droplets with particles was carried out. The preparation of environmental conditions was carried out.

项目成果

矩形管内三次元流体応力場の光弾性計測システムに関する検討

矩形管内三维流体应力场光弹测量系统研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakamine K.;Muto M.;Yokoyama Y.;and Tagawa Y.;田川義之，中峰健登，ウォービーウィリアム海アレクサンダー，横山裕杜，楠野宏明，武藤真和
• 通讯作者: 田川義之，中峰健登，ウォービーウィリアム海アレクサンダー，横山裕杜，楠野宏明，武藤真和

Integrated Photoelasticity in a Soft Material: Phase Retardation, Azimuthal Angle, and Stress-Optic Coefficient

软材料中的集成光弹性：相位延迟、方位角和应力光学系数

• DOI: 10.1016/j.optlaseng.2022.107335
• 发表时间: 2022
• 期刊: Optics and Lasers in Engineering
• 影响因子: 4.6
• 作者: Yokoyama;Y.;Mitchell;B. R.;Nassiri;A.;Kinsey;B. L.;Korkolis;Y. P.;Tagawa;Y.,
• 通讯作者: Y.,

Droplet impact on highly deformable substrate and three-dimensional stress fields measurement by photoelastic tomography

液滴对高变形基底的冲击及光弹性断层扫描三维应力场测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Yokoyama Y.;Ichihara S.;Mitchell B. R.;Nassiri A.;Kinsey B. L.;Korkolis Y. P.;and Tagawa Y.
• 通讯作者: and Tagawa Y.

光弾性ベクトルトモグラフィーによる軟質材料内応力場の実験的計測

利用光弹性矢量层析成像技术测量软材料应力场

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakamine K.;Muto M.;Yokoyama Y.;and Tagawa Y.;田川義之，中峰健登，ウォービーウィリアム海アレクサンダー，横山裕杜，楠野宏明，武藤真和;武藤真和，ウォービーウィリアム海アレクサンダー，中峰健登，横山裕杜，田川義之;横山裕杜，市原さやか，Benjamin Mitchell，Ali Nassiri，Brad Kinsey，Yannis Korkolis，田川義之
• 通讯作者: 横山裕杜，市原さやか，Benjamin Mitchell，Ali Nassiri，Brad Kinsey，Yannis Korkolis，田川義之

クエット流動化における応力計測と高速度偏光カメラによる複屈折の同時計測手法の開発

开发使用高速偏振相机同时测量库埃特流化中的应力和双折射的方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Sudo Tatsuya;Yamashita Shohei;Koike Natsumi;Kamiya Hidehiro;Okada Yohei;ウォービーウィリアム海アレクサンダー，中峰健登，横山裕杜，武藤真和，田川義之
• 通讯作者: ウォービーウィリアム海アレクサンダー，中峰健登，横山裕杜，武藤真和，田川義之