Embedded 3D Printing of Newtonian Fluids in Elasto-viscoplastic Matrix
Notice bibliographique
Résumé
Embedded 3D printing (EM3D) enables freeform patterning of soft materials by extruding ink into a yield-stress supporting matrix. While prior studies have focused on viscoplastic or shear-thinning inks, printing Newtonian fluids─such as silicone oil and liquid metal─remains challenging due to (i) matrix yielding induced by needle motion and (ii) Rayleigh–Plateau (RP) instability driven by interfacial tension. In this study, we investigate the EM3D of Newtonian inks with extremely low surface tension (silicone oil) and extremely high surface tension (Galinstan liquid metal), embedded in an elasto-viscoplastic Laponite matrix. Flow visualization with particle image velocimetry reveals that matrix yielding around the needle scales with (γ̇ c /γ̇ Y ) 1/3, where γ̇ c = U / d is the characteristic shear rate and γ̇ Y = 2π f γ Y is the yield threshold derived from amplitude sweep rheology. We demonstrate that printing orthogonal to a straight-needle aggravates matrix yielding and compromises print fidelity. To resolve this issue, we propose a bent-needle geometry, which reduces the yielded region and improves filament stability by minimizing stress propagation along the needle path. To address RP instability, we derive a theoretical stability criterion that balances interfacial tension Γ and yields stress τ Y, given by τ Y ∝ Γ/ d . This prediction is experimentally validated using Newtonian inks with distinct interfacial tensions (35 mN/m for silicone oil and 345 mN/m for Galinstan). Our findings provide a unified design framework for Newtonian-ink EM3D, incorporating both rheological and geometric strategies to overcome flow-induced instability. This work expands the accessible material space for EM3D by providing fundamental insights into fluid–matrix interactions, offering practical guidelines for reliable printing of Newtonian inks in soft electronics and bioprinting applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».