論文の概要: Electrospun Fields: 3D Nano-Fiber Material Computation as Design Method
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.05487v1
- Date: Mon, 24 Aug 2026 21:39:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-22 20:35:17.619595
- Title: Electrospun Fields: 3D Nano-Fiber Material Computation as Design Method
- Title（参考訳）: 電界:設計法としての3次元ナノファイバー材料計算
- Abstract要約: 従来のエレクトロスピニングは、平らな基板への堆積を制限する固定されたエミッターと平面的な接地コレクタに依存している。
6軸のUR20アームを内蔵したカスタムエンドエフェクターでこの問題に対処する。
4つの生体適合性ポリマーシステムのカタログは、沈着速度、ジェット安定性、繊維サイズ、アライメント、耐久性を報告し、操作エンベロープを確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a robotic electrospinning platform and design method for depositing nanofiber membranes onto non-planar, three-dimensional conductive geometries. Conventional electrospinning relies on fixed emitters and planar grounded collectors, which restricts deposition to flat substrates: on concave geometries, field shielding prevents fibers from reaching recessed regions, and material bridges across elevated features instead. We address this with a custom end-effector integrated with a six-axis UR20 arm. The tool carries a localized stepper-driven syringe pump that maintains consistent polymer flow independent of orientation, and routes high-voltage DC (up to 25 kV) directly to a robot-mounted needle, turning the arm into a mobile emitter with full kinematic control over position, orientation, working distance, and traversal velocity. Toolpaths that continuously reorient the emitter along surface normals give access to concave topologies unreachable by fixed-axis systems. We characterize the resulting deposition behavior in two parts. A catalog of four bio-compatible polymer systems (PEO, PVA, keratin-PEO, silk-PEO) establishes the operating envelope, reporting deposition speed, jet stability, fiber size, alignment, and durability for each. A taxonomy of 3D-printed conductive scaffolds spanning geometric primitives, hybrid compositions, and square, triangular, and hexagonal lattices links collector geometry to fiber alignment, density, and cross-void bridging. We also demonstrate programmable grounding, in which selectively energized pins in an array steer deposition without changing physical geometry. Assembly instructions and toolpath-generation code are released as an open-source repository.
- Abstract（参考訳）: ナノファイバー膜を非平面3次元導電性ジオメトリに堆積するロボット・エレクトロスピニングプラットフォームと設計法を提案する。
従来のエレクトロスピニングは固定されたエミッターと平面的な接地コレクターに依存しており、これは平らな基板への堆積を制限する。
6軸のUR20アームを内蔵したカスタムエンドエフェクターでこの問題に対処する。
このツールは、方向に依存しない一貫したポリマーの流れを維持し、高電圧のDC(最大25kV)を直接ロボット装着針に流し込み、位置、方向、作業距離、走行速度に対する完全なキネマティック制御を備えた移動式エミッタに腕を回す。
表面の正常に沿ってエミッタを継続的に並べ替えるツールパスは、固定軸系では到達できない凹凸トポロジへのアクセスを与える。
生成した沈着挙動を2つの部分で特徴づける。
生体適合性高分子系(PEO, PVA, ケラチン-PEO, 絹-PEO)のカタログは, 沈着速度, ジェット安定性, 繊維サイズ, 配向性, 耐久性を報告し, 操作エンベロープを確立する。
幾何学的プリミティブ、ハイブリッド合成、正方形、三角形、六角形格子にまたがる3Dプリント導電性足場の分類は、コレクター幾何学とファイバーアライメント、密度、およびクロスボイドブリッジングを結びつけている。
また, 物理形状を変化させることなく, アレイステア堆積中のピンを選択的にエネルギ化するプログラマブルグラウンドについても示す。
アセンブリ命令とツールパス生成コードは、オープンソースリポジトリとしてリリースされている。
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