Integrating Computer-Aided Design and Nano-Indentation for Complex Lithograph

2013 ◽  
Vol 1 (1) ◽  
Author(s):  
Kangmin Xu ◽  
Seung-Cheol Yang ◽  
Xiaoping Qian
Keyword(s):  
Computer Aided Design ◽  
Machining Parameters ◽  
Geometry Processing ◽  
B Splines ◽  
Nano Indentation ◽  
Atomic Force ◽  
Computer Aided ◽  
Nanoscale Patterns ◽  
Aided Design ◽  
Straight Lines

We present an approach for producing complex nanoscale patterns by integrating computer-aided design (CAD) geometry processing with an atomic force microscope (AFM) based nanoindentation process. Surface modification is achieved by successive nanoindentation using a vibrating tip. By incorporating CAD geometry, this approach provides enhanced design and patterning capability for producing geometric features of both straight lines and freeform B-splines. This method automatically converts a pattern created in CAD software into a lithography plan for successive nanoindentation. For ensuring reliable lithography, key machining parameters including the interval of nanoindentation and the depth of nanogrooves have been investigated, and a proper procedure for determining the parameters has been provided. Finally, the automated nanolithography has been demonstrated on poly methylmethacrylate (PMMA) samples. It shows the robustness of complex pattern fabrication via the CAD integrated, AFM based nanoindentation approach.

Integrating CAD and Nano-Indentation for Complex Lithography

2012 ◽  
Author(s):  
Kangmin Xu ◽  
Seung-Cheol Yang ◽  
Xiaoping Qian
Keyword(s):  
Computer Aided Design ◽  
Geometric Features ◽  
Machining Parameters ◽  
Geometry Processing ◽  
B Splines ◽  
Nano Indentation ◽  
Atomic Force ◽  
Nanoscale Patterns ◽  
Aided Design ◽  
Straight Lines

We present an approach for producing complex nanoscale patterns by integrating computer-aided design (CAD) geometry processing with an atomic force microscope (AFM) based nanoindentation process. Surface modification is achieved by successive nano-indentation using a vibrating tip. By incorporating CAD geometry, this approach provides enhanced design and patterning capability for producing geometric features of both straight lines and freeform B-splines. This method automatically converts a pattern created in CAD software into a lithography plan for successive nanoindentation. For ensuring reliable lithography, key machining parameters including the interval of nanoindentation and the depth of nanogrooves have been investigated, and a proper procedure for determining the parameters has been provided. Finally, the automated nanolithography has been demonstrated on poly methylmethacrylate samples. It shows the robustness of the CAD integrated, AFM based nanoindentation approach in fabricating complex patterns.

A Computer-Aided Design and Manufacturing Implementation of the Atomic Force Microscope Tip-Based Nanomachining Process for Two-Dimensional Patterning

2017 ◽  
Vol 5 (4) ◽  
Author(s):  
E. B. Brousseau ◽  
S. Thiery ◽  
B. Arnal ◽  
E. Nyiri ◽  
O. Gibaru ◽  
...  
Keyword(s):  
Atomic Force Microscope ◽  
Computer Aided Design ◽  
Two Dimensional ◽  
Atomic Force ◽  
Machining Errors ◽  
Computer Aided ◽  
Design And Manufacturing ◽  
Cad Cam ◽  
G Code ◽  
Aided Design

This paper reports a feasibility study that demonstrates the implementation of a computer-aided design and manufacturing (CAD/CAM) approach for producing two-dimensional (2D) patterns on the nanoscale using the atomic force microscope (AFM) tip-based nanomachining process. To achieve this, simple software tools and neutral file formats were used. A G-code postprocessor was also developed to ensure that the controller of the AFM equipment utilized could interpret the G-code representation of tip path trajectories generated using the computer-aided manufacturing (CAM) software. In addition, the error between a machined pattern and its theoretical geometry was also evaluated. The analyzed pattern covered an area of 20 μm × 20 μm. The average machined error in this case was estimated to be 66 nm. This value corresponds to 15% of the average width of machined grooves. Such machining errors are most likely due to the flexible nature of AFM probe cantilevers. Overall, it is anticipated that such a CAD/CAM approach could contribute to the development of a more flexible and portable solution for a range of tip-based nanofabrication tasks, which would not be restricted to particular customised software or AFM instruments. In the case of nanomachining operations, however, further work is required first to generate trajectories, which can compensate for the observed machining errors.

Review on Non Uniform Rational B-Spline (NURBS): Concept and Optimization

2014 ◽  
Vol 903 ◽  
pp. 338-343
Author(s):  
Ali Munira ◽  
Nur Najmiyah Jaafar ◽  
Abdul Aziz Fazilah ◽  
Z. Nooraizedfiza
Keyword(s):  
Image Processing ◽  
Literature Review ◽  
Computer Aided Design ◽  
B Spline ◽  
B Splines ◽  
Curves And Surfaces ◽  
Geometry Design ◽  
Nurbs Curves ◽  
Computer Aided ◽  
Aided Design

This paper is to provide literature review of the Non Uniform Rational B-Splines (NURBS) formulation in the curve and surface constructions. NURBS curves and surfaces have a wide application in Computer Aided Geometry Design (CAGD), Computer Aided Design (CAD), image processing and etc. The formulation of NURBS showing that NURBS curves and surfaces requires three important parameters in controlling the curve and also modifying the shape of the curves and surfaces. Yet, curves and surfaces fitting are still the major problems in the geometrical modeling. With this, the researches that have been conducted in optimizing the parameters in order to construct the intended curves and surfaces are highlighted in this paper.

Computer-Aided Design With Spatial Rational B-Spline Motions

1996 ◽  
Vol 118 (2) ◽  
pp. 193-201 ◽  
Author(s):  
B. Ju¨ttler ◽  
M. G. Wagner
Keyword(s):  
Computer Animation ◽  
Computer Aided Design ◽  
Control Structure ◽  
Basic Theory ◽  
Linear Control ◽  
Geometry Processing ◽  
B Spline ◽  
Computer Aided ◽  
Interpolation Techniques ◽  
Aided Design

Using rational motions it is possible to apply many fundamental B-spline techniques to the design of motions. The present paper summarizes the basic theory of rational motions and introduces a linear control structure for piecewise rational motions suitable for geometry processing. Moreover it provides algorithms for the calculation of the surface which is swept out by a moving polyhedron and examines interpolation techniques. The methods presented in this paper can be applied to various problems in computer animation as well as in robotics.

scholarly journals A ship parametric model for isogeometric analysis

2013 ◽  
Author(s):  
Christian Feurer
Keyword(s):  
Isogeometric Analysis ◽  
Computer Aided Design ◽  
Parametric Model ◽  
B Splines ◽  
Computer Aided ◽  
Aided Design

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη ενός παραμετρικού μοντέλου γάστρας πλοίουεμπορευματοκιβωτίων για τις συγκεκριμένες απαιτήσεις της ισογεωμετρικής ανάλυσης. Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού ενός τρισδιάστατου αντικειμένου ο σχεδιασμός της μορφής και η ανάλυση της λειτουργικότητάς του υλοποιείται παραδοσιακά σε δύο διαφορετικά κατά σειρά στάδια. Η διακριτοποίηση της γεωμετρίας με σκοπό τη χρήση αριθμητικών μεθόδων αποτελεί ένα βασικό ενδιάμεσο βήμα το οποίο είναι δαπανηρό και μπορεί να εισάγει ένα εν δυνάμει μεγάλο σφάλμα προσέγγισης. Για την επίλυση αυτού του ζητήματος, το 2005 ο Hughes et.al. εισήγαγαν την μέθοδο της ισογεωμετρικής ανάλυσης σύμφωνα με την οποία οι συναρτήσεις βάσης της υποκείμενης γεωμετρικής απεικόνισης υιοθετούνται για την προσέγγιση της αριθμητικής επίλυσης του προαναφερθέντος προβλήματος, δείτε π.χ. [50, 23]. Κατ ́αυτόν τον τρόπο, κάθε γεωμετρική προσέγγιση παρακάμπτεται και τα πεδία της σχεδίασης με τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή (computer-aided design – CAD) και της ανάλυσης ενοποιούνται. Αυτή η δυνατότητα αποτελεί το κύριο κίνητρο για την παρούσα διδακτορική διατριβή, στο πλαίσιο της οποίας αναπτύχθηκε διαφανής μεθοδολογία παραγωγής της γενικής γάστρας πλοίου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων ο οποίος ικανοποιεί πλήρως τους βασικούς περιορισμούς μορφής της εν λόγω οικογένειας γαστρών. Για να βελτιστοποιηθεί αποτελεσματικά η γάστρα ενός πλοίου, όπως και κάθε αντικείμενο, ως προς ένα συγκεκριμένο κριτήριο, θα πρέπει να οριστεί ο μηχανισμός για την αυτόματη δημιουργία της γεωμετρίας. Ως εκ τούτου η έννοια της παραμετρικής μοντελοποίησης είναι θεμελιώδης για την παρούσα εργασία. Το προ-αναφερθέν μοντέλο της γάστρας του πλοίου εξαρτάται από 29 ολικές και τοπικές παραμέτρους σχεδίασης και από 9 συμπληρωματικές εσωτερικές παραμέτρους. Είναι φυσικό να μοντελοποιηθούν πλοία μέσω της μοντελοποίησης επιφανειών και για αυτό τον λόγο ακολουθήθηκε μία τοπική σχεδίαση βασισμένη σε ένα μοντέλο δικτύου καμπυλών ελέγχου. Η ορθή κατασκευή αυτών αποδίδει κατά κύριο λόγο τετράπλευρους κλειστούς βρόγχους οι οποίοι ≪πληρούνται≫ με την κατασκευή των γνωστών επιφανειακών τμημάτων Coons. Για να διασφαλιστεί η ομαλή μετάβαση μεταξύ αυτών των επιφανειακών τμημάτων, παρουσιάζουμε έναν πρωτότυπο αλγόριθμο εμπλουτισμού των καμπυλών του δικτύου των καμπυλών ελέγχου με κατανομές διανυσμάτων, οι οποίες αποκαλούνται πλαίσια (frame), τα οποία χρησιμοποιούνται ως τα κάθετα διανύσματα των κοινών, μεταξύ των επιφανειακών τμημάτων Coons, εφαπτομενικών επιπέδων. Αυτή η πληροφορία χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την κατασκευή των συνοριακών εφαπτομενικών λωρίδων του δικυβικά αναμεμειγμένου επιφανειακού τμήματος Coons και με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η δημιουργία επιφανειακών τμημάτων που διαθέτουν συνέχεια εφαπτομενικού επιπέδου. Η επιλεχθείσα απεικόνιση των γεωμετρικών οντοτήτων που συνθέτουν την επιφάνεια της γάστρας συνθετικών είναι αυτή των B-splines, η οποία θεωρείται ως συνήθης στη σχεδίαση με τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή και η οποία είναι κατάλληλη για ισογεωμετρική ανάλυση χάρη στον απλό και γεωμετρικά διαισθητικό τρόπο με τον επιτρέπει η αναπαράσταση B-splines την υλοποίηση της εκλέπτυνσης (refinement). Οι αλγόριθμοι που παρουσιάζονται και μία πιθανή διαδικασία σχεδίασης της γεωμετρίας πλαισίου προγραμματίστηκανκάνοντας χρήση της γλώσσας C++ και είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία του προγράμματος SmoothPM. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται η αξιολόγηση του προγράμματος, εξετάζοντας τα εξαγόμενα της διαδικασίας που προέκυψαν από 18 διαφορετικά σύνολα παραμέτρων εισόδου. Επιπρόσθετα παρέχονται προτάσεις για μελλοντικές εργασίες και επέκταση της παρούσας διδακτορικής διατριβής.

Near-surface damage - a persistent problem in crowns obtained by computer-aided design and manufacturing

2005 ◽  
Vol 219 (4) ◽  
pp. 233-243 ◽  
Author(s):  
D Rekow ◽  
V P Thompson
Keyword(s):  
Computer Aided Design ◽  
Surface Damage ◽  
Catastrophic Failure ◽  
Machining Parameters ◽  
Posterior Teeth ◽  
Near Surface ◽  
Damage Initiation ◽  
Computer Aided ◽  
Cad Cam ◽  
Aided Design

Robust dental systems obtained by computer-aided design and manufacture (CAD/CAM) have been introduced and, in parallel, the strength of the ceramic materials used in fabricating dental crowns has improved. Yet all-ceramic crowns suffer from near-surface damage, limiting their clinical success, especially on posterior teeth. Factors directly associated with CAD/CAM fabrication that contribute to the degree of damage include material selection and machining parameters and strategies. However, a number of additional factors also either create new damage modes or exacerbate subcritical damage, potentially leading to catastrophic failure of the crown. Such factors include post-fabrication manipulations in the laboratory or by the clinician, fatigue associated with natural occlusal function, and stress fields created by compliance or distortion within the supporting tooth structure and/or adhesive material holding the crown to the tooth. Any damage reduces the strength of a crown, increasing the probability of catastrophic failure. The challenge is to understand and manage the combination of competing damage initiation sites and mechanisms, limitations imposed by the demand for aesthetics, and biologically related constraints.

Computer-Aided Design and Machining of Composite Ruled Surfaces

1986 ◽  
Vol 108 (2) ◽  
pp. 217-223 ◽  
Author(s):  
B. Ravani ◽  
Y. J. Chen
Keyword(s):  
Computer Aided Design ◽  
Ruled Surface ◽  
Parameter Family ◽  
Ruled Surfaces ◽  
Basic Framework ◽  
Computer Aided ◽  
Subdivision Algorithm ◽  
Aided Design ◽  
Straight Lines ◽  
Generating Sequences

This paper develops the basic framework for Computer-Aided Design and Machining of composite ruled surfaces. Such surfaces are constructed by blending several patches which are segments of ruled surfaces. Taking advantage of the fact that a ruled surface is a one-parameter family of straight lines, methods are developed for blending of ruled patches. A new subdivision algorithm is also presented for generating sequences of cutter movements for machining of ruled patches.

Computer Aided Engineering: Its Effectiveness in Avionics

1983 ◽  
Vol 197 (2) ◽  
pp. 101-110
Author(s):  
I D Gooch ◽  
C T Miller ◽  
D R Morgan ◽  
T A H Wallace
Keyword(s):  
Case Studies ◽  
Computer Aided Design ◽  
Production Control ◽  
Group Technology ◽  
Computer Aided Engineering ◽  
Machining Parameters ◽  
Computer Aided ◽  
High Investment ◽  
Aided Design ◽  
Design And Manufacture

The paper describes computer aided design and manufacture and its effectiveness for the production of avionic components. A recent development is the generation of machining parameters from the input of the geometry of the component. The advantage of group technology machining cells are discussed together with the use of computerized inspection and computerized production control. The effect of the complete integration of design and manufacture with a high investment in computer aids is illustrated by three case studies.

scholarly journals Pembinaan lengkungan peralihan berbentuk C yang memuaskan Data Interpolasi Hermite G2

2020 ◽  
Vol 8 (2) ◽  
pp. 39-50
Author(s):  
Azhar Ahmad
Keyword(s):  
Computer Aided Design ◽  
Geometric Design ◽  
Computer Aided Geometric Design ◽  
B Splines ◽  
Computer Aided ◽  
Aided Design

Makalah ini membincangkan satu kaedah pembinaan lengkungan peralihan berbentuk C yang memenuhi syarat-syarat data interpolasi Hermite Lengkungan peralihan ini dibina berasaskan gabungan dua pilin kuadratik nisbah Bezier atau gabungan bersama satu segmen garis lurus bagi mencapai keselanjaran pada keseluruhan binaan. Kaedah analisis geometri bersama syarat kemonotonan suatu lengkungan kuadratik nisbah Bezier telah digunakan bagi mencapai objektif kajian. Hasil kajian yang dicapai adalah satu teknik pembinaan yang membolehkan kita memperolehi lengkungan peralihan secara terus, mudah diaplikasikan serta tanpa perlu menggunakan sebarang prosedur tranformasi affin. Syarat untuk lengkungan peralihan ini terhasil ditentukan oleh data Hermite yang diberi dan kepelbagaiannya pula dikawal oleh panjang segmen garis lurus yang menghubungkan kedua-dua pilin berkenaan. Keupayaan memenuhi sifat-sifat interpolasi ini memberi banyak kelebihan dan amat sesuai untuk aplikasi tertentu di dalam CAGD (Computer Aided Geometric Design), umpamanya rekabentuk produk industri, trajektori robot non-holonomic, serta rekabentuk mendatar landasan keretapi dan lebuhraya. Oleh kerana kuadratik nisbah Bezier merupakan sebahagian daripada perwakilan NURBS (Nonuniform Rational B-splines) maka adalah mudah bagi kita mengabungjalinkan formulasi lengkungan peralihan yang dicadangkan ini ke dalam kebanyakan sistem pengaturcara CAD (Computer Aided Design).

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document