Orientador: Ruis Camargo Tokimatsu / Resumo: Na área da ortopedia a busca por novos avanços tecnológicos tem sido muito pouco e as pessoas que necessitam de dispositivos como órteses acabam sofrendo mais devido ao alto custo dos aparelhos ortopédicos. A maioria da população que possui patologias sofre por não ter renda suficiente para adquirir esses dispositivos e acabam agravando essas patologias. Este estudo busca inovar e propor a utilização de novas tecnologias para desenvolver órteses a essa população de baixa renda. Uma tecnologia de custo baixo e que possa ser implementada na rede pública. Através das análises feitas pelos profissionais da área como ortopedistas e terapeutas nas imagens bidimensionais dos exames do paciente consultados, com a utilização de aparelhos com a técnica de Engenharia Reversa será possível digitalizar o membro afetado ou posicioná-los de forma adequada para que seja tirado o molde da órtese personalizada. Esses aparelhos permitem utilizar dados de exames já feitos como Ultrassom, Ressonância Magnética, Tomografia ou Raio X e convertê-los em modelos tridimensionais. O objetivo deste projeto é utilizar essas técnicas de Engenharia Reversa para digitalizar o membro que necessite de auxílio e confeccionar as órteses com a tecnologia de Manufatura Aditiva, uma tecnologia que vem se desenvolvendo rapidamente nesses últimos anos e permitindo fabricar diretamente qualquer peça ou objeto através de um arquivo tridimensional modelado. Nos dias atuais, a Manufatura Aditiva tem sido utilizada em div... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-04-27T13:04:57Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - João Henrique Dayrell de Castro - 2018.pdf: 7299168 bytes, checksum: efabcdcc029c5f210c34a1d570717bbb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-04-27T13:17:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - João Henrique Dayrell de Castro - 2018.pdf: 7299168 bytes, checksum: efabcdcc029c5f210c34a1d570717bbb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T13:17:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - João Henrique Dayrell de Castro - 2018.pdf: 7299168 bytes, checksum: efabcdcc029c5f210c34a1d570717bbb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-26 / Taking into consideration the different types of problems faced in the surgical procedures related to planning, this study presented a new possibility with the use of 3D prototyping, aiming to assist the dental professionals in the dental implant management and other procedures. This research evaluated the use of prototyping as an auxiliary tool for a safe surgical planning, considering that it provides the most faithful reproduction of the dental arches. The methodology evaluated the creation of prototypes using tomographic image les manipulated by InVesalius software, which processes 3D images for the generation of three dimensional objects to be printed by material extrusion. The objective was to create models to facilitate the management of surgical procedures in Implant Dentistry, with consequent minimization of errors and greater comfort for the patient. From images acquired in the public image bank www.dicomlibrary.com a three-dimensional model was created and printed. Following a dental implant procedure was performed on the printed model, following all step sof the procedure that s hould be done on the patient. As a result practical applicability will denote several possibilities, that increasingly digital technology nds and performs variables that in the past seemed impossible. Technological evolution implies an ever more complete future in relation to the diagnosis, planning and health are a treatment. / Levando em consideração os diversos tipos de problemas enfrentados nos procedimentos cirúrgicos, relacionados ao planejamento, neste estudo apresentou uma nova possibilidade com o uso da prototipagem 3D, objetivando auxiliar os trabalhos dos profissionais da área odontológica, no caso da gestão de implantes dentários e demais procedimentos. Essa pesquisa avaliou a utilização da prototipagem como ferramenta auxiliar para um planejamento cirúrgico seguro, considerando que esta, proporciona a reprodução mais fiel das arcadas dentárias. A metodologia avaliou a criação de protótipos utilizando arquivos de imagens tomográficas manipuladas pelo software InVesalius, que processa imagens 3D para geração de objetos tridimensionais a serem impressos por extrusão de material. O objetivo foi criar modelos para facilitar o gerenciamento dos procedimentos cirúrgicos em Implantodontia, com consequente minimização de erros e maior conforto para o paciente. A partir de imagens adquiridas no banco público de imagens www.dicomlibrary.com um modelo tridimensional foi criado e impresso. Na sequência um procedimento de implante dentário foi executado no modelo impresso, seguindo todos os passos do procedimento que deverá ser feito no paciente. Como consequente aplicabilidade prática denotará possibilidades diversas, que cada vez mais a tecnologia digital encontra e realiza variáveis que no passado parecia impossível. A evolução tecnológica implica num futuro cada vez mais completo com relação ao diagnóstico, planejamento e tratamento das áreas da saúde.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-03-02T21:06:32Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucas da Costa Duarte - 2016.pdf: 3454791 bytes, checksum: 29ace536ee1c0aefc19dfbcdcec01bbe (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-03T11:42:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucas da Costa Duarte - 2016.pdf: 3454791 bytes, checksum: 29ace536ee1c0aefc19dfbcdcec01bbe (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-03T11:42:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucas da Costa Duarte - 2016.pdf: 3454791 bytes, checksum: 29ace536ee1c0aefc19dfbcdcec01bbe (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This study describes the assembly and use of a RepRap 3D printer with a modeling technology fused deposition modeling (FDM) for manufacturing microfluidic devices for direct spray ionization mass spectrometry (DS-MS) assisted by paper tip as well as for generation of droplets of water/oil with integrated electrochemical detection. The low-cost 3D printer has been properly assembled and calibrated by means of pieces of kit purchased commercially. The smaller channel width obtained which allowed the uniformity 3D printing without any obstruction was 400 μm. For studies of DS-MS were used microfluidic devices consisting of a single channel (the dimensions 30 mm × 0.5 mm × 0.5 mm) connected to a sample reservoir with 3 mm diameter with low cost (R$ 0.20) and time printing (20 min). A tip paper (5 mm × 0.5 mm) was cut out and inserted at the end of the printed channel to facilitate the formation of the spray. The spraying was promoted by the application of 4 kV in the sample reservoir containing 0.1% formic acid in methanol prepared. This organic medium showed high compatibility with the polymeric material used for the printing of microfluidic chips. Using a glucose solution as a template, the spray formed by the proposed microfluidic device was extremely stable compared to the spray generated by conventional paper devices for at least 10 min. The analytical devices for viability of the printed DS-MS was successfully demonstrated by qualitative analysis of ball pens inks, caffeine, xylose and lysozyme. The DS-MS devices exhibited significant repeatability and reproducibility, making it possible to reuse. For the generation of droplets of oil/water it was built with a device channel in the T-junction configuration with 0.75 mm × 50.0 mm × 0.7 mm and containing two integrated electrodes (1.5 mm × 2.0 mm and spacing 0.5 mm) in antiparallel arrangement. These electrodes consisting of a mixture of ABS and carbon nanotubes were used for conductivity detection capacitively coupled contact (C4D). The droplets were generated by varying the flow rate of continuous phase comprised of oil + Span80/water + Triton between 10 to 60 μL/min. Through the printed electrodes it was possible to employ the system C4D system to detect the droplets generated with a satisfactory response. The intensity and width of peaks obtained exponentially decrease the extent that it increases the flow of the continuous phase. Moreover, it was possible to correlate the length of the droplet generated from the signals obtained with C4D, indicating potential as a new technique for droplet measures. Finally, the 3D printer made possible the manufacture of parts contributed to other works in cooperation to include the construction of an electrochemical cell for by batch injection analysis, a support for Snitrosothiols decomposition, a cover for conductivity detection cell, micromixers, devices for ELISA assays and mold for manufacturing zones for colorimetric analysis. / modelagem por fusão e deposição (fused deposition modeling, FDM) para fabricar dispositivos microfluídicos para ionização direta por spray em espectrometria de massas (DS-MS) assistida por ponta de papel, bem como para geração de gotículas de água/óleo com detecção eletroquímica integrada. A impressora 3D de baixo custo foi devidamente montada e calibrada por meio do kit de peças adquirido comercialmente. A menor largura de canal obtida que permitiu a uniformidade de impressão 3D sem qualquer obstrução foi de 400 μm. Para os estudos de DS-MS, foram utilizados dispositivos microfluídicos constituídos de um único canal (nas dimensões 30 mm × 0,5 mm × 0,5 mm) conectado a um reservatório de amostra com 3 mm de diâmetro com baixo custo (R$ 0,20) e tempo de impressão (20 min). Uma ponta de papel (5 mm × 0,5 mm) foi cortada e inserida na extremidade do canal impresso para facilitar a formação do spray. A pulverização foi promovida através da aplicação de 4 kV no reservatório de amostra contendo 0,1% de ácido fórmico preparada em metanol. Este meio orgânico demonstrou grande compatibilidade com o material polimérico utilizado para a impressão dos chips microfluídicos. Usando-se uma solução de glicose como modelo, o spray formado pelo dispositivo microfluídico proposto foi extremamente estável quando comparado com o spray gerado pelos dispositivos convencionais de papel por pelo menos 10 min. A viabilidade analítica dos dispositivos impressos para DS-MS foi demonstrado com sucesso por meio de análise qualitativa de tintas de canetas esferográficas, cafeína, xilose e lisozima. Os dispositivos de DS-MS exibiram repetitividade e reprodutibilidade significativa, tornando possível a sua reutilização. Para a geração de gotículas de óleo/água foi construído um dispositivo com canais na configuração junção em T com 50,0 mm × 0,75 mm × 0,7 mm contendo dois eletrodos integrados (1,5mm × 2,0 mm e espaçamento de 0,5 mm) na disposição antiparalela. Estes eletrodos, constituídos de uma mistura de ABS e nanotubos de carbono, foram utilizados para detecção condutométrica sem contato capacitivamente acoplada (C4D). As gotículas foram geradas variando a vazão de fase contínua formadas por óleo+Span80/ água+Triton de 10 a 60 μL/min. Por meio dos eletrodos impressos foi possível empregar o sistema C4D para detecção das gotas geradas com resposta satisfatória. A intensidade e largura dos picos obtidos diminuem exponencialmente a medida em que se aumenta a vazão da fase contínua. Além disso, foi possível correlacionar o comprimento da gota gerada com os sinais obtidos com C4D, indicando potencialidade como uma nova técnica para medidas de gotículas. Por fim, a impressora 3D possibilitou a fabricação de peças que contribuíram para outros trabalhos em colaboração que incluem a construção de uma célula eletroquímica para análise por injeção em batelada, um suporte para decomposição de S-nitrosotióis, uma tampa para cela de detecção condutométrica, micromisturadores, dispositivos para ensaios de ELISA, e molde para fabricação de zonas para análises colorimétrica.

A l'heure où la demande en quantité d'informations et le nombre d'utilisateurs explosent, toujours avec des limitations en allocation en fréquence et bande passante, les systèmes de télécommunication tendent à optimiser la gestion de leur capacité en s'orientant vers des systèmes reconfigurables. Dans le cas des filtres d'OMUX, apporter de l'accordabilité en conservant d'excellentes performances électriques, thermiques et mécaniques soulève de nombreuses difficultés.Nous avons dans un premier temps démontré la faisabilité sur un filtre à saut de canal à bande passante constante par le biais d'une cavité métallique chargée par un perturbateur en alumine en mouvement de rotation. Ensuite, nous avons proposé des solutions pour avoir un contrôle de la fréquence et de la bande passante en se basant sur la translation de matériaux diélectriques. Les facteurs de qualité mis en jeu sont de l'ordre de la dizaine de milliers. Enfin nous avons tiré profit de l'évolution des technologies d'impression plastique 3D pour valider différents concepts de filtres accordables. / At a time when the amount of information and the number of users go through the roof in telecommunication market, the telecommunication systems tend to improve the management of their capacity by moving toward reconfigurable RF devices. However frequency and bandwidth allocated are still restricted. Regarding tunable OMUX filters, the actuation systems generally degrade the overall performances of the device and raise questions in terms of mechanic and thermic.We first demonstrated the feasability of a two state filter with constant narrowband, using a dielectric material (alumina) in rotation inside a metallic housing. Then, we suggested solutions to control both frequency and bandwidth with the translation of a ceramics. We deal with quality factor in the range of ten of thousands for these applications. Eventually, we validated some principle for tunable filters thanks to the efficiency of 3D plastic printer.

A sinterização a laser (SL), uma das tecnologias de manufatura aditiva (MA), se mostra de grande interesse devido a uma série de características, mas, principalmente, devido a sua capacidade de processar uma ampla gama de materiais em pó, a qual amplia possibilidades de pesquisa e desenvolvimento no campo do Design. Neste trabalho, sob o prisma da MA, tem-se por objetivo realizar a sinterização a laser em um equipamento de gravação e corte a laser convencional, sem pré-aquecimento do material. No desenvolvimento do estudo, foi utilizado um equipamento galvanométrico a laser para a realização de experimentos de sinterização de poliestireno em pó (PS 200). Os ensaios de caracterização desse material polimérico amorfo, constataram o diâmetro médio dos grãos de 54,3 μm em formato irregular. Para viabilizar o processo proposto, investigaram-se os parâmetros de processo para a SL, valendo-se de um dispositivo de controle da altura da mesa de trabalho. A melhor amostra (geometria circular) foi construída com potência 20 W, velocidade de varredura de 200 m/min e distância entre linhas de varredura do feixe laser de 0,1 mm. Esse último parâmetro, é relacionado ao diâmetro do foco do feixe laser, o qual foi estimado pelos ensaios em 0,3 mm. Com isso, foi calculada a densidade de energia transferida para o material, conhecida como Número de Andrew (An), em 0,06 J/mm² Análises visuais, macroscópicas e microscópicas, antes e depois da sinterização de uma camada (2D) e de camadas empilhadas (3D), além de sua digitalização tridimensional, foram realizadas. As amostras apresentaram deformação no plano x-y (elipticidade), no eixo z (empenamento) e grande porosidade. Nos ensaios de empilhamento de camadas foi determinada, para os parâmetros utilizados, a espessura de camada de 0,15 mm. Posteriormente, foi construído um modelo 3D com 100 camadas, o qual apresentou um acabamento liso na maior parte de sua lateral, porém, foram observadas estrias verticais ao longo da sua altura, as quais foram consideradas como característica do processo (devido à inércia dos espelhos galvanométricos). Por fim, esses parâmetros foram validados em um ensaio valendo-se de uma forma orgânica (face humana) em escala 1:4. O fator crítico foi o empenamento, o qual prejudica a distribuição de novas camadas de pó, mas pôde ser contornado com espessuras de camada de alturas superiores a esse empenamento. Assim, considera-se que para a viabilização prática do processo de sinterização proposto, em equipamentos de corte e gravação a laser convencionais, torna-se importante o desenvolvimento de um dispositivo de distribuição de pó automatizado, o qual permitiria a construção de modelos 3D de maior tamanho e complexidade. / Laser sintering (SL), one of the additive manufacturing (MA) technologies, is of great interest due to a number of characteristics, but mainly due to its ability to process a wide range of powder materials, which offers possibilities for research and development in the Design’s field. In this work, under the prism of the MA, the goal is to perform laser sintering in a conventional laser engraving and cutting equipment, without preheating the material. In the development of the study, a galvanometric laser equipment was used to perform powder polystyrene (PS 200) sintering experiments. The characterization tests of this amorphous polymer material showed the average grain diameter of 54.3 μm in irregular shape. In order to make the proposed process feasible, the process parameters for the SL were investigated, using a device to control the height of the workbench. The best sample (circular geometry) was built with 20 W power, laser scan speed of 200 m/min and distance between scanned lines of 0.1 mm. This last parameter is related to the diameter of the laser beam waist, which was estimated by the tests in 0.3 mm Thus, the energy density transferred to the material, known as Andrew's Number (An), was calculated at 0.06 J/mm². Macroscopic and microscopic visual analysis, before and after the sintering of a two-dimensional layer (2D) and of stacked layers (3D), in addition to its 3D scanning, were performed. The samples displayed deformation in the x-y plane (ellipticity), at the z-axis (warpage) and high porosity. In the layer stacking tests, the layer thickness of 0.15 mm was determined for the parameters used. Next, a 3D model with 100 layers was sintered, which presented a smooth finish in most of its lateral, however, vertical streaks were observed along its height, which were considered as characteristic of the process (due to the inertia of the galvanometric mirrors). Finally, these parameters were validated in an assay using an organic form (human face) in a 1: 4 scale. The critical factor was the warpage, which impairs the distribution of new layers of powder, but could be worked around with layer thicknesses of heights higher than this warpage. Thus, it is considered that for the practical feasibility of the proposed sintering process in conventional laser cutting and engraving machine, it is important to develop an automated powder distribution device, which would allow the construction of greater size and complexity 3D models.

abstract: Electrostatic Discharge (ESD) is a unique issue in the electronics industry that can cause failures of electrical components and complete electronic systems. There is an entire industry that is focused on developing ESD compliant tooling using traditional manufacturing methods. This research work evaluates the feasibility to fabricate a PEEK-Carbon Nanotube composite filament for Fused Filament Fabrication (FFF) Additive Manufacturing that is ESD compliant. In addition, it demonstrates that the FFF process can be used to print tools with the required accuracy, ESD compliance and mechanical properties necessary for the electronics industry at a low rate production level. Current Additive Manufacturing technology can print high temperature polymers, such as PEEK, with the required mechanical properties but they are not ESD compliant and require post processing to create a product that is. There has been some research conducted using mixed multi-wall and single wall carbon nanotubes in a PEEK polymers, which improves mechanical properties while reducing bulk resistance to the levels required to be ESD compliant. This previous research has been used to develop a PEEK-CNT polymer matrix for the Fused Filament Fabrication additive manufacturing process / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Engineering 2020

Microfluidics miniaturizes many benchtop processes and provides advantages of low cost, reduced reagent usage, process integration, and faster analyses. Microfluidic devices have been fabricated from a wide variety of materials and methods for many applications. This dissertation describes four such examples, each employing different features and fabrication methods or materials in order to achieve their respective goals. In the first example of microfluidic applications in this dissertation, thermoplastics are hot embossed to form t-shaped channels for microchip electrophoresis. These devices are used to separate six preterm birth (PTB) biomarkers and establish a limit of detection for each. The next chapter describes 3D printed devices with reversed-phase monoliths for solid-phase extraction and on-chip fluorescent labeling of PTB biomarkers. I demonstrate the optimization of the monolith and selective retention of nine PTB biomarkers, the first microchip study to perform an analysis on this entire panel. The third project describes the iterative design and fabrication of glass/polydimethylsiloxane (PDMS) devices with gold and nickel electrodes for the self-assembly of DNA nanotubes for site-selective placement of nanowires. Simple flow channels and “patch electrode” devices were successfully used, and DNA seeding was achieved on gold electrodes. Finally, a 3D printed device for cancer drug screening was developed as a replacement for one previously fabricated in PDMS. Devices of increasing complexity were fabricated, and those tested found to give good control over fluid flow for multiple inlets and valves. Although the applications and methods of these projects are varied, the work in this dissertation demonstrates the potential of microfluidics in several fields, particularly for diagnostics, therapeutics, and nanoelectronics. Furthermore, it demonstrates the importance of applying appropriate tools to each problem to gain specific advantages. Each of the described devices has the potential for increased complexity and integration, which further emphasizes the advantages of miniaturized analyses and the potential for microfluidics for analytical testing in years to come.

Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a novel Additive manufacturing method. It is a high deposition rate process which can be suitable for producing low to medium quantities of medium to large sized components. Because it is such a novel method, there are still somechallenges to solve for the method to be useful. This project have been focusing on how to dealwith these challenges and how to manufacture a torque arm with WAAM. This includes the process on how to go from a CAD model to a printed product. Tests have been done during the project parallel with the design of the torque arm. The design have been modied according to the results from the tests. The result of the project was a more specic description how the softwares can be used to optimizethe process for a successful print. The used slicing software, Simplify3D, have some limitations and other options should be considered. Some limitations for the part design have been identied and some known challenges have been solved. The torque arm was successfully printed but with more time and refinement, the added offset could be reduced. The process was time consuming and needs to be more automated in the future. Some proposals on what should be further tested and evaluated is also stated in this report.

Ce travail de thèse est consacré à la mise en forme de nouveaux matériaux carbonés à partir d’un précurseur biosourcé. Les matériaux carbonés tels que les fibres de carbone utilisés dans les composites sont principalement obtenus à partir de précurseurs d’origine pétrosourcée. Ces précurseurs sont onéreux et incompatibles avec une industrie durable. L’utilisation d’un précurseur biosourcé disponible en grande quantité tel que la lignine permet de pallier ces limitations. La structure moléculaire aromatique et la teneur élevée en carbone de la lignine font d’elle un candidat idéal pour l’élaboration de matériau carboné biosourcé. La lignine a pu être transformée en divers matériaux carbonés tels que des nanofibres de carbone, des tresses de nanofibres de carbone, ou encore des objets 3D composites carbonisés. Ces matériaux ont été obtenus à partir de techniques innovantes que sont l’électrofilage et l’impression 3D. Le tressage des nanofibres de carbone ex-lignine a permis d’évaluer les propriétés mécaniques des fibres de carbone. Les propriétés électrochimiques des tresses de nanofibres de carbone ex-lignine sont apparues intéressantes pour une utilisation potentielle en tant que microélectrodes. La microstructure faiblement organisée du carbone issue de la lignine a pu être améliorée. Un traitement thermique de graphitisation ou un ajout de nanocharges carbonées ont contribué à cette amélioration. Les propriétés mécaniques, structurales et de conductivité électrique des nanofibres nanocomposites ont permis de définir l’influence de l’oxyde de graphène sur la lignine. Un effet composite entre ces deux constituants a pu être observé. L’impression 3D d’encres composites à base de lignine et d’oxyde de graphène a pu être rapportée pour la première fois afin d’élaborer des objets 3D carbonisés denses, organisés et conducteurs d’électricité. / This work is devoted to the preparation of new bio-based carbon materials. Carbon materials, such as carbon fibers used in composites, are mainly obtained from a petroleum precursor. These precursors are expensive and not compatible with a sustainable industry. The use of a bio-based precursor available in large quantities such as lignin makes it possible to overcome limitations of petroleum based precursors. The aromatic molecular structure and high carbon content of lignin make it an ideal candidate for the production of bio-based carbon material. Lignin could be transformed into various materials such as carbon nanofibers, twisted carbon nanofibers, or carbonized composite 3D structures. These materials have been obtained from innovative techniques such as electrospinning and 3D printing. Twisting of the lignin-based-carbon nanofibers allowed for measurements of their mechanical strength. The electrochemical properties of the lignin-based twisted carbon nanofibers are interesting for potential microelectrode applications. The low microstructural order of the carbon from the carbonized lignin has been improved. Graphitization treatment or addition of carbon nanofillers contributed to this improvement. The mechanical, structural and electrical properties of nanocomposite carbon nanofibers illustrate the influence of graphene oxide on lignin. A composite effect between these two components has been observed. The 3D printing of composite inks based on lignin and graphene oxide has been reported for the first time in order to elaborate dense, organized and electrically conductive 3D carbonized structures.