加拿大大學(xué)研發(fā)新型3D打印技術(shù)，可利用聲波構(gòu)建物體

南極熊導(dǎo)讀，目前，采用光活化和熱活化反應(yīng)，如熔融或沉積的3D打印工藝中占主導(dǎo)地位。然而，超聲激活的聲化學(xué)反應(yīng)提供了一種獨(dú)特的方式，具有極高加熱和冷卻速率的特點(diǎn)。但是，這種技術(shù)對于現(xiàn)今的工藝來說，具有一定的難度。

2022年6月1日，加拿大康考迪亞大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種利用聲波進(jìn)行打印的方法，被稱為直接聲音打印(DSP)。

△康考迪亞大學(xué)工程師開發(fā)一種使用聲音進(jìn)行3D打印的方法視頻

DSP技術(shù)
在該技術(shù)的當(dāng)前版本中，該團(tuán)隊(duì)通過暴露在聚焦的超聲波場中，在充滿構(gòu)建材料（單體與固化劑或不同混合物）的構(gòu)建室內(nèi)進(jìn)行3D打印。由單片球形聚焦換能器，產(chǎn)生的超聲波脈沖發(fā)送到包含在其中的液態(tài)聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 樹脂中。這樣做會產(chǎn)生超聲波場，這會導(dǎo)致快速振蕩的微小氣泡在樹脂的特定點(diǎn)固化。

△直接使用聲音進(jìn)行打印，基本原理是超聲波產(chǎn)生微小的振蕩氣泡，從而導(dǎo)致樹脂在特定位置固化

當(dāng)這些氣泡振蕩時(shí)，它們內(nèi)部的溫度會上升到大約15000開氏度（14727 oF或26540 oF），并且它們內(nèi)部的壓力會攀升到超過1000 巴（14504 psi）。盡管溫度和壓力的這種突然升高僅持續(xù)皮秒（萬億分之一秒），但它會導(dǎo)致樹脂在氣泡的確切位置固化。

因此，通過沿預(yù)定路徑逐步移動傳感器，可以構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的三維物體——一次只有一個(gè)微小的像素。除了能夠生產(chǎn)非常小的、詳細(xì)的構(gòu)建物，DSP還允許在其他不透明表面的結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行非侵入式打印。

潛在應(yīng)用

△a用于不透明印刷材料的光基增材制造和小固化深度。b DSP和超聲波在不透明印刷材料中的深度滲透。c通過DSP打印不透明的微/納米復(fù)合材料。d用于無創(chuàng)體內(nèi)打印的理想e概念設(shè)置的體外/離體證明。f人體皮膚和肌肉的組織模型。g使用組織模型打印的楓葉等

例如，利用這項(xiàng)技術(shù)，飛機(jī)機(jī)械師可以在不打開飛機(jī)機(jī)身的情況下，在內(nèi)部部件上進(jìn)行3D 打印維修。甚至可以在患者體內(nèi)3D打印植入物，而無需進(jìn)行手術(shù)。

除了PDMS樹脂，該團(tuán)隊(duì)還成功地使用DSP技術(shù)打印由陶瓷材料制成的物體。他們現(xiàn)在計(jì)劃試驗(yàn)聚合物-金屬復(fù)合材料，然后是純金屬材料。

△該研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為“直接聲音打印”的論文中找到。

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29395-1（點(diǎn)我傳送門）

“超聲波頻率已經(jīng)被用于組織和腫瘤的激光消融等破壞性手術(shù)，”參與研究的Muthukumaran Packirisamy教授說“我們想用它們來創(chuàng)造一些東西�！�

如果人們可以在增材制造工藝中釋放聲化學(xué)的潛力，那么將出現(xiàn)一種非常規(guī)的打印方式，以及無法使用常規(guī)方式獲取打印材料的途徑。該團(tuán)隊(duì)為3D打印技術(shù)開辟了新的技術(shù)方法。