加拿大康考迪亚大学：新型3D打印技术，可利用声波构建物体

颗粒在线讯：目前，采用光活化和热活化反应，如熔融或沉积的3D打印工艺中占主导地位。然而，超声激活的声化学反应提供了一种独特的方式，具有极高加热和冷却速率的特点。但是，这种技术对于现今的工艺来说，具有一定的难度。

2022年6月1日，加拿大康考迪亚大学的一个科学家团队，开发了一种利用声波进行打印的方法，被称为直接声音打印(DSP)。

DSP技术

在该技术的当前版本中，该团队通过暴露在聚焦的超声波场中，在充满构建材料（单体与固化剂或不同混合物）的构建室内进行3D打印。由单片球形聚焦换能器，产生的超声波脉冲发送到包含在其中的液态聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 树脂中。这样做会产生超声波场，这会导致快速振荡的微小气泡在树脂的特定点固化。

△直接使用声音进行打印，基本原理是超声波产生微小的振荡气泡，从而导致树脂在特定位置固化

当这些气泡振荡时，它们内部的温度会上升到大约15000开氏度（14727 oF或26540 oF），并且它们内部的压力会攀升到超过1000 巴（14504 psi）。尽管温度和压力的这种突然升高仅持续皮秒（万亿分之一秒），但它会导致树脂在气泡的确切位置固化。

因此，通过沿预定路径逐步移动传感器，可以构建一个复杂的三维物体——一次只有一个微小的像素。除了能够生产非常小的、详细的构建物，DSP还允许在其他不透明表面的结构内部进行非侵入式打印。

潜在应用

△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和超声波在不透明印刷材料中的深度渗透。c通过DSP打印不透明的微/纳米复合材料。d用于无创体内打印的理想e概念设置的体外/离体证明。f人体皮肤和肌肉的组织模型。g使用组织模型打印的枫叶等

例如，利用这项技术，飞机机械师可以在不打开飞机机身的情况下，在内部部件上进行3D 打印维修。甚至可以在患者体内3D打印植入物，而无需进行手术。

除了PDMS树脂，该团队还成功地使用DSP技术打印由陶瓷材料制成的物体。他们现在计划试验聚合物-金属复合材料，然后是纯金属材料。

△该研究的更多细节可以在题为“直接声音打印”的论文中找到。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29395-1

“超声波频率已经被用于组织和肿瘤的激光消融等破坏性手术，”参与研究的Muthukumaran Packirisamy教授说“我们想用它们来创造一些东西。”

如果人们可以在增材制造工艺中释放声化学的潜力，那么将出现一种非常规的打印方式，以及无法使用常规方式获取打印材料的途径。该团队为3D打印技术开辟了新的技术方法。