目前使用的大多數(shù)3D打印方法依賴于光(光)或熱(熱)激活反應(yīng)來實現(xiàn)對聚合物的精確操縱。開發(fā)一種稱為直接聲音打印(DSP)的新平臺技術(shù)，該技術(shù)使用聲波生產(chǎn)新物體，可能會提供第三種選擇。

該過程在NatureCommunications上發(fā)表的一篇論文中有所描述。它展示了如何使用聚焦超聲波在微小的空化區(qū)域(本質(zhì)上是微小的氣泡)中產(chǎn)生聲化學(xué)反應(yīng)。持續(xù)數(shù)萬億分之一秒的極端溫度和壓力會產(chǎn)生預(yù)先設(shè)計的復(fù)雜幾何形狀，而這些幾何形狀無法用現(xiàn)有技術(shù)制造。

“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)。我們想用它們來創(chuàng)造一些東西，”機械、工業(yè)和航空航天工程系的教授兼協(xié)和研究主席MuthukumaranPackirisamy說。吉娜科迪工程與計算機科學(xué)學(xué)院。他是論文的通訊作者。

康考迪亞光學(xué)生物微系統(tǒng)實驗室的研究助理MohsenHabibi是該論文的第一作者。他的實驗室同事和博士。學(xué)生ShervinForoughi和前碩士生VahidKaramzadeh是合著者。

超精密反應(yīng)

正如研究人員解釋的那樣，DSP依賴于懸浮在液態(tài)聚合物溶液中的微小氣泡內(nèi)的波動壓力產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)。

“我們發(fā)現(xiàn)，如果我們使用具有特定頻率和功率的特定類型的超聲波，我們可以創(chuàng)建非常局部、非常集中的化學(xué)反應(yīng)區(qū)域，”Habibi說。“基本上，氣泡可以用作反應(yīng)器，驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，將液態(tài)樹脂轉(zhuǎn)化為固體或半固體。”

微型氣泡內(nèi)部由超聲波定向振蕩引起的反應(yīng)非常強烈，盡管它們只持續(xù)皮秒?？涨粌?nèi)的溫度飆升至約15,000開爾文，壓力超過1,000巴(海平面的地球表面壓力約為1巴)。反應(yīng)時間很短，周圍的材料不受影響。

研究人員對一種用于增材制造的聚合物進行了實驗，這種聚合物稱為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。他們使用換能器產(chǎn)生超聲波場，該超聲波場穿過構(gòu)建材料的外殼并固化目標液態(tài)樹脂并將其沉積到平臺或其他先前固化的物體上。換能器沿預(yù)定路徑移動，最終逐個像素地創(chuàng)建所需的產(chǎn)品。微結(jié)構(gòu)的參數(shù)可以通過調(diào)整超聲波頻率的持續(xù)時間和所用材料的粘度來控制。

多才多藝和具體

作者認為，DSP的多功能性將使依賴高度專用和精密設(shè)備的行業(yè)受益。例如，聚合物PDMS廣泛用于微流體行業(yè)，制造商需要受控環(huán)境(潔凈室)和復(fù)雜的光刻技術(shù)來制造醫(yī)療設(shè)備和生物傳感器。

航空航天工程和維修也可以從DSP中受益，因為超聲波可以穿透金屬外殼等不透明表面。這可以讓維修人員維修位于飛機機身深處的零件，而這些零件是依賴于光活化反應(yīng)的打印技術(shù)無法訪問的。DSP甚至可以用于醫(yī)療應(yīng)用，用于人類和其他動物的遠程體內(nèi)打印。

“我們證明了我們可以打印多種材料，包括聚合物和陶瓷，”Packirisamy說。“接下來我們將嘗試聚合物-金屬復(fù)合材料，最終我們希望使用這種方法打印金屬。”

　　免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場無關(guān)。財經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構(gòu)成投資建議。投資者據(jù)此操作，風(fēng)險自擔。 如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！