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)。
△康考迪亚大学工程师开发一种使用声音进行3D打印的方法视频
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。
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。