Nature子刊：全息直接聲音打印 (HSDP)技術，可實現“體內“或“穿墻”打印

2024年10月10日，南極熊獲悉，來自康考迪亞大學的研究人員開發(fā)了一種使用聲全息圖的新型 3D 打印方法，據說這種方法比現有方法更快，并且能夠制造更復雜的物體。

相關研究以題為“Holographic direct sound printing/全息直接聲音打印”（HSDP）的論文發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50923-8

HSDP 工藝以 2022 年推出的一種方法為基礎，該方法描述了微觀空化區(qū)域（微小氣泡）中的聲化學反應如何在萬億分之一秒內產生極高的溫度和壓力，從而將樹脂硬化成復雜的圖案。

△HDSP技術原理概念圖和打印物體。

通過將該技術嵌入包含特定設計的橫截面圖像的聲全息圖中，聚合過程會更快發(fā)生——同時創(chuàng)建對象，而不是逐個體素地創(chuàng)建。為了保持所需圖像的保真度，全息圖在打印材料中保持靜止。打印平臺連接到機械臂上，機械臂根據預先編程的算法設計的圖案移動它，形成完整的物體。

△穆圖庫馬蘭·帕克里薩米。資料來源：康考迪亞大學。

機械、工業(yè)和航空航天工程系教授穆圖庫馬蘭·帕克里薩米（MuthukumaranPackirisamy） 領導了該項目。他認為，這可以將打印速度提高多達 20 倍，同時消耗更少的能源。他說：“我們還可以在操作過程中更改圖像。我們可以改變形狀，組合多種動作，并改變正在打印的材料。如果我們優(yōu)化參數以獲得所需的結構，我們可以通過控制進給率來制作復雜的結構。”

△采用高速成像技術仔細觀察HDSP 打印過程

△SCL 實驗利用全息圖展示化學反應的可模式化性。

據研究人員介紹，聲全息圖的精確控制使他們能夠將多個圖像的信息存儲在單個全息圖中，這意味著可以在同一打印空間內的不同位置同時打印多個對象。因此，聲全息技術將成為多個領域創(chuàng)新的起點——用于創(chuàng)建復雜的組織結構、局部藥物和細胞輸送系統(tǒng)以及先進的組織工程。實際應用包括創(chuàng)建可以增強愈合能力的新型皮膚移植，以及改善需要在特定部位使用特定治療劑的療法的藥物輸送。

△HDSP的特殊應用

△機器人輔助 HDSP

Muthukumaran Packirisamy 補充說，由于聲波可以穿透不透明表面，HSDP 可用于在體內或固體材料后面進行打印。這有助于修復受損的器官或位于飛機深處的精密部件。

研究人員認為，HDSP 有可能成為一種范式轉換技術——它可以比作基于光的 3D 打印技術的進步，從立體光刻技術（使用激光將單點樹脂硬化為固體物體）發(fā)展到數字光處理（同時固化整個樹脂層）。

Muthukumaran Packirisamy 說道：“你可以想象一下各種可能性。我們可以在不透明物體后面、墻壁后面、管子內部或體內進行打印。我們已經使用的技術和設備已經獲準用于醫(yī)療應用�！�