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

2024年10月10日，南極熊獲悉，來自康考迪亞大學(xué)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(jù)說這種方法比現(xiàn)有方法更快，并且能夠制造更復(fù)雜的物體。

相關(guān)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(chǔ)，該方法描述了微觀空化區(qū)域（微小氣泡）中的聲化學(xué)反應(yīng)如何在萬億分之一秒內(nèi)產(chǎn)生極高的溫度和壓力，從而將樹脂硬化成復(fù)雜的圖案。

△HDSP技術(shù)原理概念圖和打印物體。

通過將該技術(shù)嵌入包含特定設(shè)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(jù)預(yù)先編程的算法設(shè)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(xué)。

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(lǐng)導(dǎo)了該項目。他認(rèn)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(shù)以獲得所需的結(jié)構(gòu)，我們可以通過控制進給率來制作復(fù)雜的結(jié)構(gòu)?！?/div>

△采用高速成像技術(shù)仔細觀察HDSP 打印過程

△SCL 實驗利用全息圖展示化學(xué)反應(yīng)的可模式化性。

據(jù)研究人員介紹，聲全息圖的精確控制使他們能夠?qū)⒍鄠€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(nèi)的不同位置同時打印多個對象。因此，聲全息技術(shù)將成為多個領(lǐng)域創(chuàng)新的起點——用于創(chuàng)建復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)、局部藥物和細胞輸送系統(tǒng)以及先進的組織工程。實際應(yīng)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(yīng)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(nèi)或固體材料后面進行打印。這有助于修復(fù)受損的器官或位于飛機深處的精密部件。

研究人員認(rèn)為，HDSP 有可能成為一種范式轉(zhuǎn)換技術(shù)——它可以比作基于光的 3D 打印技術(shù)的進步，從立體光刻技術(shù)（使用激光將單點樹脂硬化為固體物體）發(fā)展到數(shù)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(nèi)部或體內(nèi)進行打印。我們已經(jīng)使用的技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)獲準(zhǔn)用于醫(yī)療應(yīng)用。”