3D-печать обычно включает в себя нанесение слоев расплавленного пластика, лазерное плавление порошкообразного металла или использование ультрафиолетового света для затвердевания желатиновой массы. Однако новая технология использует совершенно иной подход - звуковые волны.

Прямая звуковая печать (DSP) использует ультразвук для создания микроскопических вибрирующих пузырьков, которые в свою очередь заставляют смолу застывать в нужных местах. Depositphotos

Технология, разработанная группой ученых из канадского университета Конкордия, известна как прямая звуковая печать (DSP).

В текущей версии этой технологии используется преобразователь, посылающий сфокусированные импульсы ультразвука через стенки камеры в жидкую полидиметилсилоксановую (PDMS) смолу, содержащуюся внутри. При этом создаются ультразвуковые поля, которые заставляют быстро колеблющиеся микроскопические пузырьки постепенно формироваться в определенных точках смолы.

Когда эти пузырьки начинают осциллировать, температура внутри них повышается примерно до 15 000 градусов по Кельвину (14 727 ºF или 26 540 ºF), а давление внутри них возрастает до более чем 1 000 бар (14 504 фунтов на кв. дюйм). Несмотря на то, что такое резкое повышение температуры и давления длится всего лишь пикосекунды (триллионные доли секунды), оно способствует застыванию смолы именно в том месте, где находился пузырек.

Таким образом, постепенно перемещая датчик по заданному маршруту, можно создать сложный трехмерный объект (по одному крошечному пикселю за раз). Наряду со способностью создавать очень маленькие, детализированные предметы, DSP позволяет неинвазивно печатать объекты внутри других структур, имеющих непрозрачные поверхности.

Диаграмма иллюстрирует, как DSP может быть использована для печати имплантата в руке пациента. Concordia University

Например, используя эту технологию, авиамеханики могли бы печатать на 3D-принтере детали для проведения ремонта внутренних элементов, не вскрывая фюзеляж самолета. Возможно даже, что имплантаты можно будет печатать в 3D-формате непосредственно в теле пациента, без необходимости хирургического вмешательства.

Помимо смолы PDMS, ученые успешно воспользовались технологией DSP для печати объектов из керамического материала. Теперь они планируют поэкспериментировать с полимерно-металлическими композитами, а затем и с чистыми металлами.

"Ультразвуковые частоты уже используются в деструктивных процедурах, таких как лазерная абляция тканей и злокачественных новообразований", - рассказывает профессор Мутукумаран Пакирисами, руководитель проекта совместно с доктором Мохсеном Хабиби и аспирантом Шервином Форофи. "Мы тоже хотели использовать их для создания каких-либо идей".

Статья об этом исследовании была недавно опубликована в журнале Nature Communications. Работа этого метода продемонстрирована на видео ниже.

Использование звука для 3D-печати

Источники: Concordia University, Journal Nature Communications.
(https://www.nature.com/articles/s41467-022-29395-1)
(https://www.concordia.ca/news/stories/2022/05/31/direct-sound-printing-is-a-potential-game-changer-for-manufacturers-of-microdevices.html)