Новый тип 3D-печати использует звуковые волны для создания объектов

Группа ученых из канадского университета Конкордия в своей статье Nature Communications опубликовала статью о новой технологии прямой звуковой печати (DSP).

В ней объясняется, как сфокусированные ультразвуковые волны могут быть использованы для создания сонохимических реакций в микроскопических областях кавитации. Экстремумы температуры и давления, длящиеся триллионные доли секунды, могут создавать заранее спроектированные сложные геометрии, которые невозможно создать с помощью существующих методов.

В текущей версии этой технологии для отправки сфокусированных импульсов ультразвука через стенки камеры в жидкую полидиметилсилоксановую (PDMS) смолу используется трансдьюсер. При этом создаются ультразвуковые поля, которые заставляют быстро колеблющиеся микроскопические пузырьки временно формироваться в определенных точках смолы.

Когда эти пузырьки колеблются, температура внутри них повышается примерно до 15 000 градусов Кельвина, а давление внутри них поднимается до более чем 1 000 бар. Хотя это резкое повышение температуры и давления длится всего лишь пикосекунды (триллионные доли секунды), оно вызывает застывание смолы именно в том месте, где находится пузырек.

Таким образом, постепенно перемещая датчик по заданной траектории, можно создать сложный трехмерный объект - по одному крошечному пикселю за раз. Наряду со способностью создавать очень маленькие, детализированные объекты, DSP также позволяет неинвазивно печатать структуры внутри других структур, имеющих непрозрачные поверхности.

"Ультразвуковые частоты уже используются в таких деструктивных процедурах, как лазерная абляция тканей и опухолей. Мы хотели использовать их для создания чего-либо", - говорит Мутукумаран Пакирисами, профессор и председатель исследовательской кафедры университета на факультете механической, промышленной и аэрокосмической инженерии в Школе инженерии и компьютерных наук имени Джины Коди. Он является автором-корреспондентом статьи.

Мохсен Хабиби, научный сотрудник лаборатории оптико-биомикросистем университета Конкордия, является ведущим автором статьи. Его коллега по лаборатории и аспирант Шервин Форофи и бывший студент магистратуры Вахид Карамзаде являются соавторами.

Как объясняют исследователи, DSP основывается на химических реакциях, возникающих в результате колебаний давления внутри крошечных пузырьков, взвешенных в жидком полимерном растворе.

"Мы обнаружили, что если использовать определенный тип ультразвука с определенной частотой и мощностью, то можно создать очень локальные, очень сфокусированные химически реактивные области, - говорит Хабиби. - По сути, пузырьки можно использовать в качестве реакторов для запуска химических реакций по превращению жидкой смолы в твердые или полутвердые вещества".

"Мы доказали, что можем печатать различными материалами, включая полимеры и керамику, - говорит Пакирисами. - Мы собираемся попробовать полимерно-металлические композиты, а в конечном итоге мы хотим перейти к печати металла с помощью этого метода".