目前使用的大多数3D打印方法依赖于光(光)或热(热)激活反应来实现对聚合物的精确操纵。开发一种称为直接声音打印(DSP)的新平台技术，该技术使用声波生产新物体，可能会提供第三种选择。

该过程在NatureCommunications上发表的一篇论文中有所描述。它展示了如何使用聚焦超声波在微小的空化区域(本质上是微小的气泡)中产生声化学反应。持续数万亿分之一秒的极端温度和压力会产生预先设计的复杂几何形状，而这些几何形状无法用现有技术制造。

“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。我们想用它们来创造一些东西，”机械、工业和航空航天工程系的教授兼协和研究主席MuthukumaranPackirisamy说。吉娜科迪工程与计算机科学学院。他是论文的通讯作者。

康考迪亚光学生物微系统实验室的研究助理MohsenHabibi是该论文的第一作者。他的实验室同事和博士。学生ShervinForoughi和前硕士生VahidKaramzadeh是合著者。

超精密反应

正如研究人员解释的那样，DSP依赖于悬浮在液态聚合物溶液中的微小气泡内的波动压力产生的化学反应。

“我们发现，如果我们使用具有特定频率和功率的特定类型的超声波，我们可以创建非常局部、非常集中的化学反应区域，”Habibi说。“基本上，气泡可以用作反应器，驱动化学反应，将液态树脂转化为固体或半固体。”

微型气泡内部由超声波定向振荡引起的反应非常强烈，尽管它们只持续皮秒。空腔内的温度飙升至约15,000开尔文，压力超过1,000巴(海平面的地球表面压力约为1巴)。反应时间很短，周围的材料不受影响。

研究人员对一种用于增材制造的聚合物进行了实验，这种聚合物称为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。他们使用换能器产生超声波场，该超声波场穿过构建材料的外壳并固化目标液态树脂并将其沉积到平台或其他先前固化的物体上。换能器沿预定路径移动，最终逐个像素地创建所需的产品。微结构的参数可以通过调整超声波频率的持续时间和所用材料的粘度来控制。

多才多艺和具体

作者认为，DSP的多功能性将使依赖高度专用和精密设备的行业受益。例如，聚合物PDMS广泛用于微流体行业，制造商需要受控环境(洁净室)和复杂的光刻技术来制造医疗设备和生物传感器。

航空航天工程和维修也可以从DSP中受益，因为超声波可以穿透金属外壳等不透明表面。这可以让维修人员维修位于飞机机身深处的零件，而这些零件是依赖于光活化反应的打印技术无法访问的。DSP甚至可以用于医疗应用，用于人类和其他动物的远程体内打印。

“我们证明了我们可以打印多种材料，包括聚合物和陶瓷，”Packirisamy说。“接下来我们将尝试聚合物-金属复合材料，最终我们希望使用这种方法打印金属。”