革新技术：直接声音打印可能会改变3D打印的游戏规则

在《自然通讯》上发表的一篇论文中，康科迪亚的研究人员描述了一种名为直接声音打印(DSP)的新平台技术，它利用声波产生新物体。这篇论文解释了如何聚焦超声波可以用来在微小的空化区域创造声化学反应。持续万亿分之一秒的极端温度和压力可以产生预先设计的复杂几何形状，这是现有技术无法做到的。

　　

   

   

Muthukumaran Packirisamy, Mohsen Habibi和Shervin Foroughi:
“超声波频率已经被用于激光消融等破坏性程序。我们想用它们来创造一些东西。”

目前使用的大多数3D打印方法要么依靠光(光)，要么依靠热(热)激活反应来实现对聚合物的精确操作。一种名为直接声音打印(DSP)的新平台技术的开发，利用声波产生新物体，可能提供第三种选择。

发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文描述了这一过程。它展示了聚焦的超声波如何被用来在微小的空化区域(本质上是微小的气泡)产生声化学反应。持续万亿分之一秒的极端温度和压力可以产生预先设计的复杂几何形状，这是现有技术无法做到的。

“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，”吉娜·科迪工程与计算机科学学院机械、工业与航空航天工程系教授兼康考迪亚研究主席Muthukumaran Packirisamy说。他是该论文的通讯作者。

康考迪亚光学生物微系统实验室的研究员Mohsen Habibi是这篇论文的主要作者。他的实验室同事兼博士生Shervin Foroughi和前硕士学生Vahid Karamzadeh是合著者。

高敏感度的反应

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

哈比比说:“我们发现，如果我们使用一种特定频率和功率的超声波，我们可以创造出非常局部、非常集中的化学反应区域。”“基本上，这些气泡可以用作反应器，推动化学反应，将液体树脂转化为固体或半固体。”

超声波引导的振动在微型气泡内引起的反应是强烈的，尽管它们只持续皮秒。洞穴内的温度会飙升到15000开尔文左右，压力超过1000巴(海平面的地球表面压力约为1巴)。反应时间很短，不影响周围的物质。

研究人员对一种被称为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的增材制造聚合物进行了实验。他们使用换能器产生超声波场，超声波场穿过建筑材料的外壳，使目标液体树脂固化，并将其沉积在平台或另一个先前固化的物体上。换能器沿着预定的路径移动，最终逐像素创建所需的产品。可以通过调节超声频率的持续时间和材料的粘度来控制微观结构的参数。

多才多艺的和具体的

作者认为，DSP的通用性将有利于依赖高度特定和精密设备的行业。例如，聚合物PDMS被广泛应用于微流体行业，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受益于DSP，因为超声波可以穿透不透明的表面，比如金属外壳。这可以让维修人员维修位于飞机机身深处的部件，而依靠光活化反应的打印技术无法做到这一点。DSP甚至可以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，”帕基里萨米说。“下一步我们将尝试聚合物-金属复合材料，最终我们希望使用这种方法打印金属。”

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