一、今日【導(dǎo)讀】

3D打印以其直接制造原型、深聲波高性能材料、穿透多材料零件、印材柔性電子器件、料牛醫(yī)療器械和工程組織的今日幾何復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力而備受關(guān)注。然而目前開(kāi)發(fā)的深聲波打印方法通常需要由線性平移臺(tái)控制的構(gòu)建平臺(tái)來(lái)逐步固化材料。立體打印是穿透一種新興的增材制造技術(shù)，通過(guò)放棄逐步的印材油墨更新步驟，以制造具有增強(qiáng)的料牛打印速度和表面質(zhì)量的物體。現(xiàn)有的今日立體打印技術(shù)幾乎完全依賴于光能，以引發(fā)透明油墨中的深聲波光聚合反應(yīng)，這限制了材料的穿透選擇和打印尺寸。因此，印材基于光的料牛立體打印在深穿透數(shù)字制造方案中的應(yīng)用以及在微創(chuàng)制造場(chǎng)景中的應(yīng)用被大大限制。

二、【成果掠影】

近日，杜克大學(xué)姚俊杰和哈佛醫(yī)學(xué)院張宇團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種被稱(chēng)為深穿透聲學(xué)體積打印（DAVP）的新型技術(shù)，這項(xiàng)新技術(shù)采用了一種能對(duì)聲波而非光線產(chǎn)生反應(yīng)的特殊墨水。隨后研究者使用實(shí)驗(yàn)和聲學(xué)建模來(lái)研究與頻率和掃描速率相關(guān)的聲學(xué)打印行為。DAVP實(shí)現(xiàn)了低聲流、快速聲熱聚合和大印刷深度的關(guān)鍵特征，無(wú)論其光學(xué)性質(zhì)如何，都可以印刷各種形狀的體積水凝膠和納米復(fù)合材料。DAVP還允許在厘米深的生物組織中進(jìn)行打印，為微創(chuàng)醫(yī)學(xué)奠定了基礎(chǔ)。該論文以題為“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”發(fā)表在知名期刊Science上。

三、【數(shù)據(jù)概覽】

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圖1 ?DAVP的工作原理和自增強(qiáng)聲波墨水的設(shè)計(jì)? 2023 AAAS

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圖2 ?DAVP打印分辨率的表征? 2023 AAAS

圖3 ?DAVP性能和材料通用性? 2023 AAAS

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圖4? DAVP用于通過(guò)組織打印和微創(chuàng)治療進(jìn)行概念驗(yàn)證? 2023 AAAS

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四、【成果啟示】

利用FUS波的深度穿透能力、低聲流和粘彈性自增強(qiáng)聲油墨的快速聲聚合，研究者開(kāi)發(fā)了一種DAVP技術(shù)，該技術(shù)可以在沒(méi)有構(gòu)建平臺(tái)的情況下以高打印保真度和分辨率進(jìn)行立體打印。熱響應(yīng)自適應(yīng)聲波吸收器的使用解決了FUS暴露時(shí)聲流和深度穿透之間的沖突。自增強(qiáng)聲墨和非線性聲傳播共同增強(qiáng)了FUS焦點(diǎn)處的聲熱加熱，以實(shí)現(xiàn)作為構(gòu)建體素的快速和選擇性材料固化。基于熱積累的固化機(jī)制導(dǎo)致了毫米級(jí)的各向異性打印分辨率，這可以通過(guò)優(yōu)化FUS頻率和掃描速度的打印參數(shù)以及使用共焦雙換能器配置來(lái)進(jìn)一步提高。FUS波的深度穿透允許不透明復(fù)合材料的立體打印和打印厘米厚的組織，而這是通過(guò)最先進(jìn)的基于光的打印技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。自增強(qiáng)超聲墨水設(shè)計(jì)可以推廣到不同的系統(tǒng)，極大地?cái)U(kuò)展了聲學(xué)打印技術(shù)的材料庫(kù)。

文獻(xiàn)鏈接：Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing (Science 2023, 382, 1148-1155)

本文由大兵哥供稿。