Nature子刊：全息直接声音打印 (HSDP)技术，可实现“体内“或“穿墙”打印

2024年10月10日，南极熊获悉，来自康考迪亚大学的研究人员开发了一种使用声全息图的新型 3D 打印方法，据说这种方法比现有方法更快，并且能够制造更复杂的物体。

相关研究以题为“Holographic direct sound printing/全息直接声音打印”（HSDP）的论文发表在《自然通讯》杂志上。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50923-8

HSDP 工艺以 2022 年推出的一种方法为基础，该方法描述了微观空化区域（微小气泡）中的声化学反应如何在万亿分之一秒内产生极高的温度和压力，从而将树脂硬化成复杂的图案。

△HDSP技术原理概念图和打印物体。

通过将该技术嵌入包含特定设计的横截面图像的声全息图中，聚合过程会更快发生——同时创建对象，而不是逐个体素地创建。为了保持所需图像的保真度，全息图在打印材料中保持静止。打印平台连接到机械臂上，机械臂根据预先编程的算法设计的图案移动它，形成完整的物体。

△穆图库马兰·帕克里萨米。资料来源：康考迪亚大学。

机械、工业和航空航天工程系教授穆图库马兰·帕克里萨米（MuthukumaranPackirisamy） 领导了该项目。他认为，这可以将打印速度提高多达 20 倍，同时消耗更少的能源。他说：“我们还可以在操作过程中更改图像。我们可以改变形状，组合多种动作，并改变正在打印的材料。如果我们优化参数以获得所需的结构，我们可以通过控制进给率来制作复杂的结构。”

△采用高速成像技术仔细观察HDSP 打印过程

△SCL 实验利用全息图展示化学反应的可模式化性。

据研究人员介绍，声全息图的精确控制使他们能够将多个图像的信息存储在单个全息图中，这意味着可以在同一打印空间内的不同位置同时打印多个对象。因此，声全息技术将成为多个领域创新的起点——用于创建复杂的组织结构、局部药物和细胞输送系统以及先进的组织工程。实际应用包括创建可以增强愈合能力的新型皮肤移植，以及改善需要在特定部位使用特定治疗剂的疗法的药物输送。

△HDSP的特殊应用

△机器人辅助 HDSP

Muthukumaran Packirisamy 补充说，由于声波可以穿透不透明表面，HSDP 可用于在体内或固体材料后面进行打印。这有助于修复受损的器官或位于飞机深处的精密部件。

研究人员认为，HDSP 有可能成为一种范式转换技术——它可以比作基于光的 3D 打印技术的进步，从立体光刻技术（使用激光将单点树脂硬化为固体物体）发展到数字光处理（同时固化整个树脂层）。

Muthukumaran Packirisamy 说道：“你可以想象一下各种可能性。我们可以在不透明物体后面、墙壁后面、管子内部或体内进行打印。我们已经使用的技术和设备已经获准用于医疗应用。”