哈佛研究人員使用聲波來輔助粘性液體的3D打印
時間：2018-09-05 08:20 來源：中國3D打印網 作者：LaoZhou 閱讀：次
來自哈佛大學John A Paulsen工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員開發出一種新的3D打印技術，該技術利用聲波從液體中產生具有前所未有的成分和粘度范圍的液滴。據研究人員稱，這種技術可以按需的方式對無數材料進行3D打印，并可用于合成生物制藥和化妝品，以及光學和導電材料。
圖：Daniele Foresti，哈佛大學Jennifer A. Lewis
目前，使用噴墨3D打印機制造用于藥物遞送的微膠囊。據研究人員稱，噴墨3D打印利用液體液滴形成固體，但它僅適用于粘度約為水的10倍的液體。然而，研究人員感興趣的讓更多的液體更加粘稠。例如，生物制藥和生物打印中使用的生物聚合物和載有細胞的墨水的粘度至少是水的100倍。一些含糖的生物聚合物可能像蜂蜜一樣粘稠，粘度比水高25,000倍。
這些流體的粘度也隨溫度和成分而急劇變化，使得優化印刷參數以控制液滴尺寸變得更加困難。因此，SEAS研究團隊開發了一種獨立于流體材料特性的3D打印系統。他們利用聲波建立了一個系統，以幫助重力從粘性流體形成受控大小的液滴。哈佛大學的團隊由Jennifer Lewis教授領導，他也是Wyss生物啟發工程研究所和藝術與科學學院的附屬機構，他們描述了他們如何設計和制造一個能夠產生的亞波長聲諧振器一個受限的聲場，它使拉力大于打印機噴嘴尖端的正常重力的100倍。
為了噴射液滴，聲波印刷利用空氣傳播的超聲波 - 幾乎與材料無關。即使是液態金屬也可以輕松打印！這種特殊的液態金屬在與大氣接觸時形成堅固的外殼，這種特殊的性質使得易于將液滴一個堆疊在另一個上面。 （圖片由Daniele Foresti，哈佛大學Jennifer A. Lewis提供。）
圖：Daniele Foresti，哈佛大學Jennifer A. Lewis
目前，使用噴墨3D打印機制造用于藥物遞送的微膠囊。據研究人員稱，噴墨3D打印利用液體液滴形成固體，但它僅適用于粘度約為水的10倍的液體。然而，研究人員感興趣的讓更多的液體更加粘稠。例如，生物制藥和生物打印中使用的生物聚合物和載有細胞的墨水的粘度至少是水的100倍。一些含糖的生物聚合物可能像蜂蜜一樣粘稠，粘度比水高25,000倍。
這些流體的粘度也隨溫度和成分而急劇變化，使得優化印刷參數以控制液滴尺寸變得更加困難。因此，SEAS研究團隊開發了一種獨立于流體材料特性的3D打印系統。他們利用聲波建立了一個系統，以幫助重力從粘性流體形成受控大小的液滴。哈佛大學的團隊由Jennifer Lewis教授領導，他也是Wyss生物啟發工程研究所和藝術與科學學院的附屬機構，他們描述了他們如何設計和制造一個能夠產生的亞波長聲諧振器一個受限的聲場，它使拉力大于打印機噴嘴尖端的正常重力的100倍。
通過控制目標位置，可以在任何地方小心地沉積和圖案化噴射的液滴。在該實例中，蜂蜜滴在玻璃基板上圖案化。信用：Daniele Foresti，哈佛大學Jennifer A. Lewis
“這個想法是產生一個聲學區域，從噴嘴中分離微小的液滴，就像從樹上摘蘋果一樣，”該論文的第一作者SEAS和Wyss研究所Branco Weiss研究員，材料科學與機械工程研究助理Daniele Foresti說。研究人員對各種材料進行了測試，包括蜂蜜，干細胞墨水，生物聚合物，光學樹脂和液態金屬。當可控制力達到特定尺寸時，可控制力將每個液滴從噴嘴拉出，范圍從超過800μm的最大值到小于65μm，并將其朝向打印目標噴射。研究人員發現，聲波振幅越大，液滴尺寸越小，與流體的粘度無關。重要的是，聲波不會通過液滴傳播，使得該方法即使對于敏感的生物貨物（例如活細胞或蛋白質）也是安全的。為了噴射液滴，聲波印刷利用空氣傳播的超聲波 - 幾乎與材料無關。即使是液態金屬也可以輕松打印！這種特殊的液態金屬在與大氣接觸時形成堅固的外殼，這種特殊的性質使得易于將液滴一個堆疊在另一個上面。 （圖片由Daniele Foresti，哈佛大學Jennifer A. Lewis提供。）
中國3D打印網點評：“這種技術應該對制藥行業產生直接影響，但是，我們相信這將成為多個行業的重要平臺。”
中國3D打印網譯自：3dres.org
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