哈佛研究人員使用聲波來輔助黏性液體3D列印技術

2018/10/31 @ Yolanda

來自哈佛大學的John A Paulsen工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員開發了一種新的3D列印技術,這個技術利用聲波從憶體中產生具有前所未有的成分和黏度範圍的液滴。據研究人員說,這種技術能夠按照需要的方式對無數材料進行3D列印,並且可以用於合成生物藥品和化妝品,以及光學和導電資料。目前,用於藥物遞送的微膠囊是使用噴墨3D列印機製造的。噴墨3D列印利用液體液滴形成固體,但根據研究人員的說法,它只適用於黏性約比水10倍的液體。

然而,許多研究人員感興趣是更為黏稠的液體。例如,用於生物製藥和生物列印中使用的生物聚合物和載有細胞的墨水的黏性至少是水的100倍。一些含糖的生物聚合物可能像蜂蜜一樣黏稠,黏度是水的25,000倍。這些流體的黏度也會隨溫度和成分而急劇變化,使得優化列印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於流體材料特性的3D列印系統。他們利用聲波建立了一個系統,以幫助重力從黏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,他們描述了如何設計和製造一個能夠產生的亞波長聲諧振器一個受限的聲場,它使拉力大於列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。

研究人員對各種材料進行了測試,包括蜂蜜,幹細胞墨水,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,範圍從超過800μm的最大值到小於65μm,並將其朝向列印目標噴射。研究人員發現,聲波振幅越大,液滴尺寸越小,與流體的黏度無關。重要的是,聲波不會透過液滴傳播,使得該方法即使對於敏感的例如活細胞或蛋白質也是安全的。

為了噴射液滴,聲波列印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鬆列印!這種特殊的液態金屬在與大氣接觸時形成堅固的外殼,而這種特殊的性質使得易於將液滴一個堆疊在另一個上面。

最後我們來看看這項技術的介紹影片。

 

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Yolanda
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