Naukowcy z Concordii opracowali nowatorską metodę druku 3D wykorzystującą hologramy akustyczne. Mówią, że jest szybszy niż istniejące metody i umożliwia tworzenie bardziej złożonych obiektów.
Proces, zwany holograficznym bezpośrednim drukiem dźwiękowym (HDSP), opisano w niedawnym artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Communications. Opiera się na metodzie wprowadzonej w 2022 r., która opisuje, jak reakcje sonochemiczne w obszarach mikroskopijnej kawitacji – maleńkich pęcherzykach – wytwarzają niezwykle wysokie temperatury i ciśnienie przez bilionowe części sekundy, aby utwardzić żywicę w złożone wzory.
Teraz, dzięki osadzeniu tej techniki w hologramach akustycznych zawierających przekroje poprzeczne konkretnego projektu, polimeryzacja zachodzi znacznie szybciej. Może tworzyć obiekty jednocześnie, a nie woksel po wokselu.
Aby zachować wierność pożądanego obrazu, hologram pozostaje nieruchomy w materiale drukarskim. Platforma drukująca jest przymocowana do ramienia robota, które przesuwa ją w oparciu o zaprogramowany wcześniej algorytm, zaprojektowany wzór, z którego uformuje się gotowy obiekt.
Projektem kierował Muthukumaran Packirisamy, profesor na Wydziale Inżynierii Mechanicznej, Przemysłowej i Lotniczej. Uważa, że może to zwiększyć prędkość drukowania nawet 20-krotnie, przy jednoczesnym mniejszym zużyciu energii.
„Możemy zmieniać wizerunek także w trakcie operacji” – mówi. „Możemy zmieniać kształty, łączyć wiele ruchów i modyfikować drukowane materiały. Możemy stworzyć skomplikowaną strukturę, kontrolując prędkość podawania, jeśli zoptymalizujemy parametry, aby uzyskać wymagane struktury”.
Skok technologiczny
Zdaniem naukowców precyzyjna kontrola hologramów akustycznych pozwala na przechowywanie informacji o wielu obrazach w jednym hologramie. Oznacza to, że wiele obiektów można drukować jednocześnie w różnych miejscach w tej samej przestrzeni drukowania.
W rezultacie holografia akustyczna stanie się punktem wyjścia dla innowacji w wielu dziedzinach: można ją wykorzystać do tworzenia złożonych struktur tkankowych, zlokalizowanych systemów dostarczania leków i komórek oraz zaawansowanej inżynierii tkankowej. Zastosowania w świecie rzeczywistym obejmują tworzenie nowych form przeszczepów skóry, które mogą usprawnić gojenie i ulepszone dostarczanie leków w terapiach wymagających określonych środków terapeutycznych w określonych miejscach.
Dodaje, że ponieważ fale dźwiękowe mogą przenikać przez nieprzezroczyste powierzchnie, technologię HSDP można stosować do drukowania wewnątrz korpusu lub za litym materiałem. Może to być pomocne w naprawie uszkodzonych narządów lub delikatnych części znajdujących się głęboko w samolocie.
Naukowcy uważają, że HDSP może stać się technologią zmieniającą paradygmat. Porównuje to do zaawansowanej technologii druku 3D wykorzystującego światło, wraz z ewolucją od stereolitografii, w której za pomocą lasera utwardza się pojedynczy punkt żywicy w solidny obiekt, do cyfrowej obróbki światłem, która jednocześnie utwardza całe warstwy żywicy.
„Możesz sobie wyobrazić możliwości” – mówi. „Możemy drukować za nieprzezroczystymi przedmiotami, za ścianą, wewnątrz tuby lub wewnątrz ciała. Technika, którą już stosujemy, oraz urządzenia, których używamy, zostały już zatwierdzone do zastosowań medycznych.”