3D-печать обычно включает в себя нанесение слоев расплавленного пластика, лазерное плавление порошкообразного металла или использование ультрафиолетового света для отвердевания смолы. Однако новый метод использует еще один подход, используя звуковые волны.

Эта технология, разработанная группой ученых из канадского университета Конкордия, известна как прямая звуковая печать (DSP). В текущей версии метода преобразователь используется для отправки сфокусированных импульсов ультразвука через стенки камеры в содержащуюся внутри жидкую полидиметилсилоксановую (ПДМС) смолу. При этом создаются ультразвуковые поля, которые вызывают временное образование быстро колеблющихся микроскопических пузырьков в определенных точках смолы.

Когда эти пузырьки колеблются, температура внутри них повышается примерно до 15 000 градусов по Кельвину (14 727 ºF или 26 540 ºF), а давление внутри них поднимается до более чем 1000 бар (14 504 фунтов на квадратный дюйм). Хотя это внезапное повышение температуры и давления длится всего пикосекунды (триллионные доли секунды), оно заставляет смолу затвердевать именно в том месте, где находится пузырек.

Таким образом, постепенно перемещая преобразователь по заданной траектории, можно создать сложный трехмерный объект — один крошечный пиксель за раз. Наряду со способностью производить очень маленькие детализированные элементы, DSP также позволяет неинвазивно печатать структуры внутри других структур с непрозрачными поверхностями.

Диаграмма иллюстрирует, как DSP можно использовать для печати структуры руки пациента.
Университет Конкордия

Например, используя эту технику, авиамеханики могли бы ремонтировать внутренние компоненты с помощью 3D-печати, не открывая фюзеляж самолета. Возможно даже, что имплантаты могут быть напечатаны на 3D-принтере внутри тела пациента без необходимости хирургического вмешательства.

Помимо смолы PDMS, ученые также успешно использовали DSP для печати объектов из керамического материала. Теперь они планируют экспериментировать с полимерно-металлическими композитами, а затем с чистым металлом.

«Ультразвуковые частоты уже используются в деструктивных процедурах, таких как лазерная абляция тканей и опухолей», — сказал профессор Мутукумаран Пакирисами, который руководил исследованием вместе с доктором Мохсеном Хабиби и аспирантом Шервином Форуги. «Мы хотели использовать их, чтобы создать что-то».

Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Nature Communications .

Техника демонстрируется на видео ниже.