Гарвардский университет объявил, что его исследователи разработали способ печати объектов с помощью звука. Согласно пресс-релизу от 31 августа 2018 года, этот метод, названный «акустофоретической печатью», «может позволить производить многие новые биофармацевтические препараты, косметику и продукты питания, а также расширять возможности оптических и проводящих материалов».
Печать жидкими чернилами, такими как чернила, стала образом жизни благодаря процессу струйной печати. Но что, если вы хотите напечатать живые клетки или другие биологические материалы? Что делать, если вы хотите печатать жидким металлом? При использовании струйных принтеров способность принтера вытягивать вещество из сопла прекращается по мере того, как вещество становится гуще. Но теперь, несмотря на то, что пока еще очень рано находится экспериментальная фаза процесса, группа ученых из Гарварда объявила о значительном прогрессе в создании звуковых полей, способных притягивать вязкие вещества, такие как жидкий металл, мед и даже живые клетки. из сопла принтера.
Все начинается с гравитации. Простая гравитация - это то, что заставляет жидкость капать. Насколько быстро или часто он стекает, зависит от его вязкости, толщины и устойчивости к сдвиговым и растягивающим напряжениям. Вода, например, гораздо менее вязкая, чем кукурузный сироп. Кукурузный сироп гораздо менее вязкий, чем мед. Чем более вязкая жидкость, тем больше времени требуется гравитации, чтобы образовалась капля. Системы печати, такие как струйная печать, обычно используют капельный метод переноса жидкого материала на носитель, такой как бумага. Однако чем более вязким является материал, тем труднее манипулировать им для печати.
«Наша цель состояла в том, чтобы убрать вязкость из общей картины, разработав систему печати, которая не зависит от свойств материала жидкости», - сказал Даниэле Форести, научный сотрудник в области материаловедения и машиностроения в Гарварде.
Здесь появляется звук.
Форести и его коллеги-исследователи начали экспериментировать с давлением звуковых волн на жидкости, чтобы усилить гравитацию. Они построили «субволновой акустический резонатор», предназначенный для создания строго контролируемых акустических полей, которые эффективно увеличивают относительную силу тяжести на печатающем сопле. Согласно пресс-релизу, исследователи смогли создать силу тяги, «в 100 раз превышающую обычную силу гравитации (1G) сопла принтера», что более чем в четыре раза превышает гравитацию Солнца. Размер капли просто определяется амплитудой звуковой волны - чем выше амплитуда, тем меньше капля. Вот пояснительное видео от исследовательской группы Гарварда:
«Идея состоит в том, чтобы создать акустическое поле, которое буквально отделяет крошечные капельки от сопла, очень похоже на сбор яблок с дерева», - сказал Форести.
Для тестирования этого нового метода печати использовался широкий спектр материалов, включая мед, чернила на основе стволовых клеток, биополимеры, оптические смолы и жидкие металлы. Поскольку звуковые волны не проходят через материалы, использование звука для создания капель не повредит сам материал, что важно для печати с использованием живых клеток.
Доктор. Дженнифер Льюис, профессор Гарвардской инженерии, вдохновленной биологией, заявила: «Наша технология должна оказать непосредственное влияние на фармацевтическую промышленность. Однако мы считаем, что она станет важной платформой для многих отраслей».
Акустофоретически напечатанные капли можно аккуратно наносить и формировать в любом месте, контролируя целевое положение. Некоторые жидкие металлы при контакте с атмосферой образуют твердую оболочку, и это свойство даже позволяет легко накладывать капли друг на друга.