Время создания моделей уменьшилось до десятков секунд
Группа материаловедов усовершенствовала метод ультразвуковой 3D-печати, сократив время создания объектов по сравнению с попиксельной технологией с 13 минут до 90 секунд. Для этого они воспользовались акустической голографией. Новый метод ученые предлагают использовать для печати имплантатов внутри живых организмов. Статья опубликована в Nature Communications.
Специалисты технологий аддитивного производства часто применяют выборочную полимеризацию, чтобы превратить жидкую смолу в твердый материал. Делают они это в основном с помощью ультрафиолетового излучения. Однако такой способ не позволяет исследователям создавать объекты внутри оптически непрозрачных сред. А этот недостаток критичен, например, в медицине, когда нужно вырастить имплантат под кожей без оперативного вмешательства.
Не так давно физикам удалось применить звуковые волны, чтобы запустить химические реакции в материале и напечатать заданную структуру даже в мутной среде, не нарушая целостности верхних слоев подопытного вещества. При этом авторы нового метода столкнулись с другими проблемами: печать происходит попиксельно, точка за точкой, и занимает много времени, порядка десятков минут.
Физики из Канады и США под руководством Махди Дераятифара (Mahdi Derayatifar) воспользовались акустической голографией, чтобы уменьшить время ультразвуковой печати. Информацию о печатаемом объекте они записали с помощью алгоритма IAS (iterative angular spectrum) в виде акустической голограммы, а затем распечатали ее на 3D-принтере. Над голограммой ученые разместили сосуд, который заполнили кремнийорганическим эластомером. Генератор ультразвука, голограмму и нижнюю часть камеры печати они погрузили в деионизированную воду.
Принцип работы экспериментальной установки заключается в том, что ультразвуковая волна, сформированная голограммой, пройдя через передающую среду, достигает платформы внутри камеры печати. Кавитационные пузырьки, рожденные ультразвуком в силиконовом эластомере, схлопываются и, благодаря выделенному теплу, полимеризуют вещество на поверхности платформы. Такой процесс физики называют сонохимической реакцией.
Так как в голограмме хранится информация о форме объекта целиком, ученые смогли произвести 3D-печать всех частей образца одновременно. В результате исследователи добились сокращения времени с 4-13 минут до 30-90 секунд по сравнению с методом ультразвуковой печати, где каждая часть объекта создается поочередно.
Создатели метода отмечают, что текущие результаты далеки от совершенства. Из-за неоднородностей в материале качество воспроизведенных структур может существенно снижаться. Тем не менее авторы работы уверены, что новый способ 3D-печати может быть использован во многих сферах, в том числе и для создания имплантатов в подкожно-жировом слое без хирургического вмешательства.
Ранее мы уже писали о 3D-печати звуковых голограмм произвольной формы и высокой точности. Их можно использовать для акустической левитации.
Зато помог установить наилучшее ограничение на их параметры
Физики из эксперимента LUX-ZEPLIN (LZ) не увидели частиц темной материи за 280 дней набора данных. Зато установили рекордное ограничение на их параметры при помощи двухфазного детектора на жидком ксеноне. Об этом ученые сообщили на конференциях TeV Particle Astrophysics и LIDINE 2024, а также в пресс-релизе на сайте Национальной лаборатории в Беркли.