MAX PLANCK和HEIDELBERG研究人員使用聲學全息圖探索非接觸式3D打印技術
時間：2023-03-27 10:17 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2023年3月26日，德國海德堡馬克斯普朗克醫學研究所和海德堡大學的研究人員正在開展一項新型3D打印技術研究。該技術利用聲學全息技術進行無接觸式3D打印，與傳統3D打印相比，具有更高的精度和速度。
在傳統3D打印中，需要將材料通過噴嘴逐層堆積來打印出所需的形狀。而這項研究中，研究人員利用聲波產生的聲學全息技術，直接控制了液體中的顆粒聚集，從而實現了無接觸式3D打印。
這項新研究已發表在《高級科學》雜志上。研究中使用多個聲學全息圖來制作可用于3D打印固體顆粒、凝膠珠甚至活細胞的壓力場。通過這樣做，研究人員希望在生物醫學等領域開辟新的可能性，在這些領域能夠制造非常精確和復雜的結構可能非常有用。
使用超聲全息圖創建3D形狀
該研究的主要作者Kai Melde強調了基于超聲波的3D打印技術在生物細胞組裝方面的潛力。該方法通過對細胞溫和且無毒，并具有非接觸式遠程組裝功能，有助于保持無菌狀態并保持細胞健康。Melde指出，這一技術的醫學應用前景廣闊，例如用于藥物輸送和組織工程。此外，該研究團隊表示，該技術還可用于制造微小器件和可編程的物體，具有廣泛的應用潛力。
Melde表示，利用聲波制作精確的3D形狀需要復雜的算法和多個相互作用的全息場。然而，這也帶來了計算上的挑戰，因為隨著三維空間的增加，內存需求也會增加，并且需要計算整個體積的波場。團隊成員Heiner Kremer表示，將3D物體數字化為超聲全息圖需要大量計算能力，因此必須采用新的計算方法。為了應對這一挑戰，研究人員使用了GPU加速和谷歌的TensorFlow軟件。這種新方法可能會在醫療、藥物輸送和組織工程等領域得到應用。
盡管該技術存在局限性，例如受到聲波功率的限制以及需要能夠抵抗重力的材料，但新的3D打印方法代表了基于聲波的3D制造領域“向前邁出了有希望的一步”。
超聲波技術以前用于3D打印嗎？
馬來西亞馬六甲理工大學（UTeM）的研究團隊，發明了一種能夠制造更具彈性部件的3D打印機，該打印機使用回收的ABS材料。研究人員將兩個壓電換能器連接到標準的龍門式熔絲制造（FFF）3D打印機上，從而增強回收的ABS材料的韌性。
在將使用過的ABS材料切碎并擠出成1.75毫米的細線后，UTeM研究開始使用FFF原型機進行3D打印樣品，該機器裝有壓電換能器，通過超聲波振動使其更加穩定。雖然第一批模型表面存在缺陷，但工程師發現將噴嘴溫度提高到270°C并降低打印速度可以解決這些問題。研究人員還發現，使用超聲波使零件以20 kHz的頻率振動“顯著改善了回收層的附著力”。
另外，加拿大康考迪亞大學的科學家們研發了一種新穎的直接聲波打印(DSP)技術，可以利用超聲波在微小空腔中產生聲化學反應，生產出復雜而精確的物體。相關研究已發表在論文中，詳細解釋了該技術的原理和具體實現方法。該技術可用于創建具有當前方法難以實現的復雜幾何形狀的設計。
康考迪亞大學機械、工業和航空航天工程系教授Muthukumaran Packirisamy表示，他們利用超聲波的頻率來創造物品，而這種頻率曾被應用于組織和腫瘤的激光消融等破壞性手術。
△形成緊湊聲學3D壓力圖像的概念
在傳統3D打印中，需要將材料通過噴嘴逐層堆積來打印出所需的形狀。而這項研究中，研究人員利用聲波產生的聲學全息技術，直接控制了液體中的顆粒聚集，從而實現了無接觸式3D打印。
△該研究已發表在SCIENCE ADVANCES期刊上，題目為“緊湊的全息聲場實現了快速的一步式3D物質組裝”（傳送門）
這項新研究已發表在《高級科學》雜志上。研究中使用多個聲學全息圖來制作可用于3D打印固體顆粒、凝膠珠甚至活細胞的壓力場。通過這樣做，研究人員希望在生物醫學等領域開辟新的可能性，在這些領域能夠制造非常精確和復雜的結構可能非常有用。
使用超聲全息圖創建3D形狀
該研究的主要作者Kai Melde強調了基于超聲波的3D打印技術在生物細胞組裝方面的潛力。該方法通過對細胞溫和且無毒，并具有非接觸式遠程組裝功能，有助于保持無菌狀態并保持細胞健康。Melde指出，這一技術的醫學應用前景廣闊，例如用于藥物輸送和組織工程。此外，該研究團隊表示，該技術還可用于制造微小器件和可編程的物體，具有廣泛的應用潛力。
Melde表示，利用聲波制作精確的3D形狀需要復雜的算法和多個相互作用的全息場。然而，這也帶來了計算上的挑戰，因為隨著三維空間的增加，內存需求也會增加，并且需要計算整個體積的波場。團隊成員Heiner Kremer表示，將3D物體數字化為超聲全息圖需要大量計算能力，因此必須采用新的計算方法。為了應對這一挑戰，研究人員使用了GPU加速和谷歌的TensorFlow軟件。這種新方法可能會在醫療、藥物輸送和組織工程等領域得到應用。
盡管該技術存在局限性，例如受到聲波功率的限制以及需要能夠抵抗重力的材料，但新的3D打印方法代表了基于聲波的3D制造領域“向前邁出了有希望的一步”。
△這些精準的3D形狀由馬克斯普朗克醫學研究所的研究人員使用聲學全息圖技術制作
超聲波技術以前用于3D打印嗎？
馬來西亞馬六甲理工大學（UTeM）的研究團隊，發明了一種能夠制造更具彈性部件的3D打印機，該打印機使用回收的ABS材料。研究人員將兩個壓電換能器連接到標準的龍門式熔絲制造（FFF）3D打印機上，從而增強回收的ABS材料的韌性。
△研究人員的超聲波3D打印裝置
在將使用過的ABS材料切碎并擠出成1.75毫米的細線后，UTeM研究開始使用FFF原型機進行3D打印樣品，該機器裝有壓電換能器，通過超聲波振動使其更加穩定。雖然第一批模型表面存在缺陷，但工程師發現將噴嘴溫度提高到270°C并降低打印速度可以解決這些問題。研究人員還發現，使用超聲波使零件以20 kHz的頻率振動“顯著改善了回收層的附著力”。
△通過使用超聲波3D打印工藝，成功生產了概念驗證半月板
另外，加拿大康考迪亞大學的科學家們研發了一種新穎的直接聲波打印(DSP)技術，可以利用超聲波在微小空腔中產生聲化學反應，生產出復雜而精確的物體。相關研究已發表在論文中，詳細解釋了該技術的原理和具體實現方法。該技術可用于創建具有當前方法難以實現的復雜幾何形狀的設計。
康考迪亞大學機械、工業和航空航天工程系教授Muthukumaran Packirisamy表示，他們利用超聲波的頻率來創造物品，而這種頻率曾被應用于組織和腫瘤的激光消融等破壞性手術。
(責任編輯：admin)
Fabric8Labs推出AI芯片定
Titomic又一合作，將與nuF
荷蘭公司將開設3D打印船舶
Chicago Additive推出AMOS
590MHz帶寬+超90%輻射效率
威斯康星大學麥迪遜分校工最新內容
突破性生物3D打印
迪拜LEAP 71公司
3D生物打印構建內
《Small Science
南洋理工-劍橋大
清華大學：抗拉強熱點內容
