3D印刷的變革技術(shù)正在撼動(dòng)許多行業(yè),，但與即將到來(lái)的建筑三D打印相比,，這還算不上什么,。Swinburne可持續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施中心主任,、Swinburne混凝土結(jié)構(gòu)教授杰伊·桑賈揚(yáng)教授領(lǐng)導(dǎo)七所澳大利亞大學(xué)進(jìn)行了價(jià)值130萬(wàn)美元的合作,，以開(kāi)發(fā)混凝土的三維打印技術(shù),。桑賈揚(yáng)教授說(shuō)：“建筑仍然主要是手工施工,，這使得它非常昂貴,，并且使得全球?qū)ψ》亢突A(chǔ)設(shè)施的需求很難滿(mǎn)足,?！薄敖ㄖ情_(kāi)放的，自動(dòng)化可以破壞,，而3D印刷是一種可以幫助的技術(shù),。”
雖然3D打印機(jī)在商業(yè)上可以用于制造,，但飛機(jī)部件的打印和打印的房子有很大的區(qū)別,。桑賈揚(yáng)教授說(shuō)：“我們必須在天氣中打印出來(lái),，而不是工廠(chǎng)條件?！薄拔覀円幚淼牟皇菐坠锊牧?，而是噸。雖然我們不需要和航空工業(yè)一樣的精確性,，但我們必須用它來(lái)?yè)Q取低成本,。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，桑賈揚(yáng)教授探討了兩種方法,。臨時(shí)選擇是“粉末床”3D打印,，打印機(jī)在其中鋪上一層薄薄的混凝土粉末，然后打印一種水基“墨水”,，未來(lái)制造業(yè)重要技術(shù),三D打印和聲波打印
一層地重復(fù)這個(gè)過(guò)程,。桑賈揚(yáng)說(shuō)，目前的挑戰(zhàn)是自動(dòng)化收集和再利用每一次印刷所產(chǎn)生的大量未反應(yīng)粉末,。粉末床是一個(gè)很好的選擇,，形成預(yù)制部分的建筑物在一個(gè)工廠(chǎng)。
“我們可以制造非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu),。但這不是一個(gè)在風(fēng)雨中發(fā)生的過(guò)程,。“桑賈揚(yáng)教授說(shuō),，現(xiàn)場(chǎng)混凝土印刷需要一臺(tái)能擠壓液體混凝土的機(jī)器.“在這里,，主要問(wèn)題是混凝土本身，”他說(shuō),。
混凝土必須保持液體在打印機(jī)內(nèi),，但一旦它被打印出來(lái)，以保持它的形狀,，所以下一層可以應(yīng)用,。傳統(tǒng)的混凝土并不是這樣的。目前,，最常見(jiàn)的方法是大量使用混凝土用化學(xué)阻燃劑保持液體,，然后在擠壓時(shí)大量使用促進(jìn)劑。但這種方法損害了成品的力學(xué)性能,。桑賈揚(yáng)教授說(shuō)：“我們正在研發(fā)具有這些特性的新型水泥,。”雖然他還不能透露細(xì)節(jié),，但一個(gè)選擇是使用一種土聚合物水泥,，這是一種由工業(yè)廢物“飛灰”制成的材料?！敖ㄖ熞呀?jīng)用電腦設(shè)計(jì)了一切，”桑賈揚(yáng)說(shuō)?！芭c其把他們的計(jì)劃打印在紙上,，不如用3D打印，我們只要按下按鈕,，機(jī)器就能制造出來(lái)-這是我們的終極夢(mèng)想,。”哈佛大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的印刷方法,，利用聲波從組成和粘度前所未有的液體中產(chǎn)生液滴,。這項(xiàng)技術(shù)最終可以制造許多新的生物制藥、化妝品和食品,，并擴(kuò)大光學(xué)和導(dǎo)電材料的可能性,。“通過(guò)利用聲力,，我們創(chuàng)造了一種新技術(shù),，能夠以點(diǎn)播的方式打印大量材料，”哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(Harvard John A.Paulson School of Engineering and Application Sciences)生物啟發(fā)工程學(xué)教授詹妮弗·劉易斯(Jennifer Lewis)說(shuō),。她也是這篇論文的資深作者,。劉易斯還是懷斯生物啟發(fā)工程研究所的核心學(xué)院成員，也是哈佛大學(xué)余建明文理系教授,。這項(xiàng)研究發(fā)表在科學(xué)進(jìn)步.液滴在許多應(yīng)用中都是印刷油墨在紙上創(chuàng)造微膠囊用于藥物輸送,。噴墨打印是最常用的印刷技術(shù)。液滴但它只適用于比水粘稠10倍的液體,。然而,，許多研究人員感興趣的流體的粘性要大得多。例如,，生物聚合物和富含細(xì)胞的溶液對(duì)生物制藥和生物漂洗至關(guān)重要,，它們的粘性至少是水的100倍。一些糖基生物聚合物可能和蜂蜜一樣粘稠,，比水粘稠25,，000倍。
這些流體的粘度也隨著溫度和成分的變化而急劇變化,，這使得優(yōu)化印刷參數(shù)來(lái)控制液滴尺寸變得更加困難,。“我們的目標(biāo)是通過(guò)開(kāi)發(fā)一種獨(dú)立于流體材料特性的印刷系統(tǒng),，將粘度從圖片中剔除,，”這篇論文的第一作者、布蘭科·韋斯(Branco Weiss)海洋材料科學(xué)與機(jī)械工程研究員兼研究員丹尼爾·福雷斯蒂(Daniele ForesTI)和懷斯研究所(Wyss InsTItute)說(shuō),。
為了做到這一點(diǎn),，研究人員轉(zhuǎn)向聲波,。由于重力的作用，任何液體都可以滴下-從水龍頭滴出的水到長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的瀝青滴實(shí)驗(yàn),。單靠重力,，液滴尺寸仍然很大，滴速很難控制,。瀝青的粘度大約是水的2000億倍,，每十年就會(huì)下降一次。為了加強(qiáng)滴落形成,，研究小組依靠產(chǎn)生聲波,。這些壓力波通常被用來(lái)對(duì)抗重力，例如聲波懸浮?，F(xiàn)在,，研究人員正在利用它們來(lái)輔助重力，將這一新技術(shù)配音到印刷術(shù)中,。
研究人員建造了一種亞波長(zhǎng)聲學(xué)諧振器,，它能產(chǎn)生高度受限的聲場(chǎng)，產(chǎn)生的拉力超過(guò)打印機(jī)噴嘴頂端的正常引力(1G)的100倍-這是太陽(yáng)表面引力的四倍多,。
當(dāng)噴嘴達(dá)到特定尺寸時(shí),，這種可控力將每個(gè)液滴從噴嘴中拉出，并將其噴射到打印目標(biāo),。聲波振幅越大,，液滴尺寸越小，與流體粘度無(wú)關(guān),。福雷斯蒂說(shuō)：“這個(gè)想法是產(chǎn)生一個(gè)聲場(chǎng),，從噴嘴中分離出微小的水滴，就像從樹(shù)上摘蘋(píng)果一樣,?！毖芯咳藛T對(duì)從蜂蜜到干細(xì)胞油墨、生物聚合物,、光學(xué)樹(shù)脂甚至液態(tài)金屬等多種材料進(jìn)行了測(cè)試,。重要的是，聲波不要穿越液滴,，即使是敏感的生物物質(zhì),，如活細(xì)胞或蛋白質(zhì)，也可以安全地使用這種方法,。劉易斯說(shuō)：“我們的技術(shù)應(yīng)該立即對(duì)制藥業(yè)產(chǎn)生影響,。”“不過(guò),，我們相信這將成為多個(gè)行業(yè)的重要平臺(tái),?！盢SF MRSEC項(xiàng)目主任DanFinotello說(shuō)：“這是合作研究的廣度和廣度的一個(gè)精巧而有影響力的例子?！薄白髡唛_(kāi)發(fā)了一種新的使用聲學(xué)力的印刷平臺(tái),，與其他方法不同的是，它與材料無(wú)關(guān),，因此提供了巨大的印刷多功能性?！睉?yīng)用空間是無(wú)限的,。