Под воздействием акустических волн могут происходить химические реакции. Раздел науки, изучающий эти явления, называется сонохимией (звукохимией). Учёные из канадского университета Конкордия впервые провели эксперименты, объединяющие аддитивные технологии и законы сонохимии.
До сих пор при 3D-печати материалы отверждались исключительно под воздействием тепла или света. В ходе эксперимента камеру заполнили жидким полимерным материалом полидиметилсилоксаном (PDMS). Затем на определённые участки точечно воздействовали ультразвуком, провоцируя сонохимическую реакцию.
В точке приложения ультразвукового импульса локализовывалась область, колеблющаяся с огромной скоростью. На несколько пикосекунд (триллионных доли секунды) в толще материала образовывались крохотные пузырьки, внутри которых температура поднималась до 15 000 К, а давление – до 1000 бар. Затем пузырьки затвердевали. В результате удалось напечатать в закрытой камере трёхмерную конструкцию, сохранив первоначальное (жидкое) состояние остального вещества.
Новая технология 3D-печати очень перспективна. Открывается возможность использовать для печати новые материалы. Например, ранее печатать термоотверждаемым термореактивным полимером PDMS было нельзя. Из-за низкой вязкости материал растекался бы ещё до отверждения. При прямой звуковой печати (DSP – Direct Sound Printing) жидкий полимер отверждается, никакие добавки для повышения вязкости не требуются.
Сейчас после фотополимеризации поверхность готового изделия приходится обрабатывать растворителем, устраняя токсичные побочные продукты. Отверждение материала в процессе прямой звуковой печати не сопровождается образованием побочных продуктов.
На проникновение акустических волн, в отличие от световых, абсолютно не влияет непрозрачность материала. При 3D-печати методом DSP используют как прозрачные, так и непрозрачные материалы. Процессу DSP не мешает ни значительное расстояние между источником ультразвука и местом печати, ни препятствия между ними.
Области применения прямой звуковой печати
До промышленной печати ультразвуком ещё далеко. Но учёные предполагают, что DSP будет востребована везде, где нет прямого доступа к месту печати, в частности, в аэрокосмической отрасли – для ремонта деталей, находящихся внутри фюзеляжа.
Ещё одно применение DSP – 3D-печать в медицине. Учёные много экспериментировали с живыми тканями. В пробирке (in vitro) были напечатаны ухо и нос человека. Также проводился опыт, при котором источник ультразвука и место печати разделяли 18 мм PDMS и 15 мм свиных тканей (кожи, жира и мышц).
В будущем с помощью технологии DSP можно будет делать неинвазивные операции, создавать имплантаты прямо внутри тела.