不利用流體特性的未來印刷--聲音印刷

2020-12-13 有道是科學

我們都知道印刷是將文字、圖畫、照片、防偽等原稿經製版、施墨、加壓等工序,使油墨轉移到紙張、織品、塑料品、皮革等材料表面上,批量複製原稿內容的技術。傳統的印刷技術有噴墨印刷、雷射印刷等等無不例外都是利用流體的特性,如密度、粘性等,但是最近,哈佛大學宣布其研究人員開發出一種新型列印方法,利用聲音列印物體的方法,該方法被稱為「聲波印刷」,可以「製造許多新的生物製藥,化妝品和食品,並擴大光學和導電材料的可能性」。如下圖:

為了噴射此類的液滴,聲泳印刷使用空氣傳播的超聲波,這幾乎與材料無關。 甚至液態金屬也可以輕鬆列印。

目前採用噴墨印刷工藝,用液體(如油墨)進行印刷已成為一種生活方式。 但是如果你想列印活細胞或其他生物材料怎麼辦? 如果你想列印液態金屬怎麼辦? 對於噴墨印表機,當物質變厚時,印表機將物質從噴嘴中拉出的能力會停止。 但是現在,儘管在這個過程的實驗階段還處於早期階段,哈佛大學的科學家團隊已經宣布在創造能夠吸引粘性物質(如液態金屬,蜂蜜甚至活細胞)的聲場方面取得重大進展。

究其原理而言,該方法源于于引力。 我們都知道重力是導致液體滴落的原因。 滴落的速度或速度取決於其粘度 - 厚度以及抗剪切和拉伸應力。 例如,水比玉米糖漿粘稠得多。 玉米糖漿比蜂蜜粘稠得多。 流體越粘稠,重力產生液滴所需的時間越長。 諸如噴墨印刷的印刷系統通常使用將液體材料轉移到介質(例如紙)的液滴方法。 然而,材料越粘,操作印刷就越困難。

「我們的目標是通過開發獨立於流體材料特性的印刷系統來降低粘度,」哈佛大學材料科學與機械工程研究助理Daniele Foresti說。於是,Foresti和他的研究人員開始試驗聲波對液體的壓力,以便為重力提供動力。 他們製造了一種「亞波長聲諧振器」,旨在產生嚴密控制的聲場,有效地增加了印刷噴嘴處的相對重力。 據發布,研究人員已經能夠產生「100倍於印表機噴嘴的正常引力(1G)」的拉力,是太陽引力的四倍以上。 液滴的大小簡單地由聲波的幅度決定 - 振幅越大,下降越小。「這個想法是產生一個聲場,從聲音中分離微小的液滴,就像從樹上摘蘋果一樣,」Foresti說道。

目前他們已經使用了各種材料來測試這種新的印刷方法,包括蜂蜜,幹細胞油墨,生物聚合物,光學樹脂和液態金屬。 由於聲波不會穿過材料,因此使用聲音來創建水滴不會對材料本身造成傷害,這對於使用活細胞進行列印非常重要。哈佛大學生物學啟發工程教授Jennifer Lewis博士表示,「我們的技術應該對製藥行業產生直接影響。但是,我們相信這將成為多個行業的重要平臺。」

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