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研究背景

增材制造是近年來快速發(fā)展的技術(shù)，因其在醫(yī)療設備、航空航天、微加工和人工器官等領(lǐng)域的廣泛應用而成為研究熱點。然而，傳統(tǒng)的光學打印方法（如立體光刻）在打印速度和材料選擇上存在局限，尤其是在復雜結(jié)構(gòu)的制造中。這些方法需要逐層固化材料，頻繁重置打印部件的位置，導致打印效率低下和材料適應性差。

成果簡介

有鑒于此，墨爾本大學David J. Collins教授和Callum Vidler共同合作在Nature期刊上發(fā)表了題為“Dynamic interface printing”的最新論文。研究人員提出了一種新的三維打印技術(shù)——動態(tài)界面打印。該方法利用聲調(diào)制的約束氣液界面，在短時間內(nèi)實現(xiàn)厘米級結(jié)構(gòu)的快速制造，消除了對復雜反饋系統(tǒng)和特殊化學物質(zhì)的需求。通過這一創(chuàng)新，科學家們展示了該技術(shù)在多種材料和復雜幾何形狀上的適用性，特別是一些傳統(tǒng)方法無法打印的結(jié)構(gòu)。

實驗結(jié)果表明，這種打印方式不僅能夠快速生成復雜結(jié)構(gòu)，還能在生物制造中展現(xiàn)出極大的潛力，顯著提高了材料的柔韌性和傳輸效率。此外，該技術(shù)還支持無支撐結(jié)構(gòu)的制造，使其在組織工程和快速原型制作等應用中具有重要的前景。因此，動態(tài)界面打印為增材制造技術(shù)提供了一種新的解決方案，為高分辨率、可擴展生產(chǎn)和生物相容性打印的需求奠定了基礎。

研究亮點

1. 實驗首次動態(tài)界面打印技術(shù)的應用，實現(xiàn)了在聲調(diào)制的約束氣液界面上快速生成厘米級的三維結(jié)構(gòu)，展示了該技術(shù)在增材制造領(lǐng)域的創(chuàng)新性和有效性。

2. 實驗通過動態(tài)界面打印技術(shù)，展示了其在多種材料和復雜幾何形狀上的適用性，能夠快速制造傳統(tǒng)逐層打印方法無法實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，具有高度的靈活性和適應性。

3. 該技術(shù)有效地解決了傳統(tǒng)增材制造方法中的固有問題，如打印速度慢、材料限制和復雜的光學系統(tǒng)需求，提供了一種無需復雜反饋系統(tǒng)和專業(yè)化化學的高效打印解決方案。

4. 通過表面波的形成，增強了氣液界面上的物質(zhì)傳輸，提高了材料的柔韌性，并允許三維粒子成型，這對于生物制造和組織工程具有重要意義。

圖文解讀

圖1: DIP 示意圖。

圖2: DIP 系統(tǒng)的特性。

圖3: DIP 中的聲學調(diào)制。

圖4: DIP 功能。

結(jié)論展望

本文展示了一種創(chuàng)新的動態(tài)界面打印（DIP）技術(shù)，該技術(shù)通過聲調(diào)制氣-液界面，實現(xiàn)了快速、高分辨率的三維打印。與傳統(tǒng)的分層打印方法相比，DIP不僅簡化了材料的打印過程，還提升了制造速度和多樣性，使其在生物制造和高通量實驗中具有廣泛應用潛力。該技術(shù)在打印過程中無需復雜的光學反饋或特殊化學材料，使得在不同材料間的適用性更強。此外，聲波的應用能夠增強物質(zhì)的傳輸效率和靈活性，為細胞和材料的精確排列提供了新的可能性。

這一研究的啟示在于，借助物理原理的創(chuàng)新運用，可以突破現(xiàn)有技術(shù)的局限性，從而在生物醫(yī)學、微制造等領(lǐng)域推動新的發(fā)展。未來，結(jié)合聲調(diào)制的多材料打印和微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控，將為組織工程和個性化醫(yī)療提供更為有效的解決方案。

文獻信息

Vidler, C., Halwes, M., Kolesnik, K. et al. Dynamic interface printing. Nature 634, 1096–1102 (2024).

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