Drukowanie za pomocą fal dźwiękowych - rewolucja w druku?
Technologia druku rozwija się w szybkim tempie, a naukowcy nieustannie poszukują nowych rozwiązań, aby zaradzić ograniczeniom obecnych maszyn. Jednym z nich jest kontrolowanie wielkości kropli. Wykorzystanie dźwięku w druku może mieć wpływ nie tylko na druk na papierze, ale także na druk 3D. Na czym to polega?
Fale dźwiękowe i druk - w pogoni za dokładnością i kontrolą
Wszystkie płyny, w tym tusze do drukowania - a także fluidy wykorzystywane w specjalistycznym druku np. 3D dla medycyny (o czym pisaliśmy tutaj) lub produkowaniu leków w mikrokapsułkach - mogą tworzyć krople. Ten prosty fakt jest podstawą funkcjonowania drukarek, które pracują nakładając maleńkie krople z dyszy na papier lub w środowisku druku 3D. Pod wpływem samej grawitacji trudno jednak osiągnąć precyzję potrzebną do wydrukowania obrazów o bardzo wysokiej rozdzielczości i wręcz niezbędną w biodruku 3D, a wyższa lepkość niektórych płynów jest dodatkową przeszkodą. Chcąc rozwiązać ten problem, naukowcy z Harvardu w 2018 roku opracowali technikę drukowania akustoforetycznego. Dziś przybliżymy tą metodę i jej możliwe zastosowania.
Drukowanie akustoforetyczne - jak to działa?
Drukowanie popularną metodą Inkjet - obecną w większości drukarek atramentowych - sprawdza się tylko w przypadku płynów ok. 10 razy więcej lepkich od wody. Co jednak zrobić, aby drukować za pomocą płynów o znacznie większej lepkości, takich jak często wykorzystywane w farmaceutykach i biodruku? To pytanie postawili sobie naukowcy z Harvardzkiej Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych. Odpowiedzią było wykorzystanie fal dźwiękowych do precyzyjnego kontrolowania kropli.
Znamy już przykłady wykorzystania fal dźwiękowych aby przeciwstawić się grawitacji, takie jak lewitacja akustyczna. W metodzie drukowania akustoforetycznego, fale dźwiękowe służą do wygenerowania wysoce skoncentrowanej siły, która może być nawet 100 razy silniejsza od zwykłego wpływu grawitacji (czyli 1 G) na końcu dyszy drukarki. Im wyższa amplituda fal dźwiękowych, tym mniejszy rozmiar kropli. Ta siła, która w przeciwieństwie do opierania się na działaniu grawitacji, może być bardzo precyzyjnie kontrolowana, i w odpowiednim momencie wyzwolona aby wyrzucić kroplę o objętości od mikrolitra do nanolitra.
„Pomysł polega na wygenerowaniu pola akustycznego, które dosłownie odrywa małe kropelki od dyszy, podobnie jak przy zrywaniu jabłek z drzewa” - powiedziała współautorka badań, Daniele Foresti, członkiki stowarzyszenia Branco Weiss i pracowniczka naukowa w dziedzinie materiałoznawstwa i inżynierii mechanicznej w SEAS i Wyss Institute. Oprócz Foresti, współautorami pracy opublikowanej w biuletynie naukowym Science Advances byli: Katharina T. Kroll, Robert Amissah, Francesco Sillani, Kimberly A. Homan, Dimos Poulikakos i Jennifer A. Lewis.
Drukowanie akustoforetyczne okazało się niezwykle wszechstronne, co zespół zademonstrował poprzez modelowanie żywności, żywic optycznych, ciekłych metali i matryc biologicznych obciążonych komórkami.
Zastosowania i przyszłość drukowania z wykorzystaniem fal dźwiękowych
Jakie zastosowanie będzie mieć technologia druku za pomocą fal dźwiękowych w przyszłości? Ta technologia może się okazać zbyt kosztowna aby wprowadzić ją do druku na papierze, gdzie jej zastosowanie służyłoby głównie polepszeniu walorów wizualnych druku. Znacznie ważniejszym polem do rozwoju będzie przemysł farmaceutyczny, na który technologia akustoforetyczna powinna wywrzeć natychmiastowy wpływ, jak przewiduje Lewis, starsza autorka artykułu. Metoda ma też ogromny potencjał w biodruku, dziedzinie druku 3D dla medycyny zajmującej się tworzeniem tkanek czy narządów do przeszczepów w celu ratowania i polepszania jakości ludzkiego życia, gdzie często wykorzystuje się biopolimery oparte na cukrach, o lepkości 25,000 większej niż woda.
Biuro Rozwoju Technologii Harvardu zabezpieczyło własność intelektualną związaną z tym projektem i bada możliwości komercjalizacji. Prace nad technologią wciąż trwają. Czas pokaże, czy technologia akustoforetyczna stanie się standardem w druku 3D.
Źródła: