Powszechnie znane metody druku 3D z tworzyw sztucznych wykorzystują ciepło do spajania surowców termoplastycznych, bądź światło do wywoływania fotopolimeryzacji w obrębie żywicy światłoutwardzalnej. Mniej natomiast znane są techniki, w których polimeryzacja zachodzi pod wpływem fal dźwiękowych.
Badania nad tym rodzajem polimeryzacji prowadzone są od lat na Uniwersytecie Concordia. Dzięki identyfikacji odpowiednich reakcji sonochemicznych, kanadyjscy badacze byli w stanie uzyskać polimeryzację specjalnego tworzywa pod wpływem kawitacji, wywołanej przez ultradźwięki, o czym mieliśmy okazję już informować:
Prezentowana wówczas metoda druku 3D, określona jako DSP (direct sound printing), wykazywała jednak pewne niedociągnięcia, związane z rozdzielczością i brakiem spójności otrzymywanych wydruków. Podjęte próby przezwyciężenia ograniczeń metody DSP poprzez odpowiednią konfigurację efektora, w celu precyzyjnego skupienia fal ultradźwiękowych, zaowocowały opracowaniem nowej techniki, nazwanej PSP (proximal sound printing).
Skonstruowano specjalny efektor z ultradźwiękowym przetwornikiem, umieszczonym w wypełnionej wodą akustycznej komorze, skupiającej fale ultradźwiękowe w otworze zaślepionym folią aluminiową. Folia zapobiega wyciekowi wody, a zarazem pełni rolę membrany, przekazującej drgania na materiał, dostarczany kanałami po bokach komory. W miejscu, do którego trafia płynny surowiec, na przykład PDMS – poli(dimetylosiloksan), powstaje tak zwany SUAR (sonochemically ultra-active reactor), w obrębie którego zachodzi polimeryzacja.
Kontrola składników kompozycji materiału i parametrów pracy przetwornika umożliwia uzyskiwanie programowalnych właściwości wydruku w zakresie przezroczystości, porowatości i rozdzielczości. Podczas gdy najmniejsze ściegi otrzymywane metodą DSP mogły mieć 2 mm szerokości, PSP umożliwia druk detali o szerokości zaledwie 200 µm. Proces druku z wykorzystaniem zogniskowanej wiązki ultradźwiękowej o mocy 0,32 W wywołuje jedynie bardzo ograniczony ruch płynu, co sprzyja dużej dokładności i rozdzielczości uzyskiwanych detali. Potencjał prezentowanej technologii może zostać spożytkowany przede wszystkim przez producentów medycznych urządzeń diagnostycznych lub miękkich robotów, a także w innych branżach, gdzie stosowane są układy mikroprzepływowe, elastyczne czujniki i kompozycje wielomateriałowe.
concordia.ca
Foroughi, S., Habibi, M. & Packirisamy, M.: Proximal sound printing: direct 3D printing of microstructures on polymers. Microsyst Nanoeng 12, 12 (2026)
