南洋理工大學：試驗聲學噴嘴，打破3D打印堵塞

南洋理工大學機械與航空航天工程學院的論文學生Yannapol Sriphutkiat 最近發表了“ 用於3D打印的聲學噴嘴的開發 ”，探索使用聲學振動來解決最常見的問題之一：堵塞。

正如通過3D打印所允許的那麼多創新和改進一樣，所有這些都使得完美的感覺 - 使用聲學來操縱微粒並防止堵塞。在這項研究中，Sriphutkiat研究了在微通道中使用駐波聲波（SSAW）來減少這個問題。

噴嘴中的印刷材料的正確對準和消除堵塞導致不僅對於整體3D打印而且尤其在生物打印實踐中更好的結果，因為它限制了材料中的細胞密度。雖然生物打印存在許多挑戰，但堵塞仍然會讓研究人員感到困惑和困擾：

“懸浮液很可能在印刷系統的細胞貯存器，管和噴嘴中沉澱和聚集，沉降減少了流動路徑的寬度，這也可能導致噴墨噴嘴的窄幾何形狀內的堵塞。研究人員表示，堵塞可能會顯著增加正常應力和剪切應力，從而降低細胞活力和增殖速率，並減少不均勻液滴大小的形成。

堵塞機制的示意圖

儘管在許多方面堵塞仍然是個謎，但在這項研究中，研究人員對振動的使用是樂觀的，因為它既可以解決生產穩定性問題，也可以減少堵塞。這種技術的總體思路是“干擾堵塞行為”，這通常似乎發生在孔喉入口周圍，然後完全阻塞或橋接該區域。

“SSAW將微粒移離壁，朝向微通道的中心移動，因此，減少微粒積聚/堵塞的可能性，”研究人員表示，他們採用雙頻激發SSAW，以便更好地控制。

聲學噴嘴使得細胞在實驗室中朝向圓柱形管的中心積聚，從而允許3D打印成功，SSAW的調整減小了累積的微粒的寬度。

SSAW示意圖由（a）PDMS-LiNbO3和（b）superstrateLiNbO3組成

“與傳統的印刷策略相比，聲激發可以顯著減小印刷結構中累積的微粒的寬度（p <0.05）。此外，還研究了在高次諧波（385 kHz和657 kHz）下激發的微粒運動，“研究人員表示。

研究人員觀察到C2C12細胞受聲學控制後，該研究繼續成功進行生物打印。印刷後，他們被研究了一個星期。暴露於聲激發的細胞積聚在噴嘴中心附近，而來自對照組的細胞分散。聲學操縱的細胞也表現出更多“顯著密集的細胞結構”，而對照組細胞仍然更加混亂。

“整體而言，聲學方法能夠以低成本，簡單的配置和低功率，但高生物相容性積累印刷結構中的微粒/細胞，”研究人員總結道。“將來，可以研究印刷構造中各種生物細胞類型的聲學圖案化。聲學方法具有根據其物理性質（可壓縮性，密度和大小）操縱微粒/生物細胞的能力。

聲音在眾多3D打印技術中發揮了作用，從聲學超材料的發展到植入具有聲音數據的物品，甚至3D打印交響樂。