Manipulation des particules avec le son pour l’impression 3D de nouvelle génération et au-delà

Les chercheurs ont développé un moyen d’utiliser le son pour manipuler les particules afin de créer un nouveau processus de fabrication qui est plus rapide, plus précis et avec des économies potentielles que certaines méthodes actuelles de fabrication à base d’impression.

Des scientifiques des universités de Bath et de Bristol au Royaume-Uni utilisent des ultrasons contrôlés par ordinateur pour créer des motifs précis et prédéterminés sur les surfaces à partir de gouttelettes ou de particules d’aérosol dans un processus appelé sonolithographie.

Inspirés par les progrès de la lévitation ultrasonore et de la manipulation des particules ainsi que par le mouvement des « fabricants » en général, les chercheurs ont déclaré qu’ils avaient entrepris de créer des « outils de fabrication accessibles utilisant des ondes stationnaires ultrasoniques », Jenna Shapiro, chercheuse associée à la School of Cellular and Molecular médecine à l’Université de Bristol, a déclaré Nouvelles de conception.

« Comme j’ai une formation en biomatériaux et en génie tissulaire, je m’intéressais particulièrement à la biofabrication. Cela pourrait-il être utilisé comme un moyen de manipuler des biomolécules, voire des cellules ? » elle a dit.

Ce que les chercheurs ont trouvé, c’est que la réponse à cette question est que cela pourrait, ouvrant la voie non seulement à de nouvelles applications biomédicales, mais aussi avec le potentiel de fabriquer des circuits et des composants électroniques à l’aide d’encres conductrices. ainsi qu’être utilisé dans les processus de fabrication additive, ont-ils déclaré.

La sonolithographie fonctionne en utilisant des réseaux d’ondes stationnaires acoustiques dans l’air générées par des paires de haut-parleurs à ultrasons, nous a dit Shapiro.

« L’interférence des ondes génère un champ acoustique avec des régions définies de haute et basse pression », a-t-elle expliqué. « Les gouttelettes ou les particules se déplaçant dans ce champ migrent vers des régions spécifiques en fonction de cette distribution de pression et des propriétés des matériaux (par exemple, taille, densité). »

Les matériaux sont ensuite déposés sur un substrat selon le motif déterminé par le champ acoustique, a déclaré Shapiro. « C’est essentiellement comme si le champ agissait comme un pochoir ou un masque, entraînant les matériaux dans des zones spécifiques », a-t-elle déclaré. Nouvelles de conception.

L’équipe a développé une méthode de sonolithographie simple qui peut rapidement, c’est-à-dire en moins de 30 secondes, réaliser des surfaces à motifs jusqu’à 20 centimètres carrés, a expliqué Shapiro.

De plus, les chercheurs ont créé un processus qui permet une flexibilité substantielle à la fois dans le substrat et les matériaux déposés, y compris les aérosols, les protéines et les cellules de mammifères, a-t-elle déclaré.

Avantages et applications

La sonolithographie est particulièrement efficace lorsque le même motif doit être appliqué à plusieurs reprises sur plusieurs surfaces, car le motif « est hautement reproductible », a déclaré Shapiro.

De plus, la technique est modulaire – n’importe laquelle des étapes peut être remplacée ou améliorée, qu’il s’agisse de la méthode de génération de gouttelettes ou de particules, du réseau de motifs ou du substrat, a-t-elle déclaré.

« Cela signifie qu’il y a encore beaucoup de place pour l’innovation et l’amélioration », nous a dit Shapiro. « Dans l’espace de fabrication, nous avons montré que la sélection des matériaux peut être largement découplée de la modélisation elle-même, ouvrant cela à une gamme d’applications potentielles. »

Les chercheurs ont publié un article sur leur technique dans la revue Technologies avancées des matériaux. Ils ont également publié une vidéo sur leurs recherches sur YouTube.

Au-delà de ses applications dans la biomédecine, l’électronique et la fabrication additive, Shapiro a déclaré Nouvelles de conception qu’elle envisage l’utilisation de la sonolithographie dans les processus industriels où le contrôle des particules ou des gouttelettes microscopiques dans un flux d’air est essentiel, comme dans la peinture ou le revêtement par pulvérisation.

Les chercheurs prévoient de faire avancer leurs recherches en introduisant un contrôle dynamique dans le processus pour permettre la manipulation en temps réel du champ acoustique et la structuration ultérieure, a-t-elle déclaré.

Shapiro explorera également le potentiel de la biofabrication en utilisant la méthode développée par l’équipe, a-t-elle ajouté.

« J’étudie actuellement comment la sonolithographie peut être utilisée pour générer des microarchitectures de biomatériaux uniques et comment celles-ci ont à leur tour un impact sur les relations cellule-matériau », a déclaré Shapiro. Nouvelles de conception. « Je veux explorer comment cette technique peut être développée davantage, ou utilisée en combinaison avec des outils existants, vers la création de tissus de mammifères pour la modélisation et la médecine régénérative. »