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研究背景

增材制造是近年來快速發展的技術，因其在醫療設備、航空航天、微加工和人工器官等領域的廣泛應用而成為研究熱點。然而，傳統的光學打印方法（如立體光刻）在打印速度和材料選擇上存在局限，尤其是在復雜結構的制造中。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——動態界面打印。該方法利用聲調制的約束氣液界面，在短時間內實現厘米級結構的快速制造，消除了對復雜反饋系統和特殊化學物質的需求。通過這一創新，科學家們展示了該技術在多種材料和復雜幾何形狀上的適用性，特別是一些傳統方法無法打印的結構。

實驗結果表明，這種打印方式不僅能夠快速生成復雜結構，還能在生物制造中展現出極大的潛力，顯著提高了材料的柔韌性和傳輸效率。此外，該技術還支持無支撐結構的制造，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，動態界面打印為增材制造技術提供了一種新的解決方案，為高分辨率、可擴展生產和生物相容性打印的需求奠定了基礎。

研究亮點

1. 實驗首次動態界面打印技術的應用，實現了在聲調制的約束氣液界面上快速生成厘米級的三維結構，展示了該技術在增材制造領域的創新性和有效性。

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

3. 該技術有效地解決了傳統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需求，提供了一種無需復雜反饋系統和專業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 系統的特性。

圖3: DIP 中的聲學調制。

圖4: DIP 功能。

結論展望

本文展示了一種創新的動態界面打印（DIP）技術，該技術通過聲調制氣-液界面，實現了快速、高分辨率的三維打印。與傳統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，借助物理原理的創新運用，可以突破現有技術的局限性，從而在生物醫學、微制造等領域推動新的發展。未來，結合聲調制的多材料打印和微觀結構調控，將為組織工程和個性化醫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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