3D印刷的變革技術(shù)正在撼動許多行業(yè)，但與即將到來的建筑三D打印相比，這還算不上什么。Swinburne可持續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施中心主任、Swinburne混凝土結(jié)構(gòu)教授杰伊·桑賈揚教授領(lǐng)導(dǎo)七所澳大利亞大學(xué)進(jìn)行了價值130萬美元的合作，以開發(fā)混凝土的三維打印技術(shù)。桑賈揚教授說：“建筑仍然主要是手工施工，這使得它非常昂貴，并且使得全球?qū)ψ》亢突A(chǔ)設(shè)施的需求很難滿足。”“建筑是開放的，自動化可以破壞，而3D印刷是一種可以幫助的技術(shù)。”

雖然3D打印機在商業(yè)上可以用于制造，但飛機部件的打印和打印的房子有很大的區(qū)別。桑賈揚教授說：“我們必須在天氣中打印出來，而不是工廠條件。”“我們要處理的不是幾公斤材料，而是噸。雖然我們不需要和航空工業(yè)一樣的精確性，但我們必須用它來換取低成本。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，桑賈揚教授探討了兩種方法。臨時選擇是“粉末床”3D打印，打印機在其中鋪上一層薄薄的混凝土粉末，然后打印一種水基“墨水”，該“墨水”設(shè)置了應(yīng)用墨水的具體位置。

一層地重復(fù)這個過程。桑賈揚說，目前的挑戰(zhàn)是自動化收集和再利用每一次印刷所產(chǎn)生的大量未反應(yīng)粉末。粉末床是一個很好的選擇，形成預(yù)制部分的建筑物在一個工廠。

“我們可以制造非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。但這不是一個在風(fēng)雨中發(fā)生的過程。“桑賈揚教授說，現(xiàn)場混凝土印刷需要一臺能擠壓液體混凝土的機器.“在這里，主要問題是混凝土本身，”他說。

混凝土必須保持液體在打印機內(nèi)，但一旦它被打印出來，以保持它的形狀，所以下一層可以應(yīng)用。傳統(tǒng)的混凝土并不是這樣的。目前，最常見的方法是大量使用混凝土用化學(xué)阻燃劑保持液體，然后在擠壓時大量使用促進(jìn)劑。但這種方法損害了成品的力學(xué)性能。桑賈揚教授說：“我們正在研發(fā)具有這些特性的新型水泥。”雖然他還不能透露細(xì)節(jié)，但一個選擇是使用一種土聚合物水泥，這是一種由工業(yè)廢物“飛灰”制成的材料。“建筑師已經(jīng)用電腦設(shè)計了一切，”桑賈揚說。“與其把他們的計劃打印在紙上，不如用3D打印，我們只要按下按鈕，機器就能制造出來-這是我們的終極夢想。”哈佛大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新的印刷方法，利用聲波從組成和粘度前所未有的液體中產(chǎn)生液滴。這項技術(shù)最終可以制造許多新的生物制藥、化妝品和食品，并擴大光學(xué)和導(dǎo)電材料的可能性。“通過利用聲力，我們創(chuàng)造了一種新技術(shù)，能夠以點播的方式打印大量材料，”哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(Harvard John A.Paulson School of Engineering and Application Sciences)生物啟發(fā)工程學(xué)教授詹妮弗·劉易斯(Jennifer Lewis)說。她也是這篇論文的資深作者。劉易斯還是懷斯生物啟發(fā)工程研究所的核心學(xué)院成員，也是哈佛大學(xué)余建明文理系教授。這項研究發(fā)表在科學(xué)進(jìn)步.液滴在許多應(yīng)用中都是印刷油墨在紙上創(chuàng)造微膠囊用于藥物輸送。噴墨打印是最常用的印刷技術(shù)。液滴但它只適用于比水粘稠10倍的液體。然而，許多研究人員感興趣的流體的粘性要大得多。例如，生物聚合物和富含細(xì)胞的溶液對生物制藥和生物漂洗至關(guān)重要，它們的粘性至少是水的100倍。一些糖基生物聚合物可能和蜂蜜一樣粘稠，比水粘稠25，000倍。

這些流體的粘度也隨著溫度和成分的變化而急劇變化，這使得優(yōu)化印刷參數(shù)來控制液滴尺寸變得更加困難。“我們的目標(biāo)是通過開發(fā)一種獨立于流體材料特性的印刷系統(tǒng)，將粘度從圖片中剔除，”這篇論文的第一作者、布蘭科·韋斯(Branco Weiss)海洋材料科學(xué)與機械工程研究員兼研究員丹尼爾·福雷斯蒂(Daniele Foresti)和懷斯研究所(Wyss Institute)說。

為了做到這一點，研究人員轉(zhuǎn)向聲波。由于重力的作用，任何液體都可以滴下-從水龍頭滴出的水到長達(dá)一個世紀(jì)的瀝青滴實驗。單靠重力，液滴尺寸仍然很大，滴速很難控制。瀝青的粘度大約是水的2000億倍，每十年就會下降一次。為了加強滴落形成，研究小組依靠產(chǎn)生聲波。這些壓力波通常被用來對抗重力，例如聲波懸浮。現(xiàn)在，研究人員正在利用它們來輔助重力，將這一新技術(shù)配音到印刷術(shù)中。

研究人員建造了一種亞波長聲學(xué)諧振器，它能產(chǎn)生高度受限的聲場，產(chǎn)生的拉力超過打印機噴嘴頂端的正常引力(1G)的100倍-這是太陽表面引力的四倍多。

當(dāng)噴嘴達(dá)到特定尺寸時，這種可控力將每個液滴從噴嘴中拉出，并將其噴射到打印目標(biāo)。聲波振幅越大，液滴尺寸越小，與流體粘度無關(guān)。福雷斯蒂說：“這個想法是產(chǎn)生一個聲場，從噴嘴中分離出微小的水滴，就像從樹上摘蘋果一樣。”研究人員對從蜂蜜到干細(xì)胞油墨、生物聚合物、光學(xué)樹脂甚至液態(tài)金屬等多種材料進(jìn)行了測試。重要的是，聲波不要穿越液滴，即使是敏感的生物物質(zhì)，如活細(xì)胞或蛋白質(zhì)，也可以安全地使用這種方法。劉易斯說：“我們的技術(shù)應(yīng)該立即對制藥業(yè)產(chǎn)生影響。”“不過，我們相信這將成為多個行業(yè)的重要平臺。”NSF MRSEC項目主任DanFinotello說：“這是合作研究的廣度和廣度的一個精巧而有影響力的例子。”“作者開發(fā)了一種新的使用聲學(xué)力的印刷平臺，與其他方法不同的是，它與材料無關(guān)，因此提供了巨大的印刷多功能性。”應(yīng)用空間是無限的。