机械工程师谢尔温·福鲁吉（Shervin Foroughi）和莫森·哈比比（Mohsen Habibi）小心翼翼地在一池液体上操作着一个微型棒，当他们首次看到冰柱形状出现并凝固时，他们兴奋地尖叫起来，甚至于蒙特利尔康科迪亚大学走廊上的同事们都能听到他们的声音。福鲁吉说：“好吧，如果他们没有因为COVID而留在家里，他们就会听到我们的声音，”不过，快速的视频通话还是让研究人员分享了他们的兴奋之情：经过数月的努力，他们已经能够通过将液体暴露于聚焦的音波场中来3D打印出一个固体物体——即使隔着一堵实心墙也是如此。

　　康科迪亚团队的新型“直接声音打印”技术是第一个使用音波在障碍物后面创建固体结构的技术。虽然它离商业可行性还有很长的路要走，但研究人员相信他们的远程控制3D打印为无数可能性打开了大门。他们说，它有可能实现内的微创组织工程和生物植入修复。它还可以支持在其他难以进入的地方进行工业修理，例如在飞机机身内部。

　　大多数商业形式的3D打印涉及通过喷嘴挤出流体材料（塑料、陶瓷、金属甚至生物化合物）并逐层硬化，以形成计算机搭建的结构。这个硬化步骤是关键，它依赖于光或热的形式的能量。流体创建化学键并因此固化的能力受到每个分子接收的能量的控制——通常需要能量源与材料之间的直接、高度聚焦的接触来传输足够的这种能量。

　　康科迪亚团队，包括该大学微机电系统设计方面的机械工程教授穆图库马兰·帕基里萨米（Muthukumaran Packirisamy）有了另一个想法。哈比比说：“我们想在光或热无法到达的地方进行3D打印。”当时他是该大学的博士后研究员。团队意识到音波提供了一种快速聚焦和操纵能量的方法，而不需要直接接触液体材料。“这是我们想要填补的空白，”哈比比说。

　　使用在室温液体中触发化学反应本身并不新鲜。声化学及其应用领域在1980年代于伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）成熟，这依赖于一种称为声空化的现象。当振动在液体中产生微小气泡或空腔时，就会发生这种现象。这些气泡崩溃时，其中的蒸汽产生巨大的温度和压力；这在微小的局部点应用快速加热。康科迪亚团队寻求以一种非传统的方式释放声化学的力量，来打印传统材料以及那些用典型能源无法打印的材料。“在短短一皮秒内产生的难以想象的温度和压力创造了适合即时打印的条件，”哈比比说。

　　在他们的实验中，这些研究于2022年发表在《自然通信》杂志，研究人员用一种常见聚合物（聚二甲基硅氧烷，或PDMS）和固化剂填充了一个圆柱形、不透明外壳的容器。他们将该容器浸入一个水箱中，该水箱作为音波传播到容器中的媒介（类似于医学成像设备中的通过涂在病人皮肤上的凝胶传播）。然后，使用安装在计算机控制的运动操作器上的生物医学换能器，科学家们沿着计算出的路径在液体聚合物中深入18毫米处关注束的焦点。微小的气泡开始沿换能器的路径在液体中出现，紧随其后的是固化的材料。经过精心尝试多种频率、液体黏度和其他参数的组合后，该团队最终成功地使用这种方法在液体浴中打印出枫叶形状、七齿齿轮和蜂窝结构。研究人员随后重复这些实验，使用各种聚合物和陶瓷，并在去年10月加拿大声学协会的年会上展示了他们的成果。

　　“使用声音进行制造是一个非常创新的想法，我很高兴看到它，”伊利诺伊大学香槟分校专注于先进材料和制造、纳米技术以及热传递的教授威廉‧金（William King）说，他并未参与这项新研究。他表示，方法为迅速制造复杂的3D几何形状提供了有趣的可能性，这可能是其他制造过程无法实现的。不过，他指出，现在主流的3D打印过程之所以成功，是因为它们首先在一两个小众用途中找到了立足点。“我期待看到基于声音的打印是否能找到必要的应用来取得成功，”金补充说。