[發明專利]聲泳打印的微滴

在審

• 申請號: 202110017013.X
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN112810319A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: D·福雷斯蒂;J·A·路易斯;A·庫魯姆
• 申請（專利權）人: 哈佛學院院長及董事
• 主分類號: B41J2/14
• 分類號: B41J2/14;A23G1/54;A23P20/20;A61L27/24;A61L27/38;A61L27/54;B22F3/115;B29C64/112;B29C64/209;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 莫戈

本申請涉及一種聲泳打印的微滴，包括：合成或天然衍生的生物相容性材料；和藥物或藥劑。

本申請是名稱為“用于聲泳打印的設備和方法”、國際申請日為2017年07月24日、國際申請號為PCT/US2017/043539、國家申請號為201780059622.3的發明專利申請的分案申請。

相關申請

本專利文件在35U.S.C§119(e)下要求美國臨時專利申請序列號62/367,318的優先權的權益，其在2016年7月27日提交，并且通過引用整體并入本文。

技術領域

本公開總體涉及微滴生成2D和3D打印技術，更具體地涉及聲泳(acoustophoretic)打印。

聯邦政府資助的研究或開發

本發明是在由國家科學基金會授予的合同號DMR-1420570的政府支持下完成的。政府擁有本發明的某些權利。

背景技術

由于現有技術的2D和3D打印方法的限制，通常將墨設計成具有滿足現有打印機的要求的物理特性。使材料可打印的典型方法是使用添加劑來調節墨的流變性質。在增強可打印性的同時，這些添加劑可能作為雜質，或者證明對所打印的結構有害。

在基于微滴的打印技術的領域中，噴墨技術代表了工業和研究中的標準。盡管其用途廣泛，但只有具有適當的性能組合(例如，粘度和表面張力)的窄窗口材料可以成功地從噴墨打印頭噴出。這種限制可歸因于微滴分離機制，其基于Rayleigh-Plateau不穩定性。在噴墨技術中，可能需要對墨進行大量機械激發，以便破壞彎液面并且噴射限定體積的液體。這種動態過程意味著界面力和粘性力之間的強耦合。從物理的角度來看，限定的墨的微滴產生可以通過無量綱數來表征，奧內佐格數Oh以及其逆Z＝Oh^-1＝(pσ2R)^1/2/μ，其中R是微滴的特征長度，的密度，ρ是液體的密度，σ是其表面張力，以及μ是墨的粘度。不出所料，科學文獻報道成功的打印要求墨的物理性質產生在狹窄的窗口中的Z值(1Z10)。

許多實際感興趣的墨基于膠體或聚合物，其具有相對高的粘度并且需要用添加劑稀釋以用于成功打印。真正地將打印過程的依賴性與墨的物理性質解耦合可以允許在2D和3D打印的材料的類型和復雜性方面具有前所未有的自由度。解決該問題的初步工作的描述可以在Foresti等人的“聲泳打印設備和方法(Acoustophoretic Printing Apparatus andMethod)”、國際公開號WO2015/110600中找到，其通過引用整體并入本文。

發明內容

一種用于聲泳打印的設備，包括：聲室，其由聲音反射壁完全或部分地包圍，所述聲音反射壁用于傳輸聲場；發射器，其位于聲室的第一端處，以用于產生聲場；室出口，其位于聲室的第二端處，以用于局部地增強聲場并且將聲場傳輸出聲室；噴嘴，其位于聲室中，具有突伸到室出口中的噴嘴開口，所述噴嘴開口用于將墨(ink，打印原料)輸送到高強度聲場中并且從聲室輸出。

一種聲泳打印的方法，包括：在聲室的第一端處產生聲場，所述聲室由聲音反射壁完全或部分地包圍。聲場與聲音反射壁相互作用并且經過聲室。在聲室的第二端處的室出口中增強聲場。將墨輸送到定位在聲室內的噴嘴中。噴嘴具有突伸到室出口中的噴嘴開口。墨經過噴嘴并且暴露于噴嘴開口處的增強的聲場，以及預定體積的墨從噴嘴開口噴出并且離開聲室。

附圖說明

圖1是用于聲泳打印的示例性設備的示意圖。等高線圖示出了示例性設備中的均方根聲速V_rms的有限元方法(FEM)模擬。

圖2A示出了傳統的聲懸浮器，其中分離的微滴可以被捕獲在聲場中，并且外耦合是不可能的。

圖2B示出了圖2A的傳統的聲懸浮器中的均方根聲壓p_rms的FEM模擬。