2023年12月，哈佛大学医学院在《Science》正刊发表了一篇称之为深穿透声学体积3D打印的技术，它使用粘弹性墨水和高强度聚焦超声波，可实现组织穿透3D打印。由于对声波而不是光做出反应，允许在厘米深度通过生物组织进行打印，可用于从骨愈合到心脏瓣膜修复等生物医学目的。
3D打印技术参考注意到，来自加拿大蒙特利尔康考迪亚大学和美国加州大学的研究人员于8月6日在nature communications发表了一篇关于声学3D打印的技术。
直接声音打印（DSP）的特点在于利用声场中焦点区域的化学活性空化气泡在打印树脂介质中引发聚合反应。DSP与其他3D打印技术的主要区别在于其能量来源和化学激活方式。传统的3D打印过程通常采用光或热来引发化学反应或物理变化，而DSP则采用声化学方法，利用声场内空化气泡的动态行为。在声化学过程中，空化气泡经历快速振荡，在低压力时膨胀，在高压力时猛烈崩溃，崩溃时产生的高温高压局部热点足以瞬间打破和形成化学键，从而触发化学反应。这种气泡内的极端环境为DSP过程中的化学反应提供了条件，使得材料在微观尺度上的聚合反应得以精确控制。
空化现象，过去常被视为一种破坏力，现在已成为探索有益和创新结果的重要领域，包括医疗和生物医学、环境管理和工业加工等领域的应用。DSP利用空化现象进行创造，成为一种独特的3D打印方法，能够直接打印包括热固化热固性树脂等难以通过光或热处理的材料。此外，DSP还引入了一种新的3D打印范式——远程距离打印，展示了在光学不透明和非透明障碍物之外进行打印的可能性。
传统的声学3D打印过程被限制在单个声焦区，导致采用逐体素的打印方式。为了克服这一限制，研究人员引入了全息直接声音打印（HDSP），该技术利用存储所需部件横截面图像的声学全息图来调制声波，以引发区域性空化气泡和按需区域性聚合。
全息声学打印在速度上比普通声学打印提高了一个数量级，并能实现无层打印结构。在打印过程中，全息图保持静止，而打印平台则通过机械臂沿三维路径移动。研究人员进行了声化学发光和高速成像实验，以全面研究HDSP，并展示了其在远程离体体内打印和复杂机器人轨迹规划等应用中的多样性。
实验平台
a.多目标图像平面模拟压力场，实现单次拍摄形成多个光斑b. 利用单一声全息图在多级平台上单次拍摄形成各种光斑c. 在非透明材料上进行打印，以支持远程距离打印（RDP）应用。d. 通过RDP概念在生物体内进行无创打印的构想示意图。放大视图详细展示了RDP实验中所用的猪组织层。e. 在包含（d）中所示的猪组织的屏障上打印出扭曲的螺旋线f. 在非透明材料上打印枫叶图案，作为RDP应用的另一示例g. HDSP中叠印可能性的一个示例，即在已打印的空心圆形壳体上再打印两堵墙
研究人员采用了高密度声场打印（HDSP）方法来实现远程打印的概念，即在一个物体被打印在多个光学非透明介质和物理障碍物之后。这得益于声波能够穿透非透明介质（只要保持声学耦合）的固有特性，是DSP和HDSP技术的一种独特应用。为了制造非透明效果，研究人员在打印材料中加入了绿色染料，并成功打印了一面墙。在此过程中，超声波穿过构建腔的固体底面，穿透10毫米的光学非透明打印材料，并沿着+z轴到达移动打印平台。
远程打印的一个独特应用是其潜在的体内打印能力。研究人员通过一项离体实验研究了这一概念，即在猪组织后进行打印。该组织包含皮肤、脂肪和肌肉层。此外，为了通过光学非透明障碍物和材料进行远程打印，HDSP技术可以应用于比线条更复杂的图案。为了证明这一点，研究人员在打印材料中加入绿色染料使其不透明，并成功打印了一个枫叶形状的物体。
a. 实验装置b. 平面挤出路径的对象c. 螺旋形物体的创建d. 无支撑U形部件的形成e-h. 打印过程示意图及计算轨迹
此外，研究人员还探索了重复打印，即在同一位置多次打印以增加材料的厚度或密度，或者实现更复杂的结构。这一技术在远程打印和HDSP应用中具有巨大的潜力，可以进一步拓展打印的复杂性和功能性。通过结合过打印技术，研究人员可以实现更高精度、更高分辨率的体内或障碍物后打印，为医疗、制造等领域带来更多可能性。
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