Các nhà nghiên cứu sử dụng máy in 3D để in thủy tinh

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã áp dụng thành công kỹ thuật in 3D trên thủy tinh chalcogen - loại vật liệu độc đáo thường được sử dụng để chế tạo các thành phần quang học hoạt động ở bước sóng của vùng hồng ngoại giữa. Khả năng in 3D trên chất liệu này mang lại hy vọng trong sản xuất các thành phần thủy tinh và sợi quang học phức tạp để chế tạo các thiết bị cảm biến giá rẻ, linh kiện viễn thông và thiết bị y sinh mới.

Trong báo cáo được đăng tải trên tạp chí Optics Express của Hiệp hội Quang học Mỹ (OSA), các nhà nghiên cứu đến từ Trung tâm d'Phtique, Photonique et Laser (COPL) tại trường Đại học Laval ở Canada, Patrick Larochelle và các đồng nghiệp đã mô tả cách thức tinh chỉnh máy in 3D đùn thủy tinh đang được bán trên thị trường. Phương pháp mới dựa trên kỹ thuật mô hình hợp nhất lắng đọng thường được sử dụng, trong đó, vật liệu sợi nhựa dẻo khi nung nóng chảy bị ép đùn từng lớp ra khỏi đầu phun của đầu in và được lắng đọng trên phôi gia công, để tạo ra các vật thể 3D chi tiết. Yannick Ledemi, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: "Công nghệ in 3D vật liệu quang học sẽ mở đường cho một kỷ nguyên mới về khả năng thiết kế và kết hợp các loại vật liệu để tạo ra các thành phần và sợi quang học của tương lai. Phương pháp mới là một bước đột phá, dẫn đến sản xuất hiệu quả các thành phần quang học hồng ngoại với chi phí thấp".

In thủy tinh

So với các loại thủy tinh khác, thủy tinh Chalcogen chuyển sang trạng thái mềm ở nhiệt độ tương đối thấp. Do đó, nhóm nghiên cứu đã tăng nhiệt độ tối đa quá trình ép đùn của máy in 3D thương mại từ khoảng 260 độ C lên 330 độ C nhằm ép đùn sợi thủy tinh chalcogen. Các sợi thủy tinh chalcogen được sản xuất bằng máy in 3D có kích thước tương tự như các sợi nhựa đang có mặt trên thị trường. Cuối cùng, máy in được lập trình để tạo ra hai mẫu với hình dạng và kích thước phức tạp. "Giải pháp mới của chúng tôi rất phù hợp với chất liệu thủy tinh chalcogen mềm. Tuy nhiên, bên cạnh đó, chúng tôi cũng đang nghiên cứu các phương pháp in thay thế các loại thủy tinh khác", Ledemi cho biết. “Công nghệ mới còn cho phép chế tạo các thành phần làm từ nhiều loại vật liệu. Thủy tinh cũng có thể được kết hợp với vật liệu polyme có tính chất dẫn điện hoặc quang học thích ứng để chế tạo ra các thiết bị in 3D đa chức năng".

Công nghệ in 3D đặc biệt hữu ích trong việc tạo ra các khuôn, phôi mẫu của sợi, đó là những mảnh thủy tinh được kéo thành sợi với đặc điểm hình học phức tạp hoặc nhiều dạng vật liệu, hoặc kết hợp cả hai đặc điểm trên. Sau khi tinh chỉnh kỹ thuật thiết kế và chế tạo, nhóm nhà nghiên cứu khẳng định kỹ thuật in 3D có thể được áp dụng để sản xuất khối lượng lớn các thành phần thủy tinh hồng ngoại hoặc phôi sợi mẫu với chi phí thấp. "Các thành phần dựa trên thủy tinh chalcogen được in 3D được đánh giá là hữu ích trong kỹ thuật chụp ảnh nhiệt hồng ngoại đối với những ứng dụng về quốc phòng và an ninh", Ledemi tiếp tục chia sẻ. "Các thành phần này hỗ trợ kích hoạt các thiết bị cảm biến sử dụng nhằm mục đích giám sát tình trạng ô nhiễm môi trường, trong lĩnh vực y sinh và các ứng dụng khác, trong đó chữ ký hóa học hồng ngoại của các phân tử được sử dụng để làm công cụ phát hiện và chẩn đoán".

Các nhà khoa học hiện đang tiếp tục nghiên cứu nhằm cải thiện thiết kế của máy in để tăng hiệu suất của nó cũng như cho phép sản xuất bồi đắp các bộ phận hoặc thành phần phức tạp cấu tạo từ thủy tinh chalcogen. Họ cũng hy vọng trong tương lai sẽ chế tạo thành công thiết bị máy đùn mới cho phép in với chất liệu polyme để phát triển các thành phần đa vật liệu.

Theo Vista.gov.vn