Phương pháp in 3D mới có thể tạo ra các vật thể biến hình

Một nhóm các nhà nghiên cứu Viện Công nghệ Georgia, Trường Đại học Công nghệ và thiết kế Singapo (SUTD) và Trường Đại học Giao thông Tây An Trung Quốc đã phát triển thành công phương pháp in 3D có thể tạo ra các vật thể có thể biến đổi thành nhiều hình dạng khác nhau khi phản ứng với nhiệt bằng cách in các lớp polymer nhớ hình (shape memory polymers) với mỗi lớp được thiết kế sẽ phản ứng khác nhau khi tiếp xúc với nhiệt.

Công trình nghiên cứu này được tài trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Không lực Hoa Kỳ, Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ và Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Singapo thông qua Trung tâm SUTD DManD và mới đây đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

“Phương pháp tiếp cận mới này làm đơn giản hóa đáng kể và tiến tới phát triển khả năng in 4D bằng cách kết hợp trực tiếp các bước xử lý sau quá trình lập trình cơ học vào quá trình xử lý in 3D”, Jerry Qi, giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí George W. Woodruff tại Georgia Tech cho biết. “Điều này cho phép các mô phỏng máy tính có thể thiết kế, in 3D các thành phần với có độ phân giải lớn và sau đó biến đổi trực tiếp và nhanh chóng thành các hình dạng cực bền mới bằng phương pháp nung nhiệt đơn giản. Đồng thời, phương pháp tiếp cận này có thể đảm bảo thời gian in và tiết kiệm vật liệu đến 90%, đồng thời loại bỏ hoàn toàn các quá trình cơ học tốn thời gian khỏi tiến trình thiết kế và sản xuất”.

Để xác định tiềm năng của quá trình xử lý mới này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một số vật thể có thể uốn và mở rộng nhanh chóng khi nhúng trong nước nóng - bao gồm một bông hoa có cánh hoa uốn cong như một bông cúc thật khi phản ứng với ánh sáng mặt trời và một vật hình dạng lưới có thể mở rộng ra gần gấp tám lần kích thước ban đầu của nó.

“Ở nhiệt độ phòng, vật liệu composite do chúng tôi tạo ra có thể cho phép một vật liệu nào đó trở nên mềm ra nhưng nó vẫn có thể lập trình để kiềm hãm ứng suất bên trong, trong khi đó vật liệu khác thì cứng. Nhóm nghiên cứu đã dùng mô phỏng máy tính để thiết kế các thành phần composite mà trong đó các vật liệu cứng có hình dạng và kích thước có thể ngăn chặn sự giải phóng các ứng suất bên trong vật liệu đã được lập trình khỏi vật liệu mềm sau khi in 3D. Khi gia nhiệt nóng, vật liệu cứng sẽ mềm ra và cho phép vật liệu mềm giải phóng ứng suất và tạo ra sự thay đổi hình dạng sản phẩm rất ấn tượng”, Zhen Ding, nhà nghiên cứu bậc sau tiến sỹ tại Đại học Công nghệ và thiết kế Singapo.

Theo nhóm nghiên cứu cho biết, các vật thể 4D mới có thể tạo ra hàng loạt các sản phẩm mới rất đặc biệt. Chẳng hạn như cho phép các sản phẩm có thể xếp chồng lên nhau hoặc cuộn lại để đưa xuống tàu và sau đó mở rộng lập tức khi cần sử dụng. Cuối cùng, công nghệ này có thể cho phép các thành phần có thể phản ứng với các kích thích như nhiệt độ, độ ẩm hoặc ánh sáng theo những cách mà có thể tạo ra các cấu trúc không gian, các thiết bị y tế có thể triển khai, robot, đồ chơi và các loại cấu trúc khác.

“Bước tiến quan trọng của nghiên cứu này là phương pháp in 4D, cho phép tạo ra những sản phẩm phức tạp có độ phân giải cao 3-D và rất có triển vọng tạo ra vô số các ứng dụng trên các thiết bị y sinh học, thiết bị điện tử 3D và các sản phẩm tiêu dùng, và thậm chí mở ra một mô hình mới trong thiết kế sản phẩm”, Martin L. Dunn, Giám đốc Trung tâm Thiết kế và Sản xuất kỹ thuật số SUTD nhấn mạnh.

Theo Vista.gov.vn