Kỹ thuật in 3D mới tạo ra sản phẩm nhanh và ít lãng phí hơn

Bằng việc sử dụng một máy in 3 D như một bàn ủi, các nhà nghiên cứu giờ đã có thể kiểm soát một cách chính xác màu sắc, hình dạng và kết cấu cúa các vật thể in mà chỉ sử dụng duy nhất một vật liệu.

Thông thường, việc in 3D đa vật liệu có thể tạo ra các sản phẩm tùy chỉnh với nhiều màu sắc và kết cấu khác nhau. Tuy nhiên, quá trình này có thể tốn thời gian và gây lãng phí vì các máy in 3D hiện tại phải chuyển đổi giữa nhiều đầu đùn nên thường phải bỏ vật liệu cũ đi trước khi có thể bắt đầu nạp vật liệu khác vào.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học MIT (Mỹ) và Đại học Công nghệ Delft (Hà Lan) đã giới thiệu một kỹ thuật hiệu quả, ít lãng phí và có độ chính xác cao hơn, sử dụng các vật liệu phản ứng nhiệt để in vật thể có nhiều màu sắc, sắc thái và kết cấu chỉ trong một bước.

Hầu hết các phương pháp hiện tại chỉ sử dụng một đầu phun để in và làm nóng vật liệu. Quá trình này sẽ làm nóng đầu đùn đến nhiệt độ mong muốn trước khi nạp vật liệu. Tuy nhiên, việc làm nóng và làm mát đầu đùn tốn nhiều thời gian, dễ khiến sợi vật liệu bị hỏng khi đạt đến nhiệt độ cao hơn.

Phương pháp “ủi điều chỉnh tốc độ” (Speed Modulated Ironing) của nhóm sử dụng máy in hai đầu phun. Đầu thứ nhất vẫn đùn sợi vật liệu phản ứng nhiệt để tạo hình vật thể như thông thường, trong khi đầu thứ hai ủi qua vật liệu đã in để kích hoạt các phản ứng nhất định, chẳng hạn như thay đổi độ mờ hoặc độ nhám của vật liệu bằng nhiệt. Bằng việc kiểm soát tốc độ ở đầu đùn thứ hai, các nhà nghiên cứu có thể gia nhiệt cho vật liệu ở các mức nhiệt cụ thể, tinh chỉnh màu sắc, hình dạng, độ nhám của các sợi vật liệu phản ứng nhiệt. Quan trọng hơn, phương pháp này không đòi hỏi bất cứ thay đổi phần cứng nào. 

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình dự đoán lượng nhiệt mà đầu đùn ủi sẽ truyền vào vật liệu dựa trên tốc độ của nó. Mô hình này liên kết nhiệt độ đầu ra của vật liệu với các đặc tính phản ứng nhiệt của nó để xác định tốc độ đầu đùn chính xác nhằm đạt được các màu sắc, sắc thái hoặc kết cấu nhất định trên vật thể in.

Họ đã tích hợp mô hình này vào một giao diện thân thiện với người dùng, đơn giản hóa quy trình khoa học, tự động dịch các điểm ảnh trong mô hình 3D của nhà sản xuất thành một tập hợp các hướng dẫn máy móc kiểm soát tốc độ mà vật thể được in và làm mịn bởi hai đầu đùn.

Kỹ thuật ủi điều chỉnh tốc độ có thể được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng nghệ thuật bằng cách thay đổi màu sắc trên một vật thể in, hay tạo ra các tay cầm có kết cấu dễ cầm nắm hơn cho những người bị yếu tay. Ví dụ, nhóm nghiên cứu đã thử tạo ra những chai nước có một phần trong suốt bằng cách ủi polyme tạo bọt ở tốc độ thấp để tạo ra các vùng đục và ủi ở tốc độ cao hơn để tạo ra các vùng trong suốt. Họ cũng đã sử dụng polyme tạo bọt để chế tạo tay cầm xe đạp với độ nhám khác nhau nhằm cải thiện độ bám của người dùng. 

Công nghệ in 3D đa vật liệu truyền thống có thể mất hàng giờ và tiêu tốn nhiều năng lượng và vật liệu hơn để tạo ra các vật thể tương tự. Ngoài ra, kỹ thuật ủi điều chỉnh tốc độ có thể tạo ra sự chuyển đổi màu sắc (gradient) và kết cấu tinh tế mà các phương pháp khác không thể đạt được.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu muốn thử nghiệm với các vật liệu phản ứng nhiệt khác. Họ cũng hy vọng tìm được cách sử dụng kỹ thuật điều chỉnh tốc độ ủi để thay đổi các đặc tính cơ học và khả năng truyền âm của một số vật liệu.□

Trà My lược dịch

Nguồn: https://news.mit.edu/2024/new-3d-printing-technique-creates-unique-objects-using-less-waste-1010

Bài đăng Tia Sáng số 20/2024