CHẾ TẠO TƯỢNG THỦY TINH VỚI CÔNG NGHỆ IN 3D

Lâu đài thủy tinh 3 chiều được tạo ra bởi máy in 3D. (Ảnh: NeptunLab/KIT)

Theo một nghiên cứu mới, các món đồ phức tạp bằng thủy tinh như mô hình lâu đài thu nhỏ và bánh vòng tí hon nay đã có thể được chế tạo bằng công nghệ in 3D. Các nhà nghiên cứu nói rằng, vào một ngày nào đó, công nghệ này có thể được dùng để sản xuất lens chụp hình cho điện thoại thông minh cũng như các linh kiện được cấu tạo chủ yếu bằng thủy tinh.

Các nhà khảo cổ học cho biết rằng, loài người đã sử dụng thủy tinh trong việc chế tạo từ hàng ngàn năm trước. Quá trình chế tạo thông thường sẽ cần lò luyện kim nóng chảy và thô hóa chất. Gần đây, các nhà khoa học đang nghiên cứu về việc liệu họ có thể tránh khỏi những bất lợi này với công nghệ in 3D.

Một máy in 3D có thể tạo ra các đồ vật từ rất nhiều nguồn vật liệu đa dạng như nhựa, gốm, kim loại và cả những vật liệu bất thường như tế bào sống. Những thiết bị này hoạt động theo cách bồi đắp từng lớp vật liệu, cũng giống như những máy in thông thường khi phun mực. Khác với máy in thông thường, máy in 3D có thể bồi đắp từng lớp vật liệu phẳng chồng lên nhau để tạo ra vật thể 3 chiều.

Cho đến hiện giờ, theo các nhà nghiên cứu, cách duy nhất để tạo hình thủy tinh bằng công nghệ in 3D vẫn đòi hỏi việc sử dụng tia laser hoặc nung nóng vật liệu đến nhiệt độ khoảng 1,800’F (1,000’C). Các nhà nghiên cứu còn cho biết thêm rằng, dù được chế tạo theo phương pháp nào thì  sản phẩm cuối cùng cũng khá thô ráp và nhám khiến cho chúng không có nhiều tính ứng dụng.

“Con người vốn nghĩ rằng, trong in 3D, thủy tinh là một vật liệu khó khai thác được.”, Bastian Rapp  – một tác giả sếp của nghiên cứu và cũng là kỹ sư cơ khí tại Viện Kỹ thuật Karlsruhe (Karlsruhe Institute of Technology) ở Eggenstein-Leopoldshafen (Germany), cho biết.

Cấu trúc tổ ong được in bằng vật liệu thủy tinh silica lỏng đang bị khò với ngọn lửa nóng khoảng 1,500’F (tương đương 800’C) (Ảnh: NeptunLab/KIT)

Ngày nay, các nhà khoa học đã phát triển được một kỹ thuật mới, cho phép chế tạo các cấu trúc thủy tinh phức tạp chỉ với một máy in 3D tiêu chuẩn. Bí mật ở đây là một thứ được gọi tên là “thủy tinh lỏng”, các nhà nghiên cứu cho biết.

“Nghiên cứu này đã giải quyết một lỗ hổng quan trọng trong tầm hiểu biết về công nghệ in 3D hiện đại” , Rapp nói với Live Science.

Các nhà khoa học bắt đầu những hạt silica, một loại vật liệu được dùng để chế tạo ra thủy tinh. Những hạt này có kích thước chỉ 40nm, tương đương khoảng 1 phần tỷ của mét, và mảnh hơn khoảng 2,500 lần kích cỡ trung bình của một sợi tóc.

Những hạt nano silica này được phân rã trong acrylic. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng một máy in 3D tiêu chuẩn cùng “thủy tinh lỏng” này để chế tạo ra các món đồ phức tạp. Ánh sáng tia cực tím có thể được dùng để tôi luyện cho món đồ trở thành một dạng nhựa tương tự thủy tinh acrylic.

Theo bài nghiên cứu, khi những miếng nhựa này tiếp xúc với nhiệt độ khoảng 2,370’F (1,300’C), nhựa sẽ bị thiêu rụi còn những hạt nano silica sẽ chảy quyện vào nhau, tạo thành một kết cấu thủy tinh trong suốt, mịn mượt. Với sự hỗ trợ của các chất phụ gia, công nghệ này có thể in được cả thủy tinh màu với nhiều sắc độ xanh lá, xanh dương, hoặc đỏ.

“Thủy tinh là một trong những vật liệu xưa nhất mà loài người sử dụng, và nó còn là một loại vật liệu có hiệu năng cao. Trong một số ứng dụng, thủy tinh là vật liệu duy nhất có thể sử dụng được,” Rapp cho biết. “ Điều mà bài nghiên cứu của chúng tôi làm được đó chính là kết nối kỹ thuật sản xuất của thế kỷ 21 với vật liệu của nhiều thế kỷ trước.”

Máy in 3D thương mại, mà các nhà nghiên cứu sử dụng, có thể in được những nét nhỏ chỉ vài mm. Để dễ hình dung thì trung bình, một sợi tóc có độ dày khoảng 100mm.

Phương pháp mới này không yêu cầu phải sử dụng thô hóa chất, sản phẩm chế tạo ra cũng có độ mượt và trong suốt phù hợp cho lens chụp hình cùng những ứng dụng khác, những nhà nghiên cứu nói thêm.

“Bạn có thể nghĩ đến việc tạo ra các lens nhỏ bé dành cho camera của điện thoại thông minh,” Rapp nói. “Bạn có thể nghĩ về việc tạo ra những cuộn cảm chống nhiệt và hóa chất làm từ thủy tinh mà các phản ứng hóa học có thể diễn ra.”

Kỹ thuật mới này cũng có thể giúp tạo ra những linh kiện quang học và quang tử cho truyền dẫn dữ liệu tốc độ cao, Rapp cho biết. (Các thiết bị quang tử điều khiển ánh sáng cũng giống như khi mạch điện điều khiển điện năng) “ Bạn có thể nghĩ rộng hơn, ví dụ như những miếng thủy tinh 3D cong dùng trong kiến trúc,”.

“Chúng tôi hiện đang thành lập công ty spin-off * để thương mại hóa công nghệ này,” Rapp nói. “Chúng tôi hi vọng trong vài năm tới, thủy tinh sẽ được ứng dụng phổ biến trong in 3D như vật liệu nhựa ngày nay.

Các nhà khoa học đã ghi chép lại những phát hiện của họ trên tạp chí Nature trực tuyến vào ngày 19/04.

Nguồn: livescience.com

*Ghi chú: Công ty công nghệ spin-off được hiểu là các công ty công nghệ triển khai các kết quả nghiên cứu ứng dụng của các nhà khoa học với hình thức đồng sở hữu của cơ sở nghiên cứu và nhà phát minh, và được quản lý độc lập với cơ sở nghiên cứu

Công ty TNHH Công Nghệ Số SDE (SDE TECH) được thành lập năm 2014. Đến năm 2018, chúng tôi vinh dự trở thành Smart Expert Partner – đối tác hàng đầu của Siemens Digital Industries Software tại Khu Vực Đông Nam Á – Thái Bình Dương cho các giải pháp Siemens NX (Unigraphics NX), Simcenter, Solid Edge, Tecnomatix và giải pháp quản lý Teamcenter.

Quý doanh nghiệp, khách hàng có nhu cầu liên hệ SDE TECH theo thông tin sau: