Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Georgia và hai tổ chức khác đã phát triển thành công phương pháp in 3D mới giúp tạo ra đối tượng có thể biến đổi thành một loạt các hình dạng khác nhau khi tiếp xúc với nhiệt.
Nhóm nghiên cứu, gồm các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ & Thiết kế Singapore (SUTD) và Đại học Giao thông Tây An ở Trung Quốc đã tạo ra các đối tượng bằng cách in lớp polyme có khả năng ghi nhớ hình dạng với mỗi lớp được thiết kế để đáp ứng việc tiếp xúc với nhiệt khác nhau.
Công nghệ mới này có thể tạo ra mạng vật liệu thay đổi hình dạng khi được gia nhiệt.
“Cách tiếp cận mới này đơn giản hóa đáng kể và làm tăng khả năng in ấn 4D bằng cách kết hợp các bước sau xử lý lập trình cơ khí trực tiếp vào quá trình in 3D”, Jerry Qi, một giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cơ khí George W. Woodruff nhận xét. Điều này cho phép in 3D các thành phần được thiết kế bằng mô phỏng máy tính với độ phân giải cao và sau đó trực tiếp và nhanh chóng chuyển thành cấu hình vĩnh viễn mới bằng cách đơn giản là gia nhiệt.
Nhóm đã thực hiện bằng cách sử dụng các polyme lưu nhớ hình dạng thông minh (SMPS), trong đó có khả năng nhớ một hình dạng và thay đổi hình dạng theo chương trình được lập sẵn khi một nhiệt độ nhất định được áp dụng, để làm cho các đối tượng có thể gấp lại theo các bản lề.
Công nghệ in 3D đang ngày một phát triển với nhiều đóng góp cho sự tiến bộ của nhân loại.
“Cách tiếp cận có thể đạt được thời gian in ấn tối thiểu và tiết kiệm nguyên liệu lên đến 90 phần trăm, trong khi loại bỏ hoàn toàn các chương trình cơ khí tốn nhiều thời gian từ việc thiết kế và sản xuất”, Jerry Qi nói.
Để chứng minh khả năng của phát kiến này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một số đối tượng có thể uốn cong hoặc mở rộng một cách nhanh chóng khi tiếp xúc với nước nóng – bao gồm một mô hình của một bông hoa có cánh hoa uốn cong như một đóa hoa lài và khi tiếp xúc với với ánh sáng mặt trời nó có thể mở rộng lên gần tám lần kích thước ban đầu.
“Vật liệu composite của chúng tôi ở nhiệt độ phòng chỉ là một vật liệu mềm mại nhưng có thể được lập trình để chịu được một áp lực rất lớn khi cần thiết, một đột phá so với các vật liệu khác”, Zhen Ding, một nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ và Thiết kế Singapore cho biết thêm. “Chúng tôi sử dụng mô phỏng tính toán để thiết kế các thành phần phức hợp nguyên liệu cứng để bảo vệ các vật liệu mềm được in 3D. Sau khi làm nóng, các vật liệu cứng mềm lại và cho phép các vật liệu mềm biến dạng theo như thiết kế và kết quả này sẽ tạo ra sản phẩm với hình dạng theo mong muốn của người thiết kế”.
Với khả năng biến hình của phương pháp mới thì tính ứng dụng của nó sẽ là vô hạn.
Các đối tượng 4D được tạo ra theo phương pháp mới này có thể cho phép một loạt các tính năng sản phẩm mới, chẳng hạn như cho phép sản phẩm có thể được xếp chồng lên nhau bằng phẳng hoặc cuộn vận chuyển và sau đó mở rộng ra khi cần sử dụng, các nhà nghiên cứu cho biết. Cuối cùng, công nghệ này cho phép các thành phần có thể đáp ứng với các kích thích như nhiệt độ, độ ẩm hoặc ánh sáng bằng cách hẹn giờ chính xác để tạo ra cấu trúc không gian, thiết bị y tế, robot, đồ chơi và hàng loạt các công trình khác đang được tính tới.
“Chìa khóa thành công cho nghiên cứu này đó là thiết lập một qui trình in 4D đơn giản bằng việc kết hợp các sản phẩm in 3D có độ phân giải cao, phức tạp với việc lập trình lại”, Martin L. Dunn một giáo sư tại Đại học Công nghệ và Thiết kế Singapore,giám đốc của Trung tâm thiết kế và sản xuất kỹ thuật số SUTD phát biểu. “Nó hứa hẹn sẽ cho phép phát triển vô số ứng dụng giữa các thiết bị y sinh, điện tử 3D, và các sản phẩm tiêu dùng. Thậm chí, nó còn mở ra cánh cửa cho một mô hình mới trong thiết kế sản phẩm, nơi các thành phần được thiết kế từ khi bắt đầu đến khi cấu hình trong dịch vụ”.
