In 3D không còn là khái niệm mới – từ những người đam mê công nghệ tạo ra vật thể kỹ thuật số, in kim loại trong không gian, chế tạo cấu trúc xương tùy chỉnh cho bệnh nhân, cho đến việc các đơn vị quân đội sử dụng linh kiện in 3D để sửa chữa vũ khí.
Tuy nhiên, các công nghệ hiện tại vẫn phụ thuộc vào quá trình quét cơ học bằng đầu in, xây dựng vật thể từng lớp trong nhiều phút, thậm chí nhiều giờ. Trong một số trường hợp, việc nâng cao độ chính xác lại khiến tốc độ bị chậm lại.
Trong tháng này, một nhóm nhà khoa học Trung Quốc từ Đại học Thanh Hoa đã công bố một phương pháp hoàn toàn mới.
Họ đặt vật liệu in bên trong một hộp chứa trong suốt và chỉ với một thao tác bật công tắc, đã biến nó thành cấu trúc rắn trong chưa đầy một giây nhờ phép chiếu ảnh holographic.
Phương pháp này, nằm giữa khắc và in, đạt được cả tốc độ cao lẫn độ chính xác cao, in các linh kiện kích thước milimet chỉ trong 0,6 giây.
Bước đột phá được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 12/2, với các nhà phản biện nhận xét đây là “công nghệ in 3D thể tích nhanh nhất từng được báo cáo”.
Nhóm nghiên cứu sử dụng một kính tiềm vọng quay nhanh và thiết bị gương vi mô tốc độ cao để chiếu ánh sáng từ nhiều góc đồng thời vào vật liệu nhạy sáng. Việc chiếu chính xác này khiến vật liệu lập tức đông rắn thành cấu trúc ba chiều.
Độ sâu in đạt tới 1 cm (0,4 inch), với các chi tiết nhỏ tới 12 micromet – mịn hơn nhiều so với một sợi tóc người.
Do vật liệu không di chuyển trong quá trình in, các sai số do rung động được loại bỏ. In 3D truyền thống yêu cầu vật liệu đặc để tránh biến dạng, nhưng phương pháp mới này có thể hoạt động với mọi dạng chất lỏng, từ dung dịch loãng, nhựa đặc cho đến hydrogel sinh học.
Sau khi in xong, thành phẩm tự lắng xuống nhờ trọng lực, tạo không gian cho quá trình sản xuất liên tục.
Các mẫu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm bao gồm khung tứ diện, mô hình máy bay, tượng mực ống, ống xoắn, và tượng Theodoric Đại đế – vị vua cai trị Italy thời hậu cổ đại.
Ý nghĩa của bước tiến này không chỉ nằm ở tốc độ in dưới một giây mà còn ở khả năng ứng dụng rộng rãi.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng vật liệu tương thích sinh học để tạo các ống xoắn và cấu trúc phân nhánh mô phỏng mạch máu, mở ra những triển vọng mới trong kỹ thuật mô và sàng lọc thuốc.
Nhờ hệ thống cố định, phương pháp này cũng phù hợp để in trực tiếp tại chỗ lên mô sống, chip vi lỏng hoặc đĩa nuôi cấy, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong y sinh và tích hợp vi hệ thống.
Khi vật liệu in chảy qua một ống trong suốt, hệ thống có thể đạt được in 3D liên tục hoàn toàn tự động, vừa sản xuất hàng loạt cấu trúc siêu nhỏ, vừa tùy biến hình dạng theo thời gian thực. Thậm chí, nó có thể điều chỉnh nồng độ vật liệu trong quá trình in để tạo ra hàng nghìn hạt mang thuốc với liều lượng khác nhau chỉ trong một lần vận hành.
Công nghệ này cũng có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu điện tử linh hoạt, vi robot, module camera smartphone và các cấu trúc lồng nhiều lớp mà phương pháp truyền thống khó tạo ra.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định cải tiến hệ thống chiếu bằng cách sử dụng nhiều chùm tia hoặc nhiều màu ánh sáng để kiểm soát chính xác các vật liệu phức tạp. Họ cũng đang nghiên cứu giám sát 3D theo thời gian thực nhằm cho phép in đa vật liệu hoặc chỉnh sửa các cấu trúc đã tồn tại.
Theo SCMP
