Thông thường, để in được sản phẩm bằng máy in 3D, cần phải có máy in đắt tiền cùng nguyên liệu plastic ở dạng dây cuộn được nung nóng và đưa vào bằng phương pháp ép đùn. Nhưng mới đây, các nhà nghiên cứu và kỹ sư tại Đại học Berkeley và Phòng Thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) của Mỹ đã thiết kế một nguyên mẫu máy in 3D vận hành chỉ bằng một máy chiếu video đơn giản.
Đặc biệt hơn, khi nguyên liệu lần này không phải plastic mà là hydrogel lỏng của methyl methacrylate, có ngoài thị trường ở dạng rắn với tên thương mại là Plexiglas. Nguyên liệu này thực sự rất nhạy cảm với ánh sáng.
Thiết bị nguyên mẫu để in 3D chỉ là một máy chiếu video đơn giản.
Chúng được polymer hóa rồi chuyển thành dạng rắn dưới tác dụng của tia sáng. Do đó, chỉ cần chiếu một video mô tả đối tượng với tất cả các góc độ, trong khi thùng chứa quay tròn để cung cấp nguyên liệu. Một phương pháp không tốn kém nhưng lại cho độ phân giải rất cao tới 0,3mm.
Các nhà nghiên cứu cho biết chiếc máy in của họ đã được truyền cảm hứng từ hoạt động của… máy quét y tế và họ đã thiết kế bằng cách "đảo ngược" quy trình hoạt động của chiếc máy y tế này.
Nếu như trong khi thiết bị hình ảnh gởi tia X từ nhiều góc độ để chiếu thành hình ảnh 2D; thì ở đây các nhà nghiên cứu lại chiếu hình ảnh 2D liên tiếp lên một chất lỏng nhạy sáng để biến thành dạng 3D và sau đó được làm cứng lại dưới hiệu ứng ánh sáng của quang phổ.
Kỹ thuật này được đặt tên là Computing Axial Litography (CAL), tương tự như thuật ngữ Computer Assisted Tomograhpy (CAT) dùng để chỉ máy quét cổ điển.
Đây không phải là lần đầu tiên sóng ánh sáng được sử dụng để in 3D. Trong kỹ thuật in lập thể (quy trình được sử dụng trong in 3D trước đây), hiện tượng photopolymerization (polymer quang hóa) này đã được sử dụng trong vài năm để bồi đắp các lớp nhựa liên tiếp lên đối tượng được tạo hình.
Nhưng có một khó khăn là điều này được thực hiện bằng laser, loại tia sáng không thể nhìn thấy được mà lại phải bồi đắp nhiều lần.Trong khi đó, với thiết bị mới này, thao tác khắc toàn bộ vật thể chỉ trong một lần và với ánh sáng nhìn thấy được.
Pho tượng “Người suy tư” trứ danh của Rodin đã được in 3D.
Để đạt được thành quả này, trước đó các nhà khoa học đã nghiên cứu về quá trình quang hóa của methyl methacrylate dưới tác dụng của tia laser và thiết kế một chiếc máy đầu tiên sử dụng tới 3 chùm tia laser.
Theo GS. Hayden Taylor, một trong các tác giả nghiên cứu, thiết bị này có thể ghi nhận mẫu rất nhanh, nhưng lại yếu khi vật mẫu có dạng hình học mềm mại ít góc cạnh.
Vì vậy, họ đã chuyển sang quy trình cho xoay vật liệu, giúp dễ dàng theo dõi phản ứng quang hóa nhất là khi vật mẫu có hình dạng đối xứng.
Và cuối cùng là một máy chiếu video cổ điển phát hình ảnh của vật mẫu sang thùng chứa nguyên liệu xoay tròn. Dưới hiệu ứng của ánh sáng quang phổ, nguyên liệu được polymer quang hóa đông cứng lại là xong.
Ngoài ra, ở đây đã sử dụng yếu tố vòng quay thay vì một số nguồn ánh sáng khác nhau nên mới có thể đạt được sự tinh tế cho đối tượng thực hiện.
Quả vậy, video được phát ra mô tả một loạt toàn cảnh 360° của vật mẫu với số lượng tới 1.440 hình ảnh liên tiếp từ mọi góc cạnh theo một trục dọc xuyên suốt từ đầu tới cuối, được tính toán hiệu ứng tích lũy nhờ các thuật toán thích hợp.
Sơ đồ mô tả video đang phát ra một loạt toàn cảnh 360° của vật mẫu với số lượng tới 1.440 hình ảnh liên tiếp từ mọi góc cạnh, ở giữa là khối nguyên liệu quay tròn theo trục dọc để đón nhận hình ảnh một cách chính xác.
Phương pháp này có được ưu điểm là giới hạn lượng chất thải nhựa tạo ra, chỉ có khối lượng methyl methacrylate được hóa rắn là được tiêu thụ thực sự. Phần còn lại sẽ là nguyên liệu được tái sử dụng cho lần in tiếp theo.
Nhưng ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là nguyên liệu không đắt tiền, “máy in” cũng không đắt tiền, vì chỉ là một máy chiếu video đơn giản có thể mua ở bất cứ đâu.
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ triển khai phương pháp này cho các mục đích ứng dụng nhiều hơn như để thiết kế các bộ phận giả trong y tế, và đặc biệt là trong lãnh vực hàng không vũ trụ.