Các nhà khoa học đã in 3D đồ mỹ nghệ với độ chi tiết cao từ thủy tinh như thế nào?

Một nhóm các nhà khoa học ở Đức đã in 3D thành công những vật thể nhỏ nhưng có cấu trúc rất phức tạp với vật liệu thủy tinh, trong đó bao gồm cả những chiếc bánh quy hay lâu đài... Trong tương lai, kỹ thuật này có thể được sử dụng để cho ra đời những thứ hữu ích hơn chẳng hạn như ống kính phức tạp, bộ lọc, và thậm chí là các món đồ mỹ nghệ vốn cần phải qua bàn tay của những thợ thủ công có tay nghề cao.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại "thủy tinh lỏng" để tạo ra những hình dạng phức tạp, trong suốt và có độ chi tiết rất cao, theo một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Nature. Quan trọng hơn, các vật thể thủy tinh này được tạo ra bằng cách sử dụng máy in 3D tiêu chuẩn và thường được sử dụng hiện nay. Tuy nhiên, kỹ thuật mới đòi hỏi phải có sự trợ giúp của lò nung nhiệt độ cao, thứ có vẻ ít phổ biến đối với phần đông chúng ta. Dù vậy, nghiên cứu cũng đã mở ra một tiềm năng mới cho loại vật liệu cực kỳ quan trọng như thủy tinh trong việc tiếp cận với một trong những công nghệ cách mạng của thời đại - in 3D.

Ngày nay, kỹ thuật in 3D được ứng dụng để tạo ra mọi thứ - từ giày dép, nhà cửa cho đến máy bay - với nhiều loại vật liệu khác nhau nhưng phổ biến nhất là nhựa, kế đến là kim loại và gốm. Trong khi đó, thủy tinh là vật loại mang nhiều đặc tính độc đáo có thể kể đến như cứng, bền, khả năng cách nhiệt, điện và là chìa khóa để tạo ra ống kính chất lượng cao dành cho máy ảnh. Tuy có nhiều ưu điểm song việc in 3D từ loại vật liệu này là chuyện không mấy dễ dàng bởi nhiệt độ nóng chảy của nó rất cao. “Thủy tinh là một trong những vật liệu lâu đời nhất mà loài người biết đến nhưng nó dường như bị lãng quên trong cuộc cách mạng in ấn của thế kỷ 21”, Bastian Rapp thuộc Viện Công nghệ Karlsruhe, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.

​
Đồ vật được in 3D từ vật liệu thủy tinh.

Được biết, đây không phải là lần đầu tiên các nhà khoa học thử in 3D từ vật liệu thủy tinh. Năm 2015, một nhóm các chuyên gia đến từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã tạo ra những vật thể làm từ thủy tinh trong suốt với sự hỗ trợ của một máy in 3D đặc biệt giúp cho thủy tinh tan chảy trong điều kiện nhiệt độ lên đến 1038 độ C. Ngoài ra, cũng có nhiều thử nghiệm khác được tiến hành nhưng lại tạo ra các vật thể thủy tinh yếu và vẩn đục.

Đối với nghiên cứu mới, các nhà khoa học cho rằng kỹ thuật của họ không giống như những gì từng thực hiện trước đây bởi nó sử dụng công nghệ in 3D có sẵn và đang khá phổ biến, theo Rapp. Điều đặc biệt nằm ở hỗn hợp mà Rapp và các cộng sự của ông sử dụng để in: “thủy tinh lỏng”. Để tạo ra hỗn hợp này, họ đã dùng bột thủy tinh và hòa trộn với một dung dịch polymer. Sau khi “mực in” đã sẵn sàng, nó được đặc vào một máy in 3D tiêu chuẩn để in vật mong muốn. Vật thể này sau đó được xử lý trong một lò nung đặc biệt, lúc bấy giờ, các hạt thủy tinh sẽ kết dính vào nhau và trở nên trong suốt.

Sử dụng kỹ thuật này, các nhà khoa học đã tạo ra một số đồ vật nhỏ với kích thước vài milimet như cổng lâu đài, bánh quy và một cấu trúc tổ ong. Ngoài ra, một số vật thể chỉ nhỏ vài chục micromet cũng được tạo ra nhờ công nghệ mới. Các nhà nghiên cứu cho rằng độ chi tiết của vật có thể tăng lên nhờ sử dụng máy in 3D tiên tiến hơn. “Kỹ thuật này cho phép chúng tôi làm chủ một trong những vật liệu cổ nhất với các đặc tính quang học, cơ học và vật lý đáng ngạc nhiên nhờ công cụ in 3D hiện đại nhất”, Rapp chia sẻ.

Trong tương lai, kỹ thuật này có thể được sử dụng để in 3D các ống kính phức tạp dành cho camera trên điện thoại thông minh và các bộ phận dành cho thế hệ vi xử lý mới, Rapp nói. Dù vậy, ứng dụng của công nghệ này thật sự không thể kể hết được, từ việc sản xuất đồ mỹ nghệ cho đến việc tạo ra các tấm kính với kết cấu phức tạp cho các tòa nhà.