Sản xuất đồ thủy tinh bằng cách in 3D không hề đơn giản. Một số nhóm nghiên cứu trên thế giới cố gắng sản xuất thủy tinh bằng phương pháp phụ gia. Bên cạnh đó, một số nhóm khác đã chế tạo đồ vật bằng cách in thủy tinh nóng chảy, nhưng nhược điểm của phương pháp này là cần nhiệt độ cao và thiết bị chịu nhiệt. Ngoài ra, một số nhóm lại sử dụng các hạt gốm dạng bột in ở nhiệt độ phòng và sau đó được thiêu kết để tạo ra thủy tinh; tuy nhiên, các đồ vật được sản xuất theo cách này không phức tạp lắm.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật liên bang Thụy Sỹ (ETH Zurich) hiện đã sử dụng kỹ thuật mới để tạo ra các đồ vật thủy tinh phức tạp bằng in 3D. Phương pháp này dựa vào kỹ thuật lập thể, một trong những kỹ thuật in 3D đầu tiên được phát triển trong những năm 1980. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã phát triển loại nhựa đặc biệt chứa nhựa và các phân tử hữu cơ mà tiền chất thủy tinh có thể liên kết. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Natural Materials.

Sử dụng ánh sáng để tạo ra các đồ vật

Nhựa có thể được xử lý bằng công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số hiện đang được thương mại hóa. Công nghệ liên quan đến việc chiếu các mẫu ánh sáng UV vào nhựa. Bất cứ khi nào ánh sáng chiếu vào nhựa, nhựa đều cứng lại vì các thành phần nhạy cảm với ánh sáng của nhựa polyme liên kết tại các điểm tiếp xúc. Các monome nhựa kết hợp với nhau tạo thành một cấu trúc giống như mê cung, tạo ra polyme. Các phân tử chứa gốm lấp đầy các khe hở của mê cung.

Do đó, một đồ vật có thể được tạo thành theo từng lớp. Các nhà nghiên cứu có thể thay đổi các thông số khác nhau trong mỗi lớp, bao gồm kích thước lỗ: cường độ ánh sáng yếu làm cho kích thước lỗ lớn, ánh sáng yếu tạo nên các lỗ nhỏ. "Chúng tôi đã phát hiện ra điều đó một cách tình cờ, nhưng chúng tôi có thể sử dụng điều này để tác động trực tiếp đến kích thước lỗ của vật thể in", Kunal Masania, đồng tác giả nghiên cứu nói.

Các nhà nghiên cứu cũng có thể sửa đổi cấu trúc vi mô theo từng lớp, bằng cách trộn silica với borat hoặc phốt phát và thêm nó vào nhựa. Các đồ vật có thể được chế tạo từ nhiều loại thủy tinh khác nhau hoặc thậm chí kết hợp trong cùng một đồ vật bằng kỹ thuật này.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã nung phôi được sản xuất theo cách này ở hai mức khác nhau: 600°C để đốt cháy khung polyme và sau đó khoảng 1000°C để làm dày cấu trúc gốm thành thủy tinh. Trong quá trình nung, các đồ vật co lại mạnh, nhưng trở nên trong suốt và cứng như kính cửa sổ.

Xin cấp sáng chế

Các đồ vật bằng kính được in 3D trong nghiên cứu vẫn chưa to bằng một con xúc xắc. Các đồ vật bằng thủy tinh có kích thước lớn hơn như chai, cốc uống nước hoặc tấm kính cửa sổ, không thể được sản xuất theo cách này. Đây thực sự không phải là mục tiêu của dự án. Mục đích của nghiên cứu là chứng minh tính khả thi của việc sản xuất các đồ vật thủy tinh có hình dạng phức tạp bằng quy trình in 3D. Các nhà nghiên cứu đã xin cấp sáng chế và hiện đang đàm phán với một công ty sản xuất thủy tinh ở Thụy Sĩ mong muốn áp dụng công nghệ trong chính công ty của họ.

N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191127121255.htm, 27/11/2019