Máy in 3D nhanh nhất tạo bản sao nhỏ hơn hạt cát

Các nhà khoa học tại Áo vừa phá kỷ lục thế giới về tốc độ in 3D, đồng thời tạo ra những vật thể nhỏ hơn cả một hạt cát bằng công nghệ nano. Thành tựu này đến từ nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học Vật liệu và Công nghệ, trực thuộc Đại học Công nghệ Vienna, thường được gọi là TU Vienna. Chiếc máy mới cho thấy in 3D không chỉ hướng tới những mô hình lớn, mà còn có thể tạo nên các cấu trúc cực kỳ tinh vi trong kích thước mắt thường khó nhận biết. Trong số sản phẩm được tạo ra có bản sao những giáo đường, các cột mốc quốc gia và một chiếc xe đua thu nhỏ đặc biệt tinh xảo. Tất cả đều có kích cỡ nhỏ hơn hạt cát, khiến việc quan sát trực tiếp gần như bất khả thi nếu không sử dụng kính hiển vi. Hình ảnh phóng đại cho thấy nhiều chi tiết phức tạp vẫn được tái hiện rõ ràng, dù toàn bộ vật thể vốn chỉ chiếm một không gian cực kỳ nhỏ bé. Không chỉ gây chú ý vì kích thước, chiếc máy còn đạt tốc độ in ấn tượng khi hoàn thành mỗi vật thể trong khoảng bốn phút. Theo giáo sư Jurgen Stampfl, trưởng nhóm nghiên cứu tại TU Vienna, các máy in 3D thông thường hiện chỉ đạt tốc độ khoảng năm milimét mỗi giây. Trong khi đó, thiết bị do nhóm ông phát triển có thể in với tốc độ năm mét mỗi giây, nhanh hơn rất nhiều so với mức phổ biến trước đây. Khoảng cách giữa hai con số này cho thấy nhóm nghiên cứu đã giải quyết đồng thời bài toán thu nhỏ sản phẩm và tăng tốc quá trình chế tạo. Một thiết bị vừa tạo được chi tiết siêu nhỏ, vừa hoàn thành sản phẩm trong thời gian ngắn có thể mở rộng đáng kể khả năng ứng dụng của công nghệ in 3D. Tuy nhiên, những vật thể nhỏ này vẫn cần được quan sát bằng kính hiển vi để đánh giá đầy đủ độ chính xác và mức độ tinh xảo. Về nguyên lý chung, máy in 3D tạo ra vật thể thật bằng cách xử lý vật liệu theo từng lớp, thay vì cắt gọt từ một khối vật chất ban đầu. Các hệ thống hiện nay thường sử dụng nhựa hoặc kim loại, sau đó dùng tia laser làm nóng chảy vật liệu để những phân tử liên kết với nhau trong quá trình được gọi là thiêu kết. Cách làm này cho phép hình thành các cấu trúc có hình dạng phức tạp, vốn khó thực hiện bằng nhiều phương pháp chế tạo truyền thống. Thiết bị của TU Vienna có điểm khác biệt khi kết hợp cả cơ học lẫn hóa học trong quá trình tạo hình sản phẩm. Máy sử dụng một loại nhựa đặc biệt làm vật liệu in, rồi khắc hình lên vật liệu đó để hình thành những chi tiết theo thiết kế. Sự kết hợp này giúp nhóm nghiên cứu tạo ra các vật thể kích thước siêu nhỏ, đồng thời duy trì tốc độ xử lý cao hơn nhiều máy in 3D thông thường. Những kết quả ban đầu mở ra triển vọng sử dụng máy in trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi cấu trúc rất nhỏ và độ chính xác cao. Hiện nhóm nghiên cứu đang tiếp tục hoàn thiện thiết bị, với mục tiêu tiến tới các ứng dụng trong bệnh viện và tạo ra những mô sinh học. Đây là hướng phát triển đáng chú ý, bởi mô sinh học thường yêu cầu vật liệu, hình dạng và kích thước được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình chế tạo. Dù còn cần thêm thời gian hoàn thiện trước khi triển khai rộng rãi, chiếc máy in 3D của TU Vienna đã chứng minh khả năng vượt qua hai giới hạn quan trọng là tốc độ và kích thước. Từ những giáo đường, cột mốc quốc gia đến chiếc xe đua nhỏ hơn hạt cát, các sản phẩm này cho thấy công nghệ có thể biến thiết kế phức tạp thành vật thể thực với quy mô cực nhỏ. Nếu tiếp tục được cải tiến thành công, thiết bị có thể trở thành nền tảng cho những ứng dụng mới trong khoa học vật liệu, công nghệ nano và y sinh.