Chỉ cần thêm nhiệt, có thể tạo ra những vật liệu in 4D mới

Các kỹ sư đã tạo ra lưới nhựa in 3D nở ra nhanh chóng khi ngâm trong nước nóng và một bông hoa nhân tạo có thể đóng cánh hoa của nó tương tự như thực vật trong tự nhiên như các thí nghiệm được thiết kế để chứng minh phương pháp in 4D này.

Đồng tác giả nghiên cứu Jerry Qi - Giáo sư của Trường Kỹ thuật Cơ khí George W. Woodruff thuộc Viện Công nghệ Georgia ở Atlanta - Hoa Kỳ, cho biết: Kỹ thuật mới này làm đơn giản hóa quá trình "giảng dạy" về các vật liệu in 3D để thay đổi hình dạng khi chúng được kích hoạt để làm như vậy. Trước đây, chúng tôi phải chuẩn bị và lập trình các vật liệu sau khi in bằng phương pháp 3D. Chúng tôi đã phải làm nóng nó và kéo nó ra và sau đó làm nguội lại vì vật liệu được nghiên cứu ở hình thức mới. Nó tương đối đơn giản. Với cách tiếp cận mới, chúng tôi đã sẵn sàng với chương trình có trong máy in.

Các nhà nghiên cứu đang sử dụng hai loại vật liệu được kết hợp cẩn thận trong cấu trúc in 3D để tạo ra hiệu ứng chuyển đổi hình dạng mong muốn. Vật liệu mềm giữ năng lượng thay đổi hình dạng nhưng trong trạng thái nguội, năng lượng của polyme mềm được chứa bởi vật liệu cứng khác như thủy tinh. Tuy nhiên, vật liệu cứng này sẽ mềm khi tiếp xúc với nhiệt, cho phép các polymer mềm tiếp nhận. Vật liệu được thiết kế để nhớ hình dạng thứ hai và mặc định khi nó được làm nóng.

Jerry Qi, cho biết: Bạn có thể làm nóng nó và làm biến dạng cấu trúc thành một hình dạng mới, nó là hình dạng thứ 3 và sẽ giữ hình dạng đó cho đến khi bạn làm nóng nó lên. Sau đó, nó biến đổi trở lại thành hình dạng thứ hai. Các kỹ thuật in 4D trước đã có thể tạo ra các vật liệu thay đổi hình dạng của chúng chỉ tạm thời và sau một thời gian, sẽ trở lại hình dạng in ban đầu. Trong nghiên cứu mới này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một vật liệu thay đổi hình dạng khi nó được làm nóng đến khoảng 122 độ Fahrenheit (50 độ Celsius) nhưng bằng cách chế tạo các đặc tính của vật liệu cứng, có thể chọn nhiệt độ tại đối tượng chuyển đổi.

Martin Dunn - Giáo sư về kỹ thuật cơ khí tại Đại học Công nghệ và Thiết kế Singapore, cùng làm việc với nhóm nghiên cứu: Nó hứa hẹn cho phép mang đến vô số ứng dụng trên các thiết bị y sinh học, điện tử 3D và các sản phẩm tiêu dùng. Ví dụ các linh kiện điện tử có thể được in ở dạng phẳng và sau đó chúng được lắp ráp thành các thiết bị, chúng có thể "phóng to" vào các hình dạng 3D hữu ích của chúng.

Jerry Qi nghĩ rằng các thiết bị y sinh học như giá đỡ, những ống nhỏ được sử dụng để mở rộng các động mạch bị nghẹt để ngăn ngừa đột quỵ, có thể được tạo ra bằng cách sử dụng kỹ thuật này. Các giá đỡ được in 4D này sẽ mở rộng bên trong mạch máu, tự động kích hoạt chỉ bằng cách tiếp xúc với hơi nóng của cơ thể con người. Hiện nay, các bác sĩ phẫu thuật phải thổi phồng giá đỡ bằng các khí cầu gắn vào cuối ống thông qua đó thiết bị được lắp vào. Stent là một khung đỡ bằng kim loại được đặt trong lòng động mạch vành, nhằm mục đích mở rộng lòng mạch vành bị hẹp và giữ nó không bị hẹp lại. Có hai loạistent mạch vành: stent thường và stent phủ thuốc.

Kỹ thuật mới này phù hợp hơn cho các ứng dụng thực tiễn hơn các phương pháp dựa vào hydrogel. Các vật thể mô tả trong nghiên cứu mới này có thể chuyển đổi hoàn toàn trong vòng chưa đầy 10 giây, so với khoảng 7 phút cho một vật liệu dựa trên hydrogel đã được một nhóm các nhà nghiên cứu từ MIT đưa ra vài năm trước. Công nghệ in 4D dựa trên hydrogel phụ thuộc vào sự kết hợp giữa hydrogel và không áp lực trương nở của polymer sợi filamăng. Khi đun sôi trong nước, hydrogel nở ra, buộc các sợi filamăng vào một hình dạng mới. Trong vật liệu hydrogel, sự thay đổi hình dạng là do sự hấp thụ nước.Nhưng đó là một quá trình tương đối chậm, phải mất thời gian, đặc biệt nếu có cấu trúc lớn.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Science Advances!

Đ.T.V-NASATI (Theo Livescience)