[Tiêu điểm tại Hannover Messe 2017] In 3D: Vật liệu thông minh mở đường cho công nghệ 4D

23.04.17, 12:00 GMT+7

Hannover Messe 2017 – hội chợ hàng đầu thế giới về công nghệ và máy móc công nghiệp, là sự kiện thường niên được tổ chức bởi Deutsche Messe AG (CHLB Đức) tại Hannover. Sự kiện sắp tới sẽ diễn ra từ ngày 24 đến 28/4/2017. Để Quý vị có được những thông tin mới nhất, những xu thế và xu hướng phát triển của các ngành công nghiệp và công nghệ trọng yếu hiện tại và trong tương lai, technologyMAG.net sẽ lần lượt có những tin bài, hình ảnh, video … về các chủ đề quan trọng nhất sẽ hiện diện tại sự kiện lớn nhất hành tinh này, cho đến khi hội chợ chính thức mở cửa đón khách thăm.

In 3D có thiết kế đa dạng, không theo một khuôn mẫu sản xuất truyền thống nào, và các kỹ sư giờ đây cũng có thể tự do thiết kế các linh kiện mà chỉ tập trung vào tính năng của chúng. Nếu như thông thường, các sản phẩm cần phải đảm bảo cả về chất lượng lẫn mẫu mã, thì một nghiên cứu gần đây chỉ đang tập trung vào tính năng với việc ứng dụng những vật liệu thông minh vào in 3D, hứa hẹn nhiều triển vọng mang tính cách mạng hơn về chức năng của sản phẩm.

Sự kết hợp các vật liệu thông minh với công nghệ in 3D sẽ cho phép các nhà nghiên cứu cân nhắc đến những lựa chọn hoàn toàn mới trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. In 3D đã được ứng dụng trong các phòng thí nghiệm nhằm sản xuất ra các vật liệu và đồ vật tự phục hồi, có thể tự biến đổi hình dạng để thích nghi với từng môi trường cụ thể. Và quy trình in thông minh này thậm chí có thể thay thế việc sản xuất vật liệu hỗn hợp như chất nhựa dẻo gia cố bằng sợi cacbon theo phương pháp thủ công.

Máy in 4D tạo ra “robot biến hình” – Robot tự lắp ráp

Sự đa dạng của các ứng dụng tiềm năng về việc sản xuất chất phụ gia kết hợp với vật liệu thông minh đã được thể hiện qua nhiều nghiên cứu gần đây. Các nhà nghiên cứu từ phòng thí nghiệm Self-Assembly, Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) tin rằng ống nước “tự gấp” – có thể dãn ra hoặc co lại để thích nghi với áp lực nước – một ngày nào đó sẽ được sản xuất thành công. Tất cả những điều này hoàn toàn không có sự can thiệp của cảm biến, thiết bị truyền động, phần mềm hay bộ vi xử lý mà đơn giản chỉ căn cứ trên những tính năng vật lý của vật liệu.

Trong lĩnh vực khoa học về người máy (Robotics), nơi mà các nhà nghiên cứu đang hướng đến tiềm năng của máy móc tự lắp ráp, dự đoán sẽ đem lại những giá trị không hề nhỏ trong việc sản xuất robot cứu hộ hay nghiên cứu, dưới hình dạng được gấp lại, để đưa đến những nơi khó tiếp cận sau đó thực hiện các công việc đã được lập trình.

Viễn cảnh này có thể được thực hiện bằng công nghệ in 4D – một phương pháp mới có thể sử dụng để sản xuất những vật tự tạo hình bằng việc sử dụng máy in 3D. Điển hình là một nghiên cứu của Đại học Harvard tại Cambridge, Massachusetts, Hoa Kỳ, gần đây đã sử dụng phương pháp này để in hình ảnh những cánh hoa có thể tự động nở ra sau khi tiếp xúc với nước. Để thực hiện thành công, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại Hydrogel(1) chứa hỗn hợp các sợi cellulose, các phân tử nhỏ của đất sét và monomer(2) trộn lẫn với nhau. Nhưng tiếp xúc với nước không phải là cách duy nhất giúp vật liệu 4D thay đổi được hình dạng của chúng, mà nhiệt, chuyển động hay bất kỳ một loại năng lượng nào khác cũng có thể kích hoạt các vật liệu tự phục hồi có kết cấu tương tự.

Sử dụng sóng siêu âm để tạo ra những vật liệu tự phục hồi và sợi cacbon kết hợp với máy in 3D

Nhựa là một ví dụ điển hình cho trường hợp của vật liệu “tự phục hồi” với khả năng tự khôi phục về trạng thái ban đầu. Cách để có được hiệu ứng như vậy là hoà lẫn các ống nano cực nhỏ chứa đầy polymer lỏng vào trong nhựa. Khi nhựa bị phá huỷ và những ống nano vỡ ra, polymer lỏng sẽ được giải phóng để phục hồi nhựa về trạng thái ban đầu. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu tại Đại học Bristol còn phát triển một phương pháp đặc biệt ứng dụng công nghệ in 3D kết hợp với sóng siêu âm để đưa các ống nano vào đúng vị trí. Sóng siêu âm có chức năng tạo ra trường lực trong nhựa lỏng bên trong các ống nano. Việc này không chỉ hiệu quả với các ống nano mà còn có tác dụng tương tự trên sợi cacbon. Nếu trước kia vật liệu phức hợp như nhựa gia cố bằng sợi cacbon chỉ được sản xuất bằng phương pháp thủ công truyền thống thì giờ đây đã có thể ứng dụng công nghệ in 3D trong quá trình sản xuất, tạo nên một sự bức phá đúng nghĩa trong công nghiệp. Và ngay cả khi phương pháp này vẫn còn đang trong quá trình thử nghiệm thì khả năng tối ưu hoá chi phí và thời gian trong sản xuất của những vật liệu phức hợp bằng công nghệ in 3D vẫn hứa hẹn nhiều triển vọng tiềm năng.

Việc sản xuất chất phụ gia có ảnh hưởng không nhỏ đến các ngành công nghiệp hiện tại. Những cải tiến về việc tái sản xuất sẽ được bàn luận trong Hội nghị Sản xuất Chất phụ gia lần thứ 3 diễn ra vào ngày 27 – 28/04/2017, tại Trung tâm Hội nghị (Convention Center), phòng Heidelberg. Các nhà sản xuất và người dùng sẽ có cái nhìn tổng quan về phương pháp in 3D và 4D tiên tiến. Tại Hall 6, các công ty trưng bày tại khu vực Nhà máy số (Digital Factory) sẽ giới thiệu những giải pháp tương tự, bên cạnh những nhà cung cấp CAD(4) và vật liệu xây dựng nhẹ.

Chú thích:
(1) Hydrogel là một mạng lưới các chuỗi polymer có khả năng thấm hút cao (thành phần có thể chứa hơn 90% nước), được giữ ở trạng thái rắn nhờ các polyme không tan trong nước. Vật liệu hydrogel mới có năng lượng đứt gãy khoảng 9.000 J/m2 nên có thể giãn ra gấp 20 lần chiều dài ban đầu mà không bị đứt.
(2) Monomer là phân tử có liên kết hóa học tới các nguyên tử khác để hình thành polymer.
(3) Polymer là khái niệm được dùng cho các hợp chất cao phân tử (hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản).
(4) CAD (Computer-Aided Design) thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính.

Để xem các tin bài khác về hội chợ Hannover Messe 2017, hãy nhấn vào đây

 

(Nguồn: Hannover Messe/ www.hannovermesse.com)

Ý kiến bạn đọc