Công Nghệ & Ứng Dụng

Công nghệ in 3D có thể tạo ra con tàu nhỏ nhất thế giới

Wikicabinet – Kênh thông tin tri thức nhân loại kính chào quý độc giả ở kỳ trước chúng tôi đã giới thiệu các chủ đề về:

Tại sao máy bay cất cánh ngược gió?

Kỳ này wikicabinet xin giới thiệu đến độc giả một chủ đề thú vị về Công nghệ in 3D có thể tạo ra con tàu nhỏ nhất thế giới. Mời quý độc giả đón theo dõi chủ đề này cùng wikicabinet nhé.

Với công nghệ in 3D, các nhà khoa học đã chế tạo ra con tài nhỏ nhất thế giới với chiều dài 30 micron, chỉ bằng một phần ba độ dày của tóc!

In 3D xuất hiện từ những năm 1980, đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây và được biết đến như là “một trong những biểu tượng quan trọng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba”. Đầu tháng này, các nhà vật lý tại Đại học Leiden ở Hà Lan đã sử dụng công nghệ in 3D để in con tàu nhỏ nhất thế giới. Con tàu chỉ dài 30 micron, chỉ lớn hơn tế bào vi khuẩn 6 lần.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét để chụp ảnh con tàu, cho thấy rằng nó có một cabin mở, một ống khói và thậm chí cả những cửa sổ nhỏ. Điều đặc biệt ấn tượng là độ dày của toàn bộ mô hình chỉ bằng 1/3 đường kính sợi tóc người. Các nhà nghiên cứu của dự án cho biết, trong tương lai, họ hy vọng sẽ áp dụng nó vào việc phân phối thuốc đúng mục tiêu vào cơ thể người.

Công nghệ in 3D có thể tạo ra con tàu nhỏ nhất thế giới

Từ khi chính thức ra đời đến khi bước vào mô hình thu nhỏ, sự thay đổi công nghệ nào đằng sau sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ in 3D? Làm thế nào để các nhà khoa học tạo ra một vật thể trong một không gian cực nhỏ có kích thước vài micromet khối?

Công nghệ in 3D truyền thống có những ưu điểm riêng

Quá trình sản xuất trừ truyền thống đề cập đến việc sử dụng các phôi mô hình hình học hiện có và các công cụ được sử dụng để cắt, đánh bóng và chạm khắc dần dần các vật liệu và cuối cùng trở thành các bộ phận cần thiết. Và in 3D, còn được gọi là sản xuất phụ gia, sử dụng thiết bị in 3D để tạo lớp các mô hình ba chiều kỹ thuật số. Các vật liệu đặc biệt như bột kim loại, vật liệu nhựa nhiệt dẻo và nhựa thông liên tục được xếp chồng lên nhau và liên kết từng lớp, và cuối cùng được chồng lên nhau để tạo thành Tổng thể ba chiều.

Nói một cách dễ hiểu, công nghệ in 3D trước tiên cần thiết kế một mô hình rắn ba chiều. Máy in chuyển đổi mô hình kỹ thuật số thành một tập hợp các hướng dẫn chuyển động theo yêu cầu của máy in ba chiều. Quỹ đạo thiết lập lặp đi lặp lại đặt vật liệu trên tấm in và kết hợp các lớp vật liệu liên tục cho đến khi hình thành mô hình ba chiều cuối cùng.

Điều này được hiểu rằng công nghệ lắng đọng nhiệt hạch (FDM) và công nghệ đóng rắn bằng ánh sáng (SLA) hiện là hai công nghệ in 3D phổ biến và trưởng thành nhất.

Công nghệ in 3D lắng đọng hợp nhất còn được gọi là in 3D lắng đọng cầu chì. Nó làm nóng và nấu chảy các vật liệu nóng chảy dạng sợi và ép chúng ra ngoài thông qua một vòi phun có vòi phun mịn. Theo đường chuyển động đã định, vật liệu được lắng đọng trong quá trình sản xuất Trên bảng điều khiển hoặc vật liệu đông đặc của lớp trước (vật liệu sẽ đông đặc lại khi nhiệt độ thấp hơn một giá trị nhất định), sản phẩm cuối cùng được hình thành thông qua sự tích tụ của các lớp vật liệu ”, Cao Jianwei nói. In 3D xử lý ánh sáng sử dụng nhựa cảm quang lỏng làm nguyên liệu thô và máy quét được điều khiển bởi thiết bị điều khiển số chiếu chùm tia laze lên bề mặt của nhựa cảm quang lỏng theo đường quét đã thiết kế, để một lớp nhựa trong một khu vực cụ thể của bề mặt được đóng rắn. Sau khi xử lý, một mặt cắt ngang của bộ phận được tạo ra, sau đó bệ nâng được hạ xuống một khoảng nhất định, và một lớp nhựa lỏng khác được phủ lên trên lớp đã đóng rắn, sau đó quét lớp thứ hai. Lớp đóng rắn thứ hai được liên kết chắc chắn với lớp đã đóng rắn trước đó. Từng lớp này tạo thành một nguyên mẫu phôi ba chiều. Sau khi nguyên mẫu được lấy ra khỏi nhựa, cuối cùng nó được đóng rắn, và sau đó được đánh bóng, mạ điện, sơn hoặc màu để có được sản phẩm theo yêu cầu.

Điều này được hiểu rằng có nhiều loại nguyên liệu thô có thể được sử dụng trong in 3D kết hợp xếp chồng và các cài đặt in và phụ kiện phần cứng có thể được thay đổi theo các nhu cầu khác nhau, thuận lợi hơn cho việc sản xuất tùy chỉnh và có thể thích ứng với nhu cầu của các tình huống chuyên biệt hơn. In 3D xử lý ánh sáng có thể đạt được độ phân giải 0,1 mm và có thể đạt được độ mịn và xử lý bề mặt chi tiết, chưa từng có bằng in 3D tích tụ nhiệt hạch.

Công nghệ mới giúp cải thiện độ chính xác và tốc độ in

Công nghệ in 3D đóng rắn nhẹ, trong quá trình in trên “bề mặt liên kết rắn – lỏng” và xếp chồng từng lớp, không thể tránh khỏi những “gợn sóng” li ti. Những “gợn sóng” này tinh vi đến mức khó có thể quan sát được. Lý do tại sao hiệu ứng in không bị ảnh hưởng là độ chính xác của in 3D xử lý ánh sáng vẫn còn rất xa so với độ chính xác của mức nanomet.

Với những đột phá liên tục trong nghiên cứu và phát triển công nghệ, in 3D đã được ứng dụng thành công trong hàng không vũ trụ, y tế, xây dựng, ô tô và các lĩnh vực khác, và ngành sản xuất ngày càng có yêu cầu cao hơn về độ chính xác của các bộ phận.

In 3D có độ chính xác cao, đại diện là in 3D hai photon (TPP), ngày càng phổ biến do các đặc điểm nổi bật của nó là hiệu quả cao và độ chính xác cao.

In 3D hai photon, còn được gọi là công nghệ tạo hình ánh sáng trùng hợp hai photon, sử dụng nhựa cảm quang. Sự khác biệt là công nghệ xử lý ánh sáng truyền thống sử dụng quá trình trùng hợp đơn photon và hấp thụ một photon làm đơn vị cơ bản. Trong một số trường hợp hiếm hoi, do chế độ chuyển đổi mức năng lượng đặc biệt trong vật chất, hai photon sẽ bị hấp thụ cùng một lúc, đó là “hiệu ứng hấp thụ hai photon”. Nhưng chỉ tại trung tâm của tia laser hội tụ cao sẽ có bức xạ đủ cao để đảm bảo rằng hai photon được hấp thụ cùng một lúc.

Trong trường hợp bình thường, các vật thể thông thường như mảnh thủy tinh hoặc cốc nước có tốc độ truyền ánh sáng và tốc độ hấp thụ của một bước sóng nhất định, và tỷ lệ này không thay đổi khi cường độ ánh sáng thay đổi. Tuy nhiên, hiệu ứng hấp thụ hai photon sẽ tăng lên khi mật độ năng lượng ánh sáng tăng.

Chỉ khi cường độ ánh sáng đạt đến một giá trị nhất định, hiệu ứng hấp thụ hai photon rõ ràng sẽ xuất hiện. Bằng cách tập trung tia laser, vùng phản ứng có thể được giới hạn trong một phạm vi với sai số rất nhỏ gần tiêu điểm. Với sự hợp tác của giai đoạn di chuyển chính xác, tiêu điểm được tạo ra trên chất cảm quang Di chuyển bên trong chất, vị trí mà tiêu điểm đi qua, chất cảm quang bị biến tính và đông đặc, và các vật thể 3D có hình dạng bất kỳ đều có thể được in với độ chính xác ở mức nanomet.

Theo các báo cáo, in 3D hai photon sử dụng tia laser để viết từng điểm một, sau đó từng lớp một. Phương pháp in “từ các điểm đến bề mặt và sau đó từng lớp” rất chính xác nhưng chậm (khoảng 0,1 mm khối mỗi giờ) ), ngay cả việc sản xuất các thành phần nhỏ cũng mất vài ngày hoặc thậm chí vài tuần. Ngoài ra, nguồn sáng laser có giới hạn tuổi thọ, nói chung mỗi máy chỉ có thể sử dụng trong khoảng 20.000 giờ, việc sử dụng lâu dài khiến chi phí in 3D hai photon cao.

Vào năm 2019, một nhóm nhà khoa học đã phát triển “in thạch bản hai photon hình chiếu femto giây” (FP-TPL), giúp tăng tốc độ in gốc lên hàng nghìn đến hàng vạn lần. Người ta hiểu rằng công nghệ này có thể tạo thành một tấm quang học femto giây có thể lập trình trên mặt phẳng vuông góc với chùm tia laze để ghi song song. Điều này tương đương với việc chiếu hàng triệu tiêu điểm laser cùng lúc để thay thế các phương pháp lấy nét truyền thống. Nói cách khác, công nghệ in 3D thạch bản hai photon chiếu femto giây có thể tạo ra toàn bộ mặt phẳng trong thời gian cần thiết để tạo ra một điểm bằng công nghệ in 3D hai photon, giảm thời gian sản xuất từ ​​vài ngày xuống còn vài phút.

Trong kỳ tiếp theo, Wikicabinet trân trọng mời độc giả đón đọc chủ đề Kim cương đa tinh thể nano có độ bền cao nhất

Nếu có những thắc mắc hay muốn tìm hiểu về bất kỳ chủ đề nào, hãy liên hệ với Wikicabinet bằng cách bình luận ở phía dưới nhé.

Leave a Reply