Các nhà nghiên cứu tại Đại học Missouri đã đưa ra phương pháp in các thiết bị phức tạp với sự kết hợp của nhiều vật liệu bao gồm nhựa, kim loại và chất bán dẫn, chỉ bằng một máy.

Nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Nature Communications, đã phác thảo quy trình in 3D và laser mới để sản xuất cảm biến đa vật liệu, nhiều lớp, bảng mạch và thậm chí cả vải dệt có tích hợp linh kiện điện tử. Đây là Quy trình lắp ráp đa vật liệu tự do hứa hẹn sẽ cách mạng hóa việc cho ra đời các sản phẩm mới.

Bằng cách in các cảm biến được nhúng trong một cấu trúc, máy có thể tạo ra những đồ vật với khả năng cảm biến các điều kiện môi trường, bao gồm nhiệt độ và áp suất. Đối với các nhà nghiên cứu khác, điều đó có nghĩa là có một vật thể trông tự nhiên như đá hoặc vỏ sò, có thể đo chuyển động của nước trong đại dương. Đối với con người, các ứng dụng có thể là thiết bị đeo trên người để theo dõi huyết áp và các dấu hiệu sự sống khác.

Những tiến bộ trong kỹ thuật in 3D

Các kỹ thuật khác còn hạn chế về tính linh hoạt của vật liệu và độ chính xác của các thành phần nhỏ được đặt bên trong các cấu trúc 3D lớn hơn. Phương pháp của nhóm nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật đặc biệt để khắc phục những hạn chế nêu trên. Các nhà khoa học đã chế tạo chiếc máy có ba đầu phun khác nhau: một đầu phun bổ sung vật liệu giống như mực, một đầu phun khác sử dụng tia laser để khắc hình dạng và vật liệu, còn đầu phun thứ ba bổ sung các vật liệu chức năng để nâng cao tính năng của sản phẩm. Ban đầu, máy tạo ra một cấu trúc cơ bản bằng sợi in 3D thông thường, chẳng hạn như polycarbonate, một loại nhựa nhiệt dẻo trong suốt. Sau đó, máy chuyển sang sử dụng tia laser để chuyển đổi một số bộ phận thành vật liệu đặc biệt thông qua đặt nó chính xác vào vị trí cần thiết. Cuối cùng, nhiều vật liệu hơn được bổ sung để tăng tính năng của sản phẩm cuối cùng.

Kỹ thuật đột phá

Hiện nay, quy trình sản xuất cấu trúc nhiều lớp như bảng mạch in, khá phức tạp bao gồm nhiều bước và sử dụng nhiều vật liệu. Các quy trình này tốn kém, mất thời gian và có thể phát sinh chất thải gây hại cho môi trường. Kỹ thuật mới không chỉ tốt hơn cho hành tinh mà còn được lấy cảm hứng từ các hệ thống trong tự nhiên.

Bujingda Zheng, đồng tác giả nghiên cứu chia sẻ: “Mọi thứ trong tự nhiên đều bao gồm các vật liệu có cấu trúc và chức năng. Ví dụ, lươn điện di chuyển nhờ có xương và cơ. Chúng cũng có các tế bào chuyên biệt với khả năng phóng điện cỡ 500V để ngăn chặn kẻ săn mồi. Những quan sát này đã truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu triển khai các phương pháp mới để chế tạo cấu trúc 3D với các ứng dụng đa chức năng, nhưng các phương pháp mới nổi khác cũng có những hạn chế nhất định”.

N.P.D (NASATI), theo Scitecdaily, 7/2024