DLP (xử lý ánh sáng kỹ thuật số) là công nghệ in 3D được sử dụng rộng rãi trong cả ứng dụng công nghiệp và nha khoa. Công nghệ DLP hoạt động bằng cách sử dụng ánh sáng để biến đổi nhựa lỏng thành một chi tiết rắn. Thách thức lớn khi sử dụng phương pháp in 3D này là nhựa cần có độ nhớt thấp, gần giống như nước, để hoạt động bình thường với độ phân giải cao. Rất nhiều polyme hữu ích trong in DLP ở dạng rắn hoặc quá nhớt, nên cần có dung môi để pha loãng đến độ đặc phù hợp. Tuy nhiên, việc bổ sung dung môi cũng có nhược điểm lớn như làm cho kích thước sau khi in không chuẩn do chi tiết bị co lại (lên đến 30%) cùng với ứng suất dư (residual stress) xuất hiện khi dung môi bay hơi.

Để khắc phục nhược điểm trên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Duke đã phát minh ra một loại polyme mới không cần dung môi để in DLP. Ngoài xử lý co ngót, việc không dùng dung môi cũng giúp cải thiện các đặc tính cơ học của chi tiết in trong khi vẫn duy trì khả năng phân hủy sinh trong cơ thể.

Vì vật liệu polyme mới là một trong những loại nhựa đầu tiên không chứa dung môi, có thể sử dụng trong in DLP, nên nhóm nghiên cứu muốn thử nghiệm các đặc tính của những chi tiết in được tạo ra từ vật liệu này. Kết quả cho thấy các bộ phận thử nghiệm không hề bị co lại hay biến dạng và nhìn chung là chắc và bền hơn so với các chi tiết được tạo ra bằng vật liệu polyme chứa dung môi. Đây là một trong những minh chứng thực nghiệm đầu tiên cho thấy các đặc tính cơ học tăng lên khi loại bỏ sử dụng dung môi trong in 3D DLP để tạo nên các polyme có thể phân hủy.

Để tạo ra loại polyme mới, nhóm nghiên cứu đã phân tích cấu trúc và đặc tính của các loại nhựa hiện có do một số phòng thí nghiệm phát triển, đồng thời sửa đổi các monome và độ dài chuỗi theo phương pháp thực nghiệm từng bước để thu được các polyme có độ nhớt thấp như mong đợi. Về cơ bản, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp "đoán và kiểm tra", điều chỉnh các monome hoặc "công thức" của polyme cho đến khi tìm ra sự kết hợp hiệu quả.

Quá trình này không hoàn toàn khác với việc nấu một bữa ăn, bao gồm việc trộn các thành phần cụ thể, đun nóng chúng, sau đó kiểm tra kết quả cho đến khi đạt mục tiêu mong đợi. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm khoảng 60 cách kết hợp khác nhau trước khi tạo ra sản phẩm như ý.

Mục tiêu cuối cùng mà nhóm nghiên cứu hướng đến là áp dụng kỹ thuật này để cho ra đời các mô cấy y tế có thể phân hủy sinh học. Một số vật liệu dùng chế tạo mô cấy y tế tạm thời hiện không thể phân hủy và cần phải phẫu thuật nhiều lần, không chỉ để cấy ghép mà còn để loại bỏ chúng. Thông qua nghiên cứu, các tác giả đặt mục tiêu phát triển các mô cấy phân hủy sinh học thông qua các quá trình tự nhiên của cơ thể.

Các thiết bị chế tạo từ vật liệu in 3D không chứa dung môi, có thể được cấy ghép và thiết kế để phân hủy tự nhiên theo thời gian, nên không cần phẫu thuật để gỡ bỏ thiết bị. Vật liệu mới cũng có thể được sử dụng làm chất kết dính tạm thời các vết gãy xương hoặc trong các ứng dụng robot mềm cần vật liệu mềm và có thể phân hủy.

N.P.D (NASATI), theo Physorg, 10/2024