Quy trình in 3D mới cho phép tạo hình ngay trong khối gel
Quy trình xử lý xếp lớp của máy in 3D thông thường chỉ có thể in từ dưới lên trên trên 3 trục để tạo hình sản phẩm. Gần đây, Mataerial đã giới thiệu một loại máy in 3D đặc biệt "thách thức" trọng lực - dùng vật liệu đông cứng nhanh để tạo hình ngay trên không. Tuy nhiên, hôm nay nhóm nghiên cứu có tên NSTRMNT dẫn đầu bởi nghiên cứu sinh tiến sĩ Brian Harms tại học viện kiến trúc Nam California đã tạo ra một quy trình in 3D còn độc đáo hơn với tên gọi định hình huyền phù - in vật thể bên trong một khối gel. Không chỉ cho phép tạo hình tự do vật thể trên 6 trục, phương pháp xử lý này còn cho phép "hồi" (undo) trong trường hợp sai sót.
Máy in 3D của NSTRMNT sử dụng một cánh tay robot 6 trục tích hợp máy bơm nhu động do Stäubli Robotics chế tạo. Máy bơm phun một dòng nhựa lỏng lưu hóa bằng ánh sáng vào một khối gel đóng vai trò như một cấu trúc hỗ trợ cho vật thể được in. Lưu lượng chất lỏng của máy bơm được điều khiển bằng một mạch Arduino hoạt động phối hợp với chuyển động của cánh tay robot để tạo mẫu in. Arduino cũng đồng thời kiểm soát hướng bơm, qua đó khiến nó có thể xóa các phần thừa của vật thể được in bằng cách hút ngược trở lại.
Sau khi mẫu in được hoàn thiện, keo nhựa được phơi dưới ánh sáng cực tím trong từ 1 đến 2 phút để làm rắn cấu trúc. Harms cho biết: "Chúng tôi cũng lắp đặt các đèn LED UV trên máy bơm, nhưng theo kinh nghiệm của chúng tôi thì các đèn LED này mất quá nhiều thời gian để lưu hóa nhựa." Giống như các cấu trúc hỗ trợ được in tên vật thể 3D thông thường, khối gel bảo toàn hình dạng của nhựa cho đến khi được lưu hóa và sẵn sàng để lấy ra ngoài.
"Gel có thể được tái sử dụng nhiều lần trừ khi bị khô," Harms nói. "Chúng tôi có thói quen đậy kín các thùng chứa gel khi không dùng đến và chúng tôi có thể tái sử dụng gel trong nhiều tuần sau đó. Mặc dù vẫn chưa thử nghiệm hoàn toàn thời gian tái sử dụng tối đa nhưng tôi ước chừng có thể vài tháng."
Để tính toán chuyển động của khác khớp nối trên cánh tay robot, máy in sử dụng kỹ thuật IK (Inverse Kinematics) được Harms phát triển cho Grasshopper (một plugin mô hình hóa 3D cho phần mềm Rhino).
Harms cho biết: "Chúng tôi thiết kế hình học, nó được chuyển đổi sang các đường đồ thị và chúng tôi cho robot cử động theo các đường này. Tuy nhiên, robot có thể được điều khiển thủ công bằng tay cầm từ xa đi kèm với mỗi robot." Điều này cho phép người dùng tạm ngưng quy trình và di chuyển robot khi máy bơm nhả keo nhựa. "Bằng cách này, bạn có thể sử dụng robot như một chiếc bút vẽ 3D," Harms nói.
Hiện tại, kích thước điểm in của NSTRMNT khoảng 1/16 inch (~ 1,6 mm) nhưng kích thước này chỉ phụ thuộc vào đường kính của đầu ống bơm/kim bơm được dùng để nhả keo nhựa, vì vậy kim bơm nhỏ hơn sẽ mang lại độ phân tốt hơn.
Nói với Gizmag, Harms cho biết: "Vấn đề lớn nhất mà chúng tôi phải đối mặt thực chất là keo nhựa sẽ tràn vào khoảng trống tạm thời do kim bơm tạo ra khi nó di chuyển trong khối gel." Điều này có thể được khắc phục bằng cách tăng tốc độ di chuyển của kim bơm nhưng cũng đồng nghĩa với việc máy bơm phải nhả keo nhanh hơn để phối hợp ăn ý, theo Harms thì rất khó để thực hiện.
Trên thực tế, phương pháp của Harms có thể được điều chỉnh và vận dụng trực tiếp, qua đó mở ra một dạng tạo hình mới trực tiếp trong môi trường vật lý, trái với các phương pháp phổ biến hiện nay là định hình từ máy tính và chế tác bằng máy in.
Harms nói: "Bạn có thể phun nhựa dọc theo các đường cong trong một không gian 3 chiều mà không cần phải đợi máy tính tạo mô hình." Thêm vào đó, do vật liệu được lưu hóa bằng ánh sáng cực tím và huyền phù trong dạng lỏng nên một nhà thiết kế không cần phải tuân theo một hình dạng nhất định trong suốt quy trình in 3D. Người dùng có thể thay đổi hình dạng, thêm các thành phần và thậm chí xóa các bit mực in.
