Trong vài năm qua, công nghệ in 3D vật liệu nhựa đã có những bước tiến nhanh chóng, cùng với đó, việc sản xuất đắp dần các thành phần kim loại cũng đã được thực hiện, bột kim loại được cấp nhiệt và làm cứng cục bộ để định hình thành cấu trúc mong muốn. Tuy nhiên, quá trình này tốn kém và phức tạp - và thường thì nó không mang lại các đặc tính mong muốn. Tuy nhiên, nghiên cứu mới đã chỉ ra rằng công nghệ in 3D kim loại sẽ sớm trở nên dễ dàng và thiết thực như in 3D vật liệu nhựa.
Được dẫn dắt bởi Jan Schroers, giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ khí của Đại học Yale, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một cách tiếp cận mới cho các vật thể in 3D. Họ đã sử dụng nguyên liệu in từ thủy tinh kim loại - một vật liệu mới và tương đối giống kim loại, nhưng lại mạnh hơn cả kim loại tốt nhất, và lại có tính dẻo của nhựa.
Bởi vì kim loại thường không tồn tại ở trạng thái cho phép chúng dễ dàng bị ép đùn, việc in 3D kim loại vẫn còn nhiều thách thức và hạn chế. Tuy nhiên, thủy tinh kim loại số lượng lớn (Bulk metallic glasses - BMG) có thể được làm mềm liên tục khi được cấp nhiệt, hiện tượng này giống như trong nhựa nhiệt dẻo. BMGs sở hữu những tính chất và những cấu trúc nguyên tử độc đáo: khi thủy tinh kim loại nguội từ chất lỏng thành chất rắn, nguyên tử của chúng lắng xuống thành một sắp xếp ngẫu nhiên và không kết tinh theo cách của kim loại truyền thống.
Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào một vật liệu BMG đặc trưng và có sẵn từ zirconi, titan, đồng, niken và berili. Về lý thuyết thì các loại BMG khác cũng có thể được in bằng phương pháp này.
Các nhà nghiên cứu sử dụng các sợi dây BMG có đường kính 1 mm và chiều dài 700 mm. Nhiệt độ đùn ra được thiết lập vào khoảng 460 độ C, lực ép đùn từ 10 đến 1000 Newton để đẩy các sợi dây kim loại được làm mềm thông qua một vòi phun có đường kính 0,5 mm.
Nhóm nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng, BMG có thể được sử dụng trong in 3D để tạo ra các thành phần kim loại cứng, có độ bền cao trong điều kiện môi trường tương tự như trong in nhựa nhiệt dẻo 3D.
Sự đột phá của nghiên cứu này là làm giảm đáng kể chi phí và các nguồn lực liên quan đến việc khai thác đặc tính có thể làm mềm của BMG. Khả năng in 3D các bộ phận kim loại dễ dàng như nhựa nhiệt dẻo sẽ cách mạng hóa lĩnh vực sản xuất đắp dần kim loại.
Ngoài việc tạo mẫu, các đặc tính có thể đạt được của các bộ phận in đi kèm với tính linh hoạt trong thiết kế từng phần sẽ làm cho công nghệ in 3D này phù hợp để chế tạo các thành phần hiệu suất cao cho các ứng dụng y tế, hàng không vũ trụ và tàu vũ trụ.
Được dẫn dắt bởi Jan Schroers, giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ khí của Đại học Yale, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một cách tiếp cận mới cho các vật thể in 3D. Họ đã sử dụng nguyên liệu in từ thủy tinh kim loại - một vật liệu mới và tương đối giống kim loại, nhưng lại mạnh hơn cả kim loại tốt nhất, và lại có tính dẻo của nhựa.
Bởi vì kim loại thường không tồn tại ở trạng thái cho phép chúng dễ dàng bị ép đùn, việc in 3D kim loại vẫn còn nhiều thách thức và hạn chế. Tuy nhiên, thủy tinh kim loại số lượng lớn (Bulk metallic glasses - BMG) có thể được làm mềm liên tục khi được cấp nhiệt, hiện tượng này giống như trong nhựa nhiệt dẻo. BMGs sở hữu những tính chất và những cấu trúc nguyên tử độc đáo: khi thủy tinh kim loại nguội từ chất lỏng thành chất rắn, nguyên tử của chúng lắng xuống thành một sắp xếp ngẫu nhiên và không kết tinh theo cách của kim loại truyền thống.
Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào một vật liệu BMG đặc trưng và có sẵn từ zirconi, titan, đồng, niken và berili. Về lý thuyết thì các loại BMG khác cũng có thể được in bằng phương pháp này.
Các nhà nghiên cứu sử dụng các sợi dây BMG có đường kính 1 mm và chiều dài 700 mm. Nhiệt độ đùn ra được thiết lập vào khoảng 460 độ C, lực ép đùn từ 10 đến 1000 Newton để đẩy các sợi dây kim loại được làm mềm thông qua một vòi phun có đường kính 0,5 mm.
Nhóm nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng, BMG có thể được sử dụng trong in 3D để tạo ra các thành phần kim loại cứng, có độ bền cao trong điều kiện môi trường tương tự như trong in nhựa nhiệt dẻo 3D.
Sự đột phá của nghiên cứu này là làm giảm đáng kể chi phí và các nguồn lực liên quan đến việc khai thác đặc tính có thể làm mềm của BMG. Khả năng in 3D các bộ phận kim loại dễ dàng như nhựa nhiệt dẻo sẽ cách mạng hóa lĩnh vực sản xuất đắp dần kim loại.
Ngoài việc tạo mẫu, các đặc tính có thể đạt được của các bộ phận in đi kèm với tính linh hoạt trong thiết kế từng phần sẽ làm cho công nghệ in 3D này phù hợp để chế tạo các thành phần hiệu suất cao cho các ứng dụng y tế, hàng không vũ trụ và tàu vũ trụ.
Theo NASATI
Tin tức liên quan
Đăng nhập
