Chiếc ghế gỗ tiếp theo của bạn có thể phẳng, sau đó khô thành hình 3D
bởi Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ
Mực gỗ được in như một hình chữ nhật phẳng được lập trình để tạo thành một hình dạng phức tạp sau khi sấy khô và đông đặc. (Thước được đánh dấu bằng cm.). Ảnh: Doron Kam
Các đồ vật bằng gỗ thường được làm bằng cách cưa, chạm khắc, uốn hoặc ép. Đó là trường cũ! Hôm nay, các nhà khoa học sẽ mô tả cách các hình dạng bằng gỗ phẳng được máy in 3D ép đùn có thể được lập trình để tự biến hình thành các hình dạng 3D phức tạp. Trong tương lai, kỹ thuật này có thể được sử dụng để làm đồ nội thất hoặc các sản phẩm bằng gỗ khác có thể được vận chuyển phẳng đến điểm đến và sau đó sấy khô để tạo thành hình dạng cuối cùng mong muốn.
Các nhà nghiên cứu sẽ trình bày kết quả của họ tại cuộc họp mùa thu của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS).
Trong tự nhiên, thực vật và một số động vật có thể thay đổi hình dạng hoặc kết cấu của chính chúng. Ngay cả sau khi cây bị chặt, gỗ của nó có thể thay đổi hình dạng khi nó khô đi. Nó co lại không đều và cong vênh do sự thay đổi hướng của sợi bên trong gỗ. Doron Kam, một sinh viên tốt nghiệp đang trình bày tác phẩm tại cuộc họp, cho biết: “Sự cong vênh có thể là một trở ngại, nhưng chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể cố gắng hiểu hiện tượng này và khai thác nó thành một sự biến đổi đáng mơ ước”.
Không giống như một số vật thể tự nhiên, các cấu trúc nhân tạo thường không thể tự định hình, Tiến sĩ Eran Sharon, một trong những nhà điều tra chính của dự án cho biết. Nhưng các nhà khoa học trong những năm gần đây đã bắt đầu in các tấm phẳng có thể tự tạo thành hình 3D sau một tác động kích thích, chẳng hạn như sự thay đổi nhiệt độ, độ pH hoặc độ ẩm, Sharon nói. Tuy nhiên, những tấm tự biến hình này được làm từ các vật liệu tổng hợp, chẳng hạn như gel và chất đàn hồi, ông lưu ý.
Sharon nói: “Chúng tôi muốn quay trở lại nguồn gốc của khái niệm này, về với tự nhiên và làm điều đó với gỗ. Anh ấy và Kam — cũng như Shlomo Magdassi, Tiến sĩ, và Tiến sĩ Oded Shoseyov, những điều tra viên chính khác đã thực hiện thử thách này với Ido Levin, Tiến sĩ, người đang là nghiên cứu sinh vào thời điểm đó —Đang ở Đại học Hebrew của Jerusalem.
Một vài năm trước, nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại mực nước thân thiện với môi trường bao gồm các vi hạt chất thải gỗ được gọi là "bột gỗ" trộn với tinh thể nano xenlulo và xyloglucan, là chất kết dính tự nhiên chiết xuất từ thực vật. Sau đó, các nhà nghiên cứu bắt đầu sử dụng loại mực này trong một máy in 3D. Gần đây, họ đã phát hiện ra rằng cách đặt mực xuống, hay còn gọi là "đường dẫn", quy định hành vi biến hình khi độ ẩm bay hơi khỏi miếng in. Ví dụ: một đĩa phẳng được in dưới dạng một chuỗi các vòng tròn đồng tâm khô đi và co lại để tạo thành cấu trúc giống hình yên ngựa gợi nhớ đến khoai tây chiên Pringles và đĩa được in dưới dạng một chuỗi tia phát ra từ điểm trung tâm biến thành hình vòm hoặc hình nón -như cấu trúc.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng hình dạng cuối cùng của vật thể cũng có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tốc độ in. Đó là bởi vì sự co rút xảy ra vuông góc với các sợi gỗ trong mực và tốc độ in sẽ thay đổi mức độ liên kết của các sợi đó. Tốc độ chậm hơn khiến các hạt được định hướng ngẫu nhiên hơn, do đó sự co ngót xảy ra theo mọi hướng. In nhanh hơn sẽ sắp xếp các sợi với nhau, do đó, sự co rút có hướng hơn.
Các nhà khoa học đã học cách lập trình tốc độ in và đường dẫn để đạt được nhiều hình dạng cuối cùng. Họ phát hiện ra rằng việc xếp chồng hai lớp hình chữ nhật được in theo các hướng khác nhau sẽ tạo ra một đường xoắn sau khi sấy khô. Trong công trình mới nhất của mình, họ phát hiện ra rằng họ có thể lập trình đường in, tốc độ và cách xếp chồng để điều khiển hướng thay đổi hình dạng cụ thể, chẳng hạn như hình chữ nhật xoắn thành một đường xoắn ốc theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ.
Sự cải tiến hơn nữa sẽ cho phép nhóm kết hợp yên ngựa, mái vòm, đường xoắn ốc và các họa tiết thiết kế khác để tạo ra các vật thể có hình dạng cuối cùng phức tạp, chẳng hạn như một chiếc ghế. Cuối cùng, có thể làm cho các sản phẩm gỗ được vận chuyển bằng phẳng đến tay người dùng cuối, điều này có thể làm giảm khối lượng và chi phí vận chuyển, Kam nói. "Sau đó, tại điểm đến, đối tượng có thể uốn cong vào cấu trúc mà bạn muốn." Cuối cùng, việc cấp phép cho công nghệ này sử dụng trong gia đình có thể khả thi để người tiêu dùng có thể thiết kế và in các đồ vật bằng gỗ của riêng họ bằng máy in 3D thông thường, Sharon nói.
Nhóm nghiên cứu cũng đang tìm hiểu xem liệu quá trình biến hình có thể đảo ngược được hay không. Sharon nói: “Chúng tôi hy vọng có thể chứng minh rằng trong một số điều kiện, chúng tôi có thể làm cho các yếu tố này phản ứng - với độ ẩm - khi chúng tôi muốn thay đổi hình dạng của một vật thể một lần nữa.
