Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp in quang trùng hợp (vat photopolymerization) hiện chỉ hoạt động với nhựa nhạy sáng, khiến ứng dụng bị hạn chế. Một số nỗ lực trước đây nhằm biến nhựa in 3D thành kim loại hoặc gốm đều gặp vấn đề về độ xốp và co ngót, khiến sản phẩm bị biến dạng và kém bền.
Nhóm của ông Daryl Yee, Trưởng phòng thí nghiệm Hóa học Vật liệu và Sản xuất (EPFL), đã tìm ra hướng đi mới: thay vì trộn sẵn hợp chất kim loại vào nhựa, họ in 3D trước một khung mẫu bằng hydrogel, sau đó ngâm mẫu này nhiều lần trong dung dịch muối kim loại. Trong quá trình đó, các ion kim loại được chuyển hóa thành các hạt nano lan tỏa đều trong khung gel.
Sau 5 - 10 chu kỳ như vậy, khung hydrogel được loại bỏ bằng gia nhiệt, để lại vật thể kim loại hoặc gốm đặc, giữ nguyên hình dạng của bản in ban đầu. Vì muối kim loại chỉ được thêm vào sau khi in, cùng một khuôn hydrogel có thể dùng để tạo ra nhiều loại vật liệu khác nhau: từ sắt, bạc, đồng đến gốm hoặc vật liệu tổng hợp.
Ông Yee cho biết: “Công trình của chúng tôi không chỉ cho phép sản xuất kim loại và gốm chất lượng cao bằng quy trình in 3D đơn giản, chi phí thấp, mà còn mở ra một hướng tư duy mới: chọn vật liệu sau khi in 3D, chứ không phải trước đó”.
Trong nghiên cứu, nhóm đã chế tạo các cấu trúc hình học phức tạp gọi là gyroid bằng sắt, bạc và đồng để kiểm chứng. Kết quả cho thấy các mẫu vật chịu được lực nén gấp 20 lần so với vật liệu tạo bằng kỹ thuật cũ, đồng thời mức co ngót chỉ khoảng 20% (so với 60 - 90% trước đây).
Nghiên cứu hứa hẹn ứng dụng lớn trong chế tạo các cấu trúc 3D tiên tiến vừa nhẹ, vừa bền, phục vụ sản xuất cảm biến, thiết bị y sinh, hay các hệ thống chuyển đổi và lưu trữ năng lượng. Các kim loại có diện tích bề mặt lớn tạo bởi phương pháp này cũng có thể dùng làm chất xúc tác hoặc tản nhiệt hiệu quả trong công nghệ năng lượng.
Nhóm EPFL cho biết họ đang tiếp tục hoàn thiện quy trình để phù hợp với sản xuất công nghiệp, đặc biệt là tăng mật độ vật liệu và rút ngắn thời gian xử lý. Ông Yee tiết lộ: “Chúng tôi đang phát triển robot để tự động hóa toàn bộ quy trình, giúp giảm đáng kể tổng thời gian chế tạo”.
