Lincoln Laboratory đã công bố một bước đột phá trong việc in 3D các cấu trúc thủy tinh ở nhiệt độ chỉ 250°C, thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ 1.000°C+ thường được yêu cầu trong sản xuất thủy tinh truyền thống. Kỹ thuật này sử dụng mực in tùy chỉnh được làm từ dung dịch silicat và các hạt nano vô cơ, được in ở nhiệt độ phòng thông qua phương pháp viết mực trực tiếp trước khi được xử lý trong bể dầu khoáng. Tuy nhiên, thông báo này đã kích hoạt các cuộc thảo luận kỹ thuật sôi nổi trong cộng đồng kỹ sư về khả năng thực sự và những hạn chế của quy trình.
Quy trình sản xuất 3 bước
-
In ấn ở nhiệt độ phòng
- Các chất nền tương thích: Nhựa, kim loại, thủy tinh, silicon, gel, sáp
- Sử dụng kỹ thuật viết mực trực tiếp
- Mực tùy chỉnh từ dung dịch silicat + các hạt nano vô cơ
-
Nung ở nhiệt độ thấp (250°C)
- Gia nhiệt bằng bể dầu khoáng
- Quá trình khuếch tán nước chậm
- Giảm thiểu độ xốp và co ngót
-
Rửa bằng dung môi
- Làm sạch bằng toluene/isopropanol
- Loại bỏ dầu còn sót lại
- Tạo ra sản phẩm cuối cùng hoàn toàn vô cơ
 |
|---|
| Quy trình in các bộ phận bằng thủy tinh: 1) In bộ phận ở nhiệt độ phòng, 2) Gia nhiệt trong bể dầu khoáng đến 250°C, 3) Rửa sạch bộ phận |
Hóa học đằng sau quy trình thu hút sự phân tích của chuyên gia
Cộng đồng kỹ thuật đã nhanh chóng mổ xẻ hóa học cơ bản của phương pháp của Lincoln Laboratory . Các kỹ sư cho rằng quy trình có thể dựa vào thủy tinh nước (natri silicat) kết hợp với các cation đa hóa trị như canxi, magiê, hoặc nhôm để tạo ra các liên kết chéo làm cứng vật liệu mà không cần nhiệt độ cực cao. Sự đổi mới chính dường như là việc sử dụng các muối có độ hòa tan thấp ở nhiệt độ phòng mà chỉ phản ứng với silicat ở 250°C, ngăn mực in cứng lại sớm trong bể chứa máy in.
Thủy tinh nước: Tên gọi phổ biến của natri silicat, được biết đến với tính hòa tan trong nước và sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp bao gồm làm kín cửa bếp đốt gỗ.
Sự hoài nghi nổi lên về phân loại thủy tinh
Không phải ai trong cộng đồng cũng tin rằng điều này đại diện cho sản xuất thủy tinh thực sự. Một số chuyên gia cho rằng quy trình tạo ra thứ gì đó gần giống với natri silicat cứng hơn là thủy tinh truyền thống, chỉ ra rằng thủy tinh nước đã có sẵn trong nhiều thập kỷ tại các cửa hàng phần cứng như một loại xi măng phổ biến cho các ứng dụng công nghiệp. Điều này đã dẫn đến các cuộc tranh luận về việc liệu thông báo này có đại diện cho một bước đột phá thực sự hay chỉ là tiếp thị khéo léo của công nghệ hiện có với các phương pháp ứng dụng được cải thiện.
Ứng dụng gương kính thiên văn đối mặt với thách thức chất lượng bề mặt
Cuộc thảo luận trở nên đặc biệt gay gắt xung quanh các ứng dụng quang học tiềm năng, đặc biệt là gương kính thiên văn. Trong khi một số người thấy triển vọng trong việc in các hình dạng parabol có thể tiết kiệm đáng kể thời gian gia công, những người khác nêu bật những hạn chế cơ bản. Quy trình in 3D để lại các rãnh có thể nhìn thấy và khuyết tật bề mặt sẽ làm méo mó nghiêm trọng việc truyền ánh sáng - một lỗ hổng quan trọng đối với thiết bị quang học chính xác.
Đối với gương kính thiên văn, bạn muốn có độ hoàn thiện bề mặt rất tốt, và đó là một điều mà in 3D làm rất kém.
Các kỹ sư đã đề xuất kết hợp in 3D với các bước xử lý bổ sung như thiêu kết nhiệt độ cao với lực ly tâm, sau đó là mài và đánh bóng truyền thống. Tuy nhiên, điều này về cơ bản sẽ loại bỏ lợi thế nhiệt độ thấp khiến quy trình trở nên hấp dẫn ngay từ đầu.
So sánh quy trình: Sản xuất kính truyền thống vs Nhiệt độ thấp
| Khía cạnh | Kính truyền thống | Quy trình Lincoln Lab |
|---|---|---|
| Nhiệt độ xử lý | >1.000°C | 250°C |
| Nhiệt độ in | Không áp dụng | Nhiệt độ phòng |
| Yêu cầu thiết bị | Chuyên dụng nhiệt độ cao | Máy in 3D tiêu chuẩn + bể dầu |
| Tương thích vật liệu | Hạn chế do nhiệt | Nhựa, kim loại, gel, sáp |
| Yêu cầu năng lượng | Cao | Tối thiểu |
Tích hợp sản xuất cho thấy triển vọng
Bất chấp các cuộc tranh luận về các ứng dụng cụ thể, cộng đồng thấy tiềm năng trong các phương pháp sản xuất kết hợp. Một số công ty đã phát triển các hệ thống quy trình kết hợp sử dụng in 3D như một bước tạo hình thô, sau đó là gia công tại chỗ trước khi xử lý cuối cùng. Điều này có thể giảm đáng kể thời gian thiết lập và gá đồ trong khi duy trì độ chính xác cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Nghiên cứu đang diễn ra tại Lincoln Laboratory tập trung vào việc cải thiện độ trong suốt quang học và phát triển mực in với các tính chất hóa học và điện khác nhau, cho thấy công nghệ vẫn đang phát triển. Liệu nó có đại diện cho một bước tiến cách mạng hay một cải tiến gia tăng cho các kỹ thuật hiện có vẫn là điểm thảo luận tích cực của cộng đồng.