Công nghệ biến vật thể 2D thành 3D trong nháy mắt

Chỉ với các thiết bị in ấn thông thường, kết hợp với các chùm tia sáng, các vật thể 3D như khối lập phương, kim tự tháp được tạo ra dễ dàng.
Các nhà nghiên cứu đến từ Đại học bang Bắc Carolina đã phát triển một kỹ thuật mới cho phép chuyển đổi các vật thể trong không gian hai chiều thông thường thành những cấu trúc ba chiều, mà không sử dụng thêm một chất xúc tác gì ngoài ánh sáng. Trong thí nghiệm, một tờ polymer được đưa vào một máy in phun thông thường, máy sẽ in các sọc đen lên tờ polymer này ở các vị trí đã được định trước. Sau khi tờ polymer mới với những sọc đen trên nó ra khỏi máy, nhóm nghiên cứu chiếu trực tiếp ánh sáng hồng ngoại lên nó. Từ một vật thể phẳng, hai chiều ban đầu, bề mặt của tờ polymer biến đổi, xung quanh sọc đen xuất hiện các nếp gấp và hình thành một cấu trúc 3D mới.

Sau khi ra khỏi máy in, tờ polymer ban đầu được phủ thêm các sọc đen.

Nghiên cứu được đưa ra dựa trên một nguyên tắc vật lý đơn giản. Các sọc đen trên tấm polymer hấp thụ năng lượng nhiều hơn các vùng xung quanh, do đó khi chúng ta chiếu các tia sáng hồng ngoại vào, sọc đen giờ đây vai trò như một khớp nối giúp các mặt xung quanh nó đang ở trên một mặt phẳng chụm lại vào nhau và tạo nên mô hình ba chiều.

Hình dạng vật thể mới được tạo ra từ tờ giấy polymer ban đầu phụ thuộc vào các sọc đen ở giữa. Khi các sọc đen này dài và rộng hơn, điều này đồng nghĩa với việc chúng hấp thụ năng lượng lớn hơn và tốc độ gập cũng nhanh hơn. Với góc gập là 90 độ, hình khối tạo ra là một khối lập phương và ở góc gập 120 độ cho ra một kim tự tháp. Bằng cách thay đổi vị trí và hình dạng các sọc đen ở trên các vật liệu (trong thí nghiệm này là tấm polymer), hướng gập cũng thay đổi và chúng ta có thể tạo ra vô số các hình khối.

Sau khi được chiếu tia hồng ngoại, các cạnh bắt đầu khép vào...

Một mô hình máy tính của quá trình này cho thấy nhiệt độ bề mặt của các khớp nối (sọc đen) cao hơn nhiệt độ chuyển tiếp cấu trúc của vật liệu được sử dụng (tức là nhiệt độ mà tại đó vật liệu thay đổi cấu trúc của nó và trở nên linh hoạt). Do đó, có thể không cần phải chiếu các tia sáng hồng ngoại trực tiếp vào mà chỉ cần đốt nóng các điểm nối này, các mặt ở hai bên nó cũng sẽ gập vào nhau và tạo nên các hình dạng mới.

Kỹ thuật này được sử dụng với các vật liệu đơn giản và nó hoàn toàn phù hợp với các công nghệ in ấn được sử dụng rộng rãi hiện nay. Các vật thể ba chiều, chẳng hạn như các hình khối hoặc các kim tự tháp, bây giờ đã có thể được tạo ra một cách dễ dàng. Tiến sĩ Michael Dickey, đồng tác giả của một bài báo mô tả nghiên cứu, cho biết kỹ thuật này có thể được sử dụng để sản xuất các bao bì, hộp, vỏ bọc hàng hóa với khối lượng lớn một cách dễ dàng.

...và tạo nên khối lập phương như hình vẽ.

Công trình nghiên cứu này được đăng trên tạp chí Soft Matter

CNET