Mặc dù công nghệ in 3D đã có những bước phát triển nhảy vọt trong nhiều năm gần đây, thế nhưng hầu hết các máy in chỉ có thể in được một vật thể rắn với một vật liệu duy nhất mà thôi. Điều này đương nhiên không thành vấn đề nếu bạn muốn chế tác một sản phẩm nhựa với cùng mật độ từ đầu đến chân. Thế nhưng nếu bạn muốn sử dụng “đa vật liệu” (nhiều vật liệu) trong một vật thể hoặc chỉ đơn giản là thay thế cấu trúc bên trong với mật độ vật liệu khác đi để làm nó linh hoạt, mềm dẻo hơn thì sao ? Một nhóm đến từ Phòng Nghiên Cứu Trí Tuệ Nhân Tạo và Khoa Học Máy Tính của MIT ( Computer Science and Artificial Intelligence Lab- gọi tắt là CSAIL) đã phát triển một phần mềm mới cho phép cả 2 điều trên trở thành hiện thực.
Công bằng mà nói thì hiện nay đã có những thiết bị phần cứng (máy in 3D) hỗ trợ việc in đa vật liệu trên một vật thể. Vấn đề nằm ở chỗ, việc viết mã (code) để phân tích một mô hình 3D (VD như bàn chải tóc) và tạo một bản hướng dẫn để từng phần riêng biệt của mô hình được in với tính chất vật lý khác nhau (như tay cầm thì cứng, lông chải thì mềm) vẫn vô cùng khó khăn. Bạn nhập vào máy in một hình ảnh chất lượng “siêu cao” và chỉ định loại vật liệu ứng với từng phần riêng biệt. Sau khi xác định các thuộc tính khác biệt về chất liệu, kích thước, màu sắc, tính chất bề mặt, bạn sẽ thu được hàng petabytes (1 petabytes =1024 terabytes = 2 mũ 50 bytes) dữ liệu cần phải lưu trữ và xử lý, dù chỉ là một vật thể rất nhỏ. Đây quả là một cơn ác mộng tin học đối với bất kỳ cỗ máy nào.
Để làm đơn giản hóa quá trình này, nhóm CSAIL đã tạo ra một phần mềm cấu-trúc-ống (pipeline architecture) tương tự với các ống dựng hình (rendering pipeline) từng được sử dụng trong ngành công nghiệp điện ảnh và máy tính để tạo ra hình ảnh 3D trên màn ảnh.. Quá trình xử lý mới (đã được tinh chỉnh thu gọn) với tên gọi “OpenFab” sử dụng những chương trình đặc biệt gọi là “fablets”- tương tự với phần đổ bóng (shaders) trong rendering, để xác định những thay đổi trong thành phần vật liệu và hình dạng của mỗi lớp in.
OpenFab đã vượt qua vấn đề điện toán (như đã đề cập bên trên) bằng cách chỉ gửi một phần rất bé của dữ liệu cần thiết đến máy in. Do chỉ có một phần rất nhỏ của dữ liệu được lưu trữ trên bộ nhớ của hệ thống trong một thời gian xác định, nên toàn quá trình trở nên tương đối nhẹ nhàng và độ trễ khi khởi động cũng rất thấp. Đột phá này không chỉ cho phép một vật thể có thể được làm từ nhiều vật thể khác nhau, mà còn cho phép người sử dụng thay đổi ngoại hình và cảm giác của từng loại vật liệu. Điều đó đồng nghĩa với việc là bạn có thể in một vật thể với những phần cứng và chịu nén chỉ từ một vật liệu duy nhất dù vật liệu gốc có thể không phải loại vật liệu linh hoạt lắm trong việc này. Với OpenFab, nhóm nghiên cứu đã in một chú tê giác – với những chiếc gai nhỏ trên lớp da có họa tiết như của ngựa vằn (hình trên), một chú bướm bên trong một miếng hổ phách, một con thỏ và một con gấu teddy mềm.
Piotr Didyk, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ (Postdoctoral) tại CSAIL cho biết, thay vì in một vật thể rắn thì nhóm đã in cấu trúc bên trong để tạo tính biến dạng cho vật thể. Hiện nhóm đã có thể in khá nhiều loại vật thể lớn khác nhau, từ rất cứng đến mềm bằng cách sử dụng những cấu trúc sắp xếp vật liệu đặc biệt.
Để làm cho hệ thống hiểu được thành phần, liên kết vật liệu của một vật thể chỉ bằng mô tả về tính chất vật lý mong muốn là một việc vô cùng khó khăn và rắc rối. Nhưng việc xác định một vật thể nên mềm dẻo như thế nào (với cùng một vật liệu) thì luôn dễ hơn việc xác định tất cả các vật liệu cần thiết để tạo ra tính năng đó.
Mọi sản phẩm in 3D đều được tạo ra từ những voxels (là yếu tố thể tích đại diện cho một “điểm”, một “giọt mực” thoát ra từ đầu máy in) rất nhỏ và mỗi voxel lại có thể là một vật liệu khác nhau. Do đó số lượng sắp xếp của vật liệu có thể dùng để in một vật thể là rất lớn, và không thể nào cân nhắc tất cả các sắp xếp đó được. Để giải quyết vấn đề này, nhóm CSAIL đã sử dụng một công nghệ gọi là Spec2Fab. Công nghệ này sẽ “thông dịch” các thông số kỹ thuật mà người sử dụng yêu cầu thành phương thức sản xuất cuối cùng (final fabrication). Thay vì xem xét vật thể ở mức độ voxel, hệ thống sẽ chia vật thể thành từng khúc lớn với một tập hợp các thao tác được gọi tên “reducer trees” (tạm dịch: cây giảm tải).
Công nghệ Spec2Fab sẽ tối ưu hóa việc ốp vật liệu vào các “khúc” được xác định bằng việc phân chia bên trên. Mỗi khúc sẽ tương ứng với một vật liệu. Do số khúc ít hơn số voxels rất nhiều, nên việc ốp vật liệu có thể dễ dàng được thực hiện hơn. Quá trình tối ưu hóa này được xử lý bởi một mạng lưới chỉnh (tuner network)- đảm nhiệm việc xác định sắp xếp vật liệu.
Mặc dù đã đạt được đột phá quan trọng với OpenFab và Spec2Fab, hai công nghệ hứa hẹn sẽ làm quá trình in 3D nhanh, rẻ và linh hoạt hơn, Didyk cho biết vẫn còn rất nhiều thứ có thể cải tiến trong lĩnh vực này. Nếu phải so sánh tình hình hiện tại của in 3D với in 2D, thì chúng ta chưa vượt hơn thời kỳ in đen-trắng là mấy. Vẫn còn cần phải tìm cách thoát khỏi việc in ấn trong phòng nghiên cứu đặc biệt để đến với việc in ảnh trực tiếp từ máy in để bàn. Tất nhiên, đó là một thử thách với công nghệ in 3D, bởi vì vật thể được in ra khi đó sẽ có rất nhiều tính chất vật lý khác nhau phụ thuộc vào đối tượng trong hình ảnh.
Người dịch: Trungmaster, theo Gizmag
Link MIT: http://openfab.mit.edu/
