Giữa Tháng Giêng vừa qua, các sản phẩm hình nổi được máy “3D Printer” đúc ra đã gây nhiều chú ý tại cuộc triển lãm kỹ thuật quốc tế mang tên CES 2013 tổ chức ở Las Vegas, Nevada. Và mới đây, trong dịp diễn thuyết thường niên trước Quốc Hội Hoa Kỳ (State of the Union Address) hôm Thứ Ba tuần truớc, Tổng Thống Obama cũng xướng danh kỹ thuật “3D Printing”, gọi đây là cuộc cách mạng kỹ thuật lớn, kêu gọi thúc đẩy phát triển nó. Có thể thấy tầm quan trọng lên cao của kỹ thuật này.
Kỹ thuật “3D printing”, về thực chất là kỹ thuật đúc hình nổi, được phát minh và hoàn thiện dần từ vài thập niên qua. Công việc đầu tiên là tạo các bản mẫu hình nổi 3 chiều trong máy tính computer. Thiếu các mẫu “3D” này, máy in không hoạt động được. Sau đó, thừa lịnh máy tính, “3D printer” sẽ “in” (hoặc chính xác hơn là đúc ra) những sản phẩm hình nổi đa chiều. Sản phẩm có thể là bất cứ vật dụng thông thường nào: chiếc lược chải đầu, ly nước, búp bê đồ chơi, v.v…
Tương tự máy in cổ điển, máy in hình nổi “3D printer” cũng “in” nhờ áp lực đưa “mực” đi qua các “đầu kim” li ti gọi là “nozzle”. Điểm khác biệt, trong khi máy in cổ điển phun mực lên giấy, thì máy in hình nổi “in” hoặc phun vật liệu thô — lớp này chồng lên lớp khác — tạo nên một vật thể hình nổi 3 chiều.
Chất liệu thường gặp nhất trong kỹ thuật in hình nổi là cao su hoặc nhựa dưới dạng bột. Theo đà phát triển, các máy in “3D” về sau ngày càng phức tạp hơn. Có thêm nhiều chất liệu được sử dụng như vải vóc, kiếng, kim loại, hóa chất, xi măng… Các sản phẩm tạo ra cũng đủ loại, từ đồ chơi, vật lưu niệm, vỏ bọc điện thoại, giày dép, đến nhạc cụ, phụ tùng xe hơi, v.v… Dịp lễ Valentine’s Day mới đây, có một tiệm “chụp hình” ở Toronto, Canada nảy ra sáng kiến độc đáo, giúp các đôi uyên ương lưu giữ kỷ niệm nhờ máy in “3D printer”. Trong phòng kín, máy tính computer chụp hình đa chiều cảnh người ta tình tứ (trao nụ hôn chẳng hạn) bằng cách “scan” hình “3D”. Sau đó, bản mẫu, thay vì in ra giấy, được đúc thành những bức “tượng” của khách. Giá chỉ dưới $100. Phần “chụp hình” không đầy 1 phút. Khách hàng sau 1 tuần có thể đến nhận phiên bản bằng nhựa để làm… kỷ vật tình ta.
Có thể kể vài sản phẩm đúc hình nổi theo kỹ thuật này. Có người đã “in” ra xe đạp, trông không khác chiếc xe đạp nào, bằng bột nylon. Qua thử nghiệm, sức chịu lực của nó không thua xe đạp bình thường, nhưng độ bền còn phải chờ thời gian. Bên Canada, người ta chế và đã chạy thử một chiếc xe điện 3 bánh tên là “Urbee”, nhưng điểm độc đáo là phần vỏ xe và nhiều bộ phận khác đều được “in” bằng kỹ thuật “3D printing”. Nhiều nữ trang cũng đã được “in” theo lối này (đôi bông, dây chuyền, lắc đeo tay, v.v…) Trên sàn trình diễn thời trang Paris Fashion Week, trước đây cũng đã xuất hiện những bộ đồ tắm được “in” từ một loại vật liệu đặc biệt gọi là “Nylon 12”, được tiếng bền và chắc. Có lẽ trong tương lai không xa, trên các bãi biển sẽ có những tiệm “đồ tắm 3D”. Trong ít phút, khách hàng có thể “scan”, chọn mẫu, rồi tự “in” với một chi phí nhẹ nhàng. Với cách này, người ta có thể sắm bộ đồ tắm mới nhất, hợp thời trang nhất, vừa vặn nhất, mà không phải lo chuẩn bị mang vác đồ đạc lỉnh kỉnh cho cả chuyến đi.
Ảnh hưởng lớn nhất phải kể đến kỹ nghệ sản xuất. Với kỹ thuật “3D printing” phát triển mạnh trong 20 năm qua, thời gian và phí tổn khi “in” ngày càng được rút ngắn. Dựa theo bản mẫu từ computer, nên sản phẩm “3D” tạo ra có độ chính xác cao, ít mắc những sai phạm thường thấy từ bàn tay người thợ. Nhờ “3D printing”, một số hãng xưởng đã cho phép khách hàng tuỳ nghi chế biến, sửa đổi một bộ phận nào đó, mà không ngại tốn kém quá độ. Thay vì phải lắp đặt hẳn một dây chuyền sản xuất, nay người ta chỉ cần “in” trong chốc lát, sẽ có bộ phận cần thiết. Kỹ thuật “in” hình nổi hiệu quả cũng dễ mang lại lợi nhuận cao. “3D printing” cũng ngày càng phổ biến trong các ngành kiến trúc, xe hơi, hàng không…
Hiện tại, thị trường máy in hình nổi “3D printing” thế giới có doanh số khoảng trên $2 tỉ mỗi năm. Dự báo con số này tăng gấp nhiều lần những năm tới. Trong những công ty thành công nhất, có thể kể hãng “3D Systems Corporation” đặt tại Rock Hill, South Carolina, thu doanh số $322 triệu, có cổ phiếu lên giá gấp 3 lần trong năm qua. Cùng lúc, hãng “Stratasys” ở Eden Prairie, Minnesota, thu doanh số $188 triệu, và giá cổ phiếu tăng đến 540%.
Không phải vô lý khi trong diễn văn của mình, TT Obama nói kỹ thuật in hình nổi “3D printing” có thể tạo cuộc cách mạng lớn trong kỹ nghệ sản xuất. Hãng General Electric (GE) đã có kế hoạch dùng kỹ thuật này để sản xuất một số bộ phận nhẹ cho phi cơ. Trên tầm vóc quốc gia, đang có nhiều nỗ lực tư nhân hợp tác với chánh phủ, nhằm thúc đẩy nghiên cứu, đưa kỹ thuật này xa hơn. Những tên tuổi lớn, sớm góp mặt trong cuộc kết hợp này bao gồm 3D Systems, Northrop Grumman, Lockheed Martin, GE Global Research, v.v… Nhiều đại học cũng góp mặt, trong đó có University of Texas-Austin, Youngstown State University…
Đến nay, trên thực tế, máy in hình nổi “3D printer” đã chế ra được nhiều món phức tạp hơn đồ chơi nhựa. Có những máy in lớn, tốn kém hằng trăm ngàn Mỹ kim. Với tiến triển kỹ thuật, giá cả máy in hình nổi cũng giảm dần. Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu gia dụng, khách hàng có thể tìm thấy những máy “3D printer” giá dưới $1,000. Dự báo, trong gia đình tương lai, người ta có thể dùng máy “3-D printer” tân tiến đủ để “in” cả bộ dao nĩa, chén bát, hoặc các vật gia dụng khác…
Trong y khoa, đã có thử nghiệm “in” thành công các bộ tay chân giả. Ngành nha khoa đã chế tạo thành công mẫu răng, xương hàm trong vài giờ, thay vì hẹn bịnh nhân chờ đợi vài tuần lễ. Cái ngày bạn có thể đến văn phòng nha sĩ, bấm vài chiếc nút, để máy tự in cho bạn chiếc “răng vàng sáng chói” có lẽ không còn bao xa nữa.
Quay lại với kỹ thuật và chất liệu của “3D printer”. Một trong những ứng dụng độc đáo nhất của kỹ thuật in hình nổi có thể là việc sử dụng loại vật liệu đặc biệt, mà người ta bắt đầu gọi là “bioink”. Thứ “mực sinh học” này thực sự là những tế bào sống. Thay vì tế bào sanh sôi tự nhiên, các khoa học gia ngày nay nhân bản được tế bào nhờ kỹ thuật “in” đa chiều, đã tạo dựng thành công các lớp tế bào sống. Phương pháp: máy in “3D printer” phủ hết lớp tế bào này đến lớp khác, nằm chồng lên nhau. Kết quả: tạo ra bắp thịt, sơ, gân, sụn, v.v… Nhờ tiến triển này, trong tương lai, y học có thể “in” các bộ phận cơ thể. Y sĩ sẽ thay tim, gan, thận… cho bịnh nhân mau lẹ hơn, giúp cứu chữa thêm nhiều người.
Nhìn xa hơn, nạn đói cũng có thể bị kết liễu vì bài toán thực phẩm được giải quyết bằng máy in “3D printer”. Hiện việc nghiên cứu còn giới hạn nơi những phòng thí nghiệm, nhưng đã thấy thấp thoáng cái tương lai khi người ta dùng “3D printer” để “in” thịt, bỏ qua giai đoạn gian khổ nuôi dưỡng rồi lấy thịt từ gia súc. Đây không phải là chuyện khoa học viễn tưởng. Đang có hãng “Modern Meadow” (modernmeadow.com) toan tính “in” thử một chiếc bánh hamburger hoàn chỉnh. Dự án này tốn kém đến $300,000, sẽ tạo ra miếng thịt nhân tạo đầu tiên, hoàn toàn có thể ăn được.
Cũng như bất cứ phát minh nào, không phải mọi ứng dụng của “3D printing” đều khả quan. Máy “in” hình nổi cũng khiến việc thiết kế và đúc võ khí, súng ống trở nên thuận lợi dễ dàng hơn, thậm chí có thể làm tại nhà. Nếu bạn ghé trang www.google.com, gõ vài chữ “3D printing gun” sẽ thấy không ít nỗ lực chế tạo võ khí tại nhà thành công. Nhiều bộ phận riêng lẻ, thậm chí nguyên cả cây súng, có thể được “in” mau lẹ, sử dụng vật liệu nhựa đơn giản, dễ tìm. Dĩ nhiên, độ chính xác, sự chắc chắn và khả năng sát thương của những võ khí này chưa cao, nhưng cũng đủ cho nhiều người quan ngại. Một thí dụ, nếu luật súng mới được ban hành, cấm các băng đạn cỡ lớn, kẻ gian vẫn có thể dễ dàng “in” lậu ra chúng dùng các máy in hình nổi. Viễn cảnh không xán lạn khiến đã có những nhà lập pháp đệ trình luật cai quản gắt gao kỹ thuật “3D printing”.
Kỹ thuật in hình nổi, tuy vậy, vẫn còn mới mẻ với nhiều người. Tình thế khá tương tự đầu thập niên 1980. Lúc đó đã có các máy tính cá nhân (personal computer), nhưng việc sử dụng còn giới hạn trong một vài giới nào đó, và máy PC vẫn còn thô sơ, cần hoàn thiện thêm. Chúng tôi cố gắng tra khảo, mang đến cho bạn vài thông tin về kỹ thuật “3D printing”. Có thể thấy nó vẫn còn ở những bước dò dẫm đầu tiên, nhưng đã hé lộ nhiều triển vọng.
