Nội dung
Công nghệ in 3D là gì?
Công nghệ In 3D (Three Dimensional Printing) hay còn gọi là Công nghệ bồi đắp vật liệu, là một chuỗi kết hợp các công đoạn khác nhau để tạo ra một vật thể ba chiều.Trong In 3D, các lớp vật liệu được đắp chồng lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm soát của máy tính để tạo ra vật thể. Các đối tượng này có thể có hình dạng bất kỳ, và được tạo ra từ một mô hình 3D hoặc các nguồn dữ liệu điện tử khác.
Máy in 3D là gì?
Để có thể in mẫu 3D người ta sử dụng các loại máy in được thiết kế đặc biệt. Trên thực tế máy in 3D là các robot công nghệp. Thay vì việc phun ra các loại mực, chúng phun ra các loại vật liệu dẻo nóng chảy theo thứ tự. Mỗi loại máy in lại có thiết kế và sử dụng các công nghệ in khác nhau như: In li tô lập thể (STL), hay mô hình hoá lắng đọng (FDM).
Máy in 3D có thể không quá phức tạp như bạn nghĩ. Nó cũng chỉ cấp tạo từ các cơ cấu cơ khi và các bo mạch điện tử. Thiết bị này được kết nối với máy tính và nhận lệnh điều khiển từ máy tính thông qua các phần mềm chuyên dụng.
Các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay
Hiện nay có rất nhiều các công nghệ in 3D khác nhau. In 3d có sự khác biệt tương đối lớn với lĩnh vực In Ấn truyền thống. Tuỳ vào năng lực của đơn vị mà bạn có thể lựa chọn sử dụng các công nghệ và dây truyền in phù hợp.
Công nghệ in 3D FDM
Công nghệ in 3D FDM là công nghệ in sử dụng nguyên lý đun nóng chảy vật liệu ở nhiệt độ cao. Sau đó hỗn hợp vật liệu nóng chảy sẽ được đùng qua đầu phun thành các sợi nhựa. Những sợ nhựa vật liệu nóng chảy này sẽ được sếp chồng từ lớp, khô lại và tạo thành mô hình. Công nghệ in FDM có ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực.
Ưu điểm của in 3D FDM: Công nghệ in 3d này có giá thành rẻ nhất so với các công nghệ in khác. Nó đơn gản và dễ dàng sử dụng cũng như vận hành. Hơn thế nữa chúng có khả năng in được những mô hình có kích thước lớn.
Nhược điểm của FDM: Nhược điểm lớn nhất của công nghệ in 3D FDM là sản phẩm in tương đối thô. Tính hoàn thiện của sản phẩm không cao, thô ráp, độ mịn thấp, và không in được những sản phẩm có độ phức tạp cao
Công nghệ in 3D Resin
Công nghệ in 3D Resin hay còn gọi là In li-tô lập thể. Đây là cách gọi của 1 loại các công nghệ in như: DLP và IN 3D liên tục. Công nghệ này sử dụng nguyên lý sản xuất các bộ phận theo từng lớp. Chúng quang trùng hợp polyme để tạo thành vật thể có hình dạng mong muốn.Đây một quá trình mà ở đó ánh sáng gây ra chuỗi các phân tử liên kết, tạo thành các polyme.
Ưu điểm của in Resin: Công nghệ in 3D RESIN cho ra các sản phẩm có độ phức tạp tao. Độ Mịn của sản phẩm được đánh giá tốt nhất trong các công nghệ in hiện tại. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong tạo mẫu mô hình, đồ trang sức, nha khoa, nhật vật hoạt hình, mô hình kiến trúc…
Nhược điểm của in Resin: Công nghệ in Resin tương đối phức tạp. Việc thiết kế mô hình cũng như quy trình in không dễ dàng. Chính vì vậy chúng chỉ được sử dụng để in những mô hình có kích thước nhỏ và có độ tinh xảo cao
Công nghệ in 3D SLS
Công nghệ in 3D SLS Là một hình thức tương đối phức tạp. chúng sử dụng tính chất hoá rắn của vật liệu dưới tác động của nhiệt. Công nghệ in sử dụng nguyên liệu là các loại bột như: thuỷ tinh, gốm, sứ, kim loại. Người ta sử dụng tia larse chiếu lên bột nguyên liệu khiến chúng tan chảy, kết dính và hoá rắn khi tiếp xúc với nhau tạo thành vật thể.
Ưu điểm của in SLS: Công nghệ in này cho phép tạo ra vật thể với hình dáng và cấu trúc phức tạp. Sử dụng được nhiều vật liệu có độ bền cao, độ chính xác và tính thẩm mĩ tốt. Công nghệ này thường được sử dụng để tạo ra các chi tiết máy, mô hình mô phỏng, in tượng…
Nhược điểm của in SLS: Công nghệ in này đòi hỏi một khoản đầu tư tốn kém. Quy trình in phức tạp, sử dụng nhiều hệ thống và thiết bị hỗ trợ để có thể tạo ra sản phẩm tốt.
Vật liệu dùng để in 3D
Vật liệu in 3D hay chất liệu in 3D là khái niệm để chỉ nguyên liệu đầu vào của công đoạn in 3D. Dựa vào cấu trúc chúng ta có thể chia vật liệu in 3D thành 3 nhóm chính bao gồm: Dạng sợi, dạng lỏng, và dạng bột. Vật liệu in 3d rất đa dạng về chúng loại, với cấu tạo mục đích sử dụng khác nhau. Tuy nhiên chúng có những đặc điểm chung như: Giá thành đắt đỏ, công nghệ sản xuất còn tương đối mới mẻ, số lượng và chủng loại vật liệu đang được nghiên cứu và tăng lên một cách nhanh chóng.
Vật liệu in 3D dạng sợi
Vật liệu in 3D dạng sợi thường là các cuộn nguyên liệu được làm từ nhựa đặc biệt. Mỗi cuộn nhựa có đường kính khác nhau phụ thuộc vào đầu phun của máy in. Các cuộn nguyên liệu này nóng chảy ở nhiệt độ từ 180 đến 240 độ. Một số loại nhựa vật liệu dạng cuộn phổ biế như: Nhựa ABS, nhựa PLA và các loại nhựa đặc biệt khác.
Nhựa ABS: Là loại vật liệu tổng hợp từ các nguyên liệu hoá thạch. Chúng bền với nhiệt độ cao, chịu được ăn mòn và thời tiết khắc nhiệt
Nhựa PLA: Là loại vật liệu sinh học. Chúng được tạo ra từ các nguyên liệu thân thiệt với môi trường, mà cụ thể ở đây là tinh bột. Chúng rất an toàn với sức khoẻ. Tuy nhiên chúng chịu được nhiệt độ thấp
Nhựa tổng hợp: Đây là loại nhựa đặc biệt, chúng được thiết kế dành riêng với đặc tính kỹ thuật hoàn toàn khác nhau: Nhựa trong suốt, nhựa dẻo, nhựa gốm…
Vật liệu in 3D dạng lỏng
Vật liệu in 3D dạng lỏng là hỗn hợp các nguyên liệu ở dạng lỏng. Chúng bị hoá rắn khi có sự tác động của ánh sáng tia UV hoặc laser. Chất liệu in dạng lỏng thường được sử dụng cho công nghệ in 3D như: UV,SLA, DLP,LCD. Người ta gọi vật liệu in dạng lỏng này là mực in. Loại mực in phổ biết nhất hiện nay là Mực Resin
Resin: Chúng được sử dụng một cách phổ biến. Loại vật liệu này chứa trong các bình kín tối màu. Vì đặc tính nhạy sáng đặc biệt là tia UV, vì vậy chúng được bảo quản nghiêm ngặt.
Vật liệu in 3D dạng bột
Vật liệu in 3D dạng bột là 1 nhóm các vật liệu ở dạng tinh thể rắn. Chúng có thể là bột gốm, sứ, thuỷ tinh, các loại bột kim loại. Những vật liệu in này sử dụng cho hệ thống may in SLS. Khi in các máy in sẽ làm tan chảy các hạt bột mịn này ở nhiệt độ cao bằng tia laser. Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu dạng bột phải kể đến như: Thép, titan, Bột Nhôm, bột Chrome/Cobalt
Tạo mẫu nhanh trong nhiều lĩnh vực khi sử dụng công nghệ in 3D
Công nghệ in 3D nói chung có những ứng dụng và vai trò vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực. Chúng đang trở thành sự lựa chọn hoàn hảo thay thế cho phương pháp gia công truyền thống. Ngành in 3D đang trở thành miếng mồi béo bở cho các đơn vị cung cấp dịch vụ.
Ứng dụng của in 3D trong thiết kế thời trang
Thiết kế thời trang như quần áo, trang sức và phụ kiện đang nhìn thấy sự xuất hiện của công nghệ in 3D. Từ các chi tiết nhỏ cho đến lấy số đo, thiết kế đều có thể ứng dụng công nghệ in 3D. Người ta sử dụng máy quét 3D để quét cấu trúc cơ thể người mẫu để tạo ra bộ trang phục vừa vặn. Những hoạ tiết, phụ kiện trang sức cũng được tạo hàng loạt nhờ sự góp mặt của in 3D.
Ứng dụng của in 3D trong y học
Người ta đã nhìn thấy tiềm năng to lớn của công nghệ in 3d đối với lĩnh vực y học. Công nghệ in 3D giúp tạo ra các bộ phận giả cho bệnh nhân một cách nhanh chóng chính xác. Các nhà khoa học đã thực nghiệm với máy quét 3D sau đó tạo ra các bộ phận như chân, tay, xương với độ chính xác gần như hoàn hảo. Việc này giúp cho người bệnh nhanh chóng làm quen với bộ phận mới.
Một trong nhưng ưu điểm nổi bật của việc ứng dụng công nghệ in 3D cho Y học là giá thành rẻ. Vật liệu sản xuất đa dạng, tạo ra nhiều lựa chọn hơn cho bệnh nhân. Trong tương lai các nhà khoa học kì vọng có thể tạo ra các bộ có cấu tạo phức tạp từ công nghệ phân tách tế bào; điển hình là các cơ quan nội tạng.
Ứng dụng của in 3D trong sản xuất linh kiện cơ khí
Sản xuất linh kiện đang hứa hẹn là mảnh đất màu mỡ của công nghệ in 3D. Khi mà ngày càng có nhiều loại vật liệu mới sử dụng được trong lĩnh vực này; người ta sẽ dễ dàng tạo ra các chi tiết máy bằng cách in thanh vì cắt gọt như trước kia.
Khi kết hợp với máy quét 3D, người ta sẽ dễ dàng có được mô hình linh kiên. sau đó tiến hành in thay thế linh kiện hỏng một cách chính xác tuyệt đối. Người ta sẽ không còn phải đo đạc một cách thủ công, làm khuôn in hoặc dập nữa.
Ứng dụng của in 3D trong sản xuất thực phẩm
In 3D giúp tạo hình cho những thanh kẹo, chiếc bánh hay vỏ đựng ở hình dạng khác biệt.Bạn có thể hình dung khi mà từ những thanh kẹo cho trẻ em; đến các thanh socola thậm trí là mỳ ống cũng được trang trí với hoạ tiết độc đáo. Không có gì có thể ngăn cản khả năng sáng tạo với ẩm thực khi có mặt của công nghệ in 3D.
Trên thực tế đã có rất nhiều công ty thử nghiệm và cho ra mắt những sản phẩm đồ ăn như vậy: Công ty 3D systems với sản phẩm socola; Natural Machines với mì ống đã chứng minh ứng dụng tuyệt vời của in 3D trong lĩnh vực thực phẩm này.
Ứng dụng của in 3D trong xây dựng
Trước đây người ta phải chật vật với việc xây dựng các mô hình toà nhà, công trình thiết kế. Hiện nay các máy in 3d giúp nhanh chóng giải quyết bài toán mô hình hoá. Chỉ trong vài phút ngắn ngủi những toà nhà mô hình từ bản vẽ bước ra thực tế.
Điều đáng ngạc nhiên hơn. Người ta đã sử dụng những máy in 3D khổng lồ để xây dựng các ngôi nhà với kích thước thật. Người ta sử dụng bản vẽ mô hình kết hợp với máy in 3d để phun xi măng và các vật liệu cần thiết. Họ hoàn thành việc xây cất ngôi nhà chỉ trong vòng 24h.
Sản xuất đồ chơi và quà lưu niệm
Nói đến ứng dụng của in 3D không thể không nhắc đến ngành côn nghiệm sản xuất đồ chơi. Người ta sử dụng máy in 3D để tạo hình các nhân vật hoạt hình, game, các món quàn lưu niệm một cách chính xác và nhanh chóng.
Trẻ con sẽ có nhiều đồ chơi hơn. Những người đi du lịch sẽ dễ dàng có được những mô hình làm quà lưu niệm tại nơi bạn đặt chân đến. Giá thành thì rẻ hơn, sản phẩm chân thực hơn.
Kết luận
Để ứng dụng được công nghệ in 3D trong sản xuất thực tiễn, người học cần biết sử dụng các phần mềm CAD/CAM/CAE chuyên dụng, các phần mềm xử lý dữ liệu quét mẫu mục đích cuối cùng là tạo ra được file thiết kế hay dữ liệu CAD hoàn hảo nhất kết hợp máy in 3D phù hợp sẽ tạo ra được những sản phẩm mẫu chất lượng.