Khám phá ứng dụng công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM

FDM là gì? Máy in 3D FDM có ưu và nhược điểm nào? là một trong những câu hỏi được rất nhiều người quan tâm. Có thể nói sự ra đời của công nghệ FDM đã giúp cho ngành công nghệ in 3D phát triển mạnh mẽ. Và để có được câu trả lời cho những thắc mắc này, hãy cùng AIE khám phá trong bài viết dưới đây.

Tìm hiểu về sự ra đời của công nghệ FDM

Công nghệ FDM được ra đời vào cuối những năm 1980 từ sáng kiến của S, Scott Crump. Vào năm 1992, Stratasys đã bán chiếc máy đầu tiên ứng dụng công nghệ FDM có tên là 3D Modeler. Về phương thức vận hành, máy in 3D sử dụng công nghệ FDM đùn các sợi nhựa nóng chảy, in từng lớp và bồi đắp dần thành cấu trúc chi tiết theo dạng khối 3D.

Vào năm 1989, công ty Stratasys đã thương mại hóa phương pháp này. Vật liệu được sử dụng trong công nghệ FDM thường là những loại nhựa in 3D nhiệt dẻo như: nylon, ABS, … Công ty đã đăng kí bảo hộ bản quyền thành công cho công nghệ in 3D FDM từ năm 1992 và chiếm giữ độc quyền.

Cho đến năm 2009 bảo hộ bản quyền của Stratasys cho công nghệ FDM hết hiệu lực, rất nhiều hãng khác tham gia vào thị trường máy in 3D công nghệ FDM và làm giảm giá thành xuống rất nhiều. Họ đã đặt tên cho phương pháp này là Fused Filament Fabrication (FFF).

Đây là công nghệ có khả năng in hoàn hảo các nguyên mẫu với hiệu suất cao, chúng được ứng dụng kỹ thuật in nhựa dẻo, do đó rất thích hợp đối với các nhà máy sản xuất, các kỹ sư cơ khí…

Thời gian in sẽ phụ thuộc vào độ phức tạp, kích thước của vật thể in cũng như chất lượng máy in. Những vật thể có kích thước nhỏ sẽ có thời gian in nhanh chóng, còn các vật thể có nhiều chi tiết phức tạp sẽ mất nhiều thời gian in hơn.

Công nghệ FDM có đa dạng vật liệu in 3D và giá thành khá rẻ, do đó công nghệ này được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các dòng máy in điển hình là 3D Reprap, Creatbot, Flashforge, Printerbot… Và gần đây, máy in 3D Markforged đang dần chiếm lĩnh thị trường máy in 3D công nghiệp.

Cấu tạo máy in 3D FDM

• Máy tính và hệ thống phần mềm: phần mềm có nhiệm vụ nhận thiết kế CAD định dạng STL và chia thiết kế thành các mặt cắt ngang.
• Cơ cấu điều khiển đầu đùn: Thực hiện di chuyển theo 2 hướng XY
• Đầu đùn: Được điều khiển dựa vào các file đã được định trước.
• Sợi nhựa nhiệt dẻo hoặc sáp: Chúng sẽ được đùn qua một đầu in nhỏ đã được gia nhiệt.
• Cơ cấu cung cấp sợi nhựa.
• Bàn in: có thể nâng lên hoặc hạ xuống, di chuyển theo trục Z

Ưu và nhược điểm của máy in 3d công nghệ FDM

Ưu điểm

Máy in 3D công nghệ FDM dễ dàng sửa chữa, thay thế các bộ phận, có mức giá cạnh tranh. Đồng thời có thể in với một số lượng lớn, sử dụng ít nguyên liệu. Dòng máy này thường được ứng dụng in những sản phẩm chịu lực tốt. FDM có tốc độ tạo hình 3D khá nhanh.

Không giống với công nghệ in 3D SLA, SLS, LOM để tạo hình sản phẩm phải sử dụng tia laser, FDM có quá trình tạo mẫu nhanh và đơn giản hơn, chế độ bảo trì, bảo dưỡng đơn giản. Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM khi hoạt động ít tạo ra tiếng ồn, sử dụng nhựa nhiệt dẻo không mùi, không độc nên không làm ảnh hưởng đến môi trường.

Về nhược điểm

• Công nghệ in 3D FDM ít được sử dụng trong việc lắp ráp bởi độ chính xác của công nghệ này không được đánh giá cao. Bên cạnh đó, sự chịu lực cũng không được đồng nhất.
• Bề mặt in của chi tiết không được mịn đẹp, độ chính xác của sản phẩm in 3D chưa cao.

Nguyên lý hoạt động của máy in 3D công nghệ FDM

FDM ép đùn nhựa nhiệt dẻo nóng chảy qua một vòi phun, chế tạo sản phẩm theo nguyên tắc bồi đắp từng lớp một. Công nghệ FDM có thể sử dụng hai đầu phun, một đầu dành cho vật liệu của sản phẩm và một đầu dành cho vật liệu hỗ trợ. Vật liệu được sử dụng trong FDM có dạng sợi với đường kính từ 1.75 đến 3mm. Chúng được dẫn từ một cuộn vật liệu đến đầu đùn và được làm nóng. Tiếp đến chúng được đẩy qua một vòi in và in từng sợi, bồi đắp dần nên chi tiết.

Trong máy in 3D công nghệ FDM các vật liệu nung nóng chảy sẽ được đẩy ra, lúc này đầu đùn sẽ di chuyển theo biên dạng 2D. Độ rộng của đường in được xác định bằng kích thước của miệng đầu in và có thể thay đổi nằm trong khoảng 0,193 – 0,965 mm. Trong quá trình in không thể thay đổi được đầu in, do đó trước khi in, cần phải phân tích những mô hình tạo mẫu thật kĩ để lựa chọn một đầu in phù hợp.

Lớp vật liệu nóng chảy của máy in 3D công nghệ FDM được đùn ra sau đó nhanh chóng nguội trong khoảng 1/10s và rắn lại. Sau khi đã phủ hoàn thành 1 lớp trên bề mặt phẳng, máy sẽ tiếp tục di chuyển qua một lớp mỏng khác có kích thước khoảng 0,178 – 0,356 mm. Quá trình này sẽ được lặp đi lặp lại đến khi sản phẩm được hoàn thành. FDM đòi hỏi vật liệu hỗ trợ để có thể in các góc nhô và các lỗ hổng, vì không thể in được trên không khí

FDM có vật liệu tạo mẫu đa dạng, hầu hết những loại vật liệu nhiệt dẻo đều có thể sử dụng được. Ngoài ra, cùng một loại vật liệu nhưng có thể lựa chọn nhiều màu sắc khác nhau, thích hợp với yêu cầu tạo mẫu có màu sắc. Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM cho sản phẩm in có cơ tính tốt hơn, là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của công nghệ này.

Trong những năm qua, công nghệ in 3D FDM được phát triển liên tục. Nhờ vậy mà nó có thể tạo ra thành công các sản phẩm có nhiều chi tiết phức tạp mà công nghệ sản xuất truyền thống không thể thực hiện được.

Tính ứng dụng của máy in 3D FDM

• Công nghệ in 3D FDM được ứng dụng để tạo mẫu nhanh – tạo ra các mô hình mẫu hoặc tạo mẫu kiểm tra chức năng.
• Chế tạo ra những bộ phận với chi tiết nhỏ, có hình dạng phức tạp
• Ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau, từ ngành hàng không vũ trụ, y tế, kiến trúc, và công nghiệp sản xuất..

Giới thiệu máy in công nghệ FDM được cải tiến – CFF Markforged X7

Máy in Markforged X7 có tốc độ xử lý nhanh, mạnh mẽ, siêu nhẹ và rất linh hoạt. Các chi tiết in của X7 giúp người dùng nâng cao năng suất. Cụ thể:

Sản phẩm in có độ cứng và cơ tính vượt trội

Công nghệ FDM biến thể thành CFF của Markforged X7 có thể in sợi Carbon liên tục, ở bên trong các chi tiết cầu thành từ nhựa dẻo; nhờ vậy nó có độ cứng rất cao. Các chi tiết cứng hơn nhôm 6061 nhưng nhẹ hơn đến 40%. Đây là các chi tiết rất thích hợp cho việc chế tạo đồ gá, các chi tiết sử dụng cuối cùng, vấu cặp..

Phần cứng

Markforged X7 là dòng máy cao cấp với độ chính xác vượt trội. Máy có hệ thống in vòi phun kép, một đầu đùn vật liệu nhựa, một đầu đùn phụ trách sợi gia cố không ngắt quãng. Các chi tiết trong quá trình in đều được kiểm tra bằng đầu quét laser. Nhờ vật mà kích thước được đảm bảo cho những dung sai đặc biệt quan trọng.

Việc tích hợp đầu laser micromet, bàn in sẽ tự động được quét với độ chính xác lên đến 1um. Lúc này trên bề mặt của sản phẩm sẽ xuất hiện một bản đồ đường viền. Các bản in được đảm bảo một cách chính xác thông qua việc hiệu chỉnh những phép đo cùng với những chỉ số ép đùn nhằm giúp cho chiều cao của vòi phun được đặt hoàn hảo và có thể điều chỉnh thành công điều kiện in.

Phần mềm

Markforged X7 có phần mềm được kết nối trên nền tảng đám mây với màn hình 4.3 inch. Các sản phẩm của Markforged được tối ưu hơn khi tự cập nhật phần mềm. Người dùng có thể dễ dàng quản lý được máy in, đồng thời tiết kiệm tối đa chi phí nhờ vào tính năng giám sát nguyên vật liệu được sử dụng. Khi nguồn vật liệu hết, nó sẽ gửi thông báo đến người dùng.

Với những thông tin mà chúng tôi chia sẻ ở trên đã giải đáp thắc mắc FDM là gì. Hy vọng sau khi đọc xong bài viết này độc giả đã “bỏ túi” được nhiều thông tin hữu ích về công nghệ in 3D FDM.