Công nghệ in 3D và ứng dụng thực tế

Sự bùng nổ của công nghệ in 3D bắt đầu cách đây vài năm, thu hút mạnh mẽ sự chú ý của truyền thông và công chúng. Mọi người bắt đầu tìm hiểu và tin rằng đây thực sự là một tiềm năng rất lớn cho ngành sản xuất chế tạo trên thế giới. Mọi người đều bị chinh phục bởi ý tưởng có thể tạo ra mọi sản phẩm 3D tùy chỉnh như họ mong muốn.

Mặc dù gần đây in 3D mới là khái niệm và ý tưởng được nhiều người quan tâm, nó đã được phát minh từ khá lâu. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu xem công nghệ in 3D là gì, lịch sử hình thành và các lĩnh vực mà công nghệ in 3D có thể ứng dụng.

Lịch sử hình thành công nghệ in 3D

Hãy xem một số mốc thời gian lịch sử của ngành công nghệ in 3D

  • 1980: Dr Kodama là cha đẻ của ý tưởng 3D – phát minh ra công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping)
  • 1986: Bằng sáng chế đầu tiên cho thiết bị tạo khối Stereolithography được trao cho Charles (Chuck) Hull – người sau này đã thành lập ra công ty 3D Systems.
  • 1988: Chiếc máy in 3D đầu tiên trên thế giới: SLA-1 được sản xuất
  • 1992: Bản quyền công nghệ in FDM thuộc về Stratasys
  • 1999: Bắt đầu thử nghiệm in 3D nội tạng
  • 2009: FDM  đã hết thời hạn bảo hộ bản quyền và được nhiều công ty ứng dụng rộng rãi

Có thể thấy rằng, công nghệ in 3D đầu tiên và lâu đời nhất là SLA.. Tuy nhiên, công nghệ FDM lại dễ dàng phổ cập và sử dụng nhất nên vẫn nhiều người nhầm tưởng đây là công nghệ sơ khai ban đầu, hoặc FDM là kỹ thuật in 3D duy nhất.

Ngay thời điểm công nghệ in 3D FDM ra đời, nó cũng chưa được phổ biến rộng rãi vì được bảo hộ bản quyền. Vậy nên phải tới năm 2009, khi bản quyền FDM hết hiệu lực, in 3D mới được nhân rộng ra nhanh chóng, và phổ cập trên hàng loạt các phương tiện truyền thông. Cho tới nay, kỹ thuật in 3D không còn quá xa lạ trên thị trường, và ngày càng phát triển mạnh mẽ.

Công nghệ in 3D là gì?

Nguyên tắc cơ bản nhất phân biệt in 3D với sản xuất truyền thống là quy trình sản xuất bồi đắp. In 3D là một phương pháp sản xuất hoàn toàn khác dựa trên công nghệ tiên tiến, từng lớp bồi đắp lên, để hình thành dần chi tiết, với độ chính xác của từng lớp in là mm. Điều này về cơ bản khác với bất kỳ kỹ thuật sản xuất truyền thống nào hiện có.

kỹ thuật in 3d

thiết kế in 3d

Một thiết kế CAD 3D được phân thành nhiều lớp

In 3D bắt đầu với một tệp thiết kế CAD. Khi thiết kế được hoàn thành, nó phải được xuất ra thành tập tin STL, tệp tin được chuyển dạng sang vô số các mặt và đỉnh của tam giác. Tệp STL sau đó sẽ được cắt thành hàng trăm – đôi khi hàng nghìn lớp 2D.

Máy in 3D sau đó đọc các lớp 2D, và chạy in từng lớp, từng lớp chồng lên nhau, tạo thành một sản phẩm khối ba chiều. Tất cả các tệp thiết kế, bất kể công nghệ in 3D nào, đều được cắt thành từng lớp trước khi in.

Độ dày lớp in – kích thước của từng lớp in – được xác định một phần bởi công nghệ, một phần do vật liệu, và một phần theo độ phân giải và thời gian mong muốn của bạn; các lớp in dày hơn tương đương với thời gian in nhanh hơn, các lớp mỏng hơn tương đương với độ phân giải tốt hơn, chi tiết mịn hơn và ít phải xử lý sau khi in.

Ứng dụng công nghệ in 3D

Mục đích ban đầu của phương thức in 3D là để tạo mẫu công nghiệp một cách nhanh chóng và đơn giản, nhằm đẩy nhanh giai đoạn phát triển sản phẩm, phương thức sản xuất nguyên mẫu cho phép lặp lại nhiều mẫu thử với một giải pháp tối ưu. Điều này tiết kiệm thời gian và tiền bạc ngay từ khi bắt đầu quá trình phát triển toàn bộ sản phẩm và đảm bảo được độ chính xác trước khi làm công cụ sản xuất.

Vì vậy, trong các ứng dụng của công nghệ in 3D ngày nay, Prototyping – tạo mẫu nhanh vẫn là ứng dụng lớn nhất, mặc dù đôi khi bị bỏ quên.

Xét về các thị trường ngành dọc đang được hưởng lợi rất nhiều từ nền công nghiệp in 3D, sau đây là một số ngành ứng dụng cơ bản:

  • Y khoa và nha khoa

Ngành y tế được xem như là một trong những ngành đón nhận kỹ thuật in 3D đầu tiên, và cũng là một ngành có tiềm năng ứng dụng công nghệ này rất lớn.. Do đặc thù của ngành có yêu cầu cao về khả năng tùy biến và cá nhân hoá của sản phẩm, công nghệ in 3D sẽ giúp cải thiện cuộc sống của con người khi quá trình và vật liệu được phát triển đạt tiêu chuẩn cấp y tế.

ứng dụng công nghệ in 3D

Một số ứng dụng đã được đưa vào thực tế như các nguyên mẫu để hỗ trợ phát triển sản phẩm mới cho ngành y tế và nha khoa, làm khuôn mẫu cho đúc kim loại của mão và cầu răng hoặc trong việc sản xuất các dụng cụ nhựa để hình thành các bộ khung để tạo các bộ chỉnh răng.

Các dẫn hướng phẫu thuật 3D được in cho từng ca phẫu thuật cụ thể cũng là một ứng dụng mới nổi giúp các bác sĩ phẫu thuật thuận lợi hơn và bệnh nhân hồi phục tốt hơn. Công nghệ cũng đang được phát triển để in 3D các sản phẩm da, xương, mô, dược phẩm và thậm chí các cơ quan của con người.

công nghệ in 3D mới nhất

Công nghệ tân tiến vượt trội của hãng máy in 3D kim loại SLM Solutions còn đưa in 3D đến gần với ngành y khoa hơn. Với vật liệu titan tương thích sinh học, giờ đây chúng ta có thể in cả những bộ phận cấy vào trong cơ thể người thay cho những bộ phận bị hỏng như hông, đầu gối, một phần hộp sọ…

Xem thêm về Công nghệ SLM Solutions

Ổ cối xương chậu được in 3D bằng vật liệu tương thích sinh học titan bởi hãng máy in 3D kim loại SLM Solutions

  • Hàng không vũ trụ

Giống như ngành y tế, lĩnh vực hàng không vũ trụ đã sớm đưa công nghệ in 3D vào phát triển sản phẩm và tạo mẫu.

công nghệ in 3D trong ngành hàng không vũ trụ

Những nhà sản xuất danh tiếng đã sử dụng công nghệ in 3D bao gồm GE/ Morris Technologies, Airbus/ EADS, Rolls-Royce, BAE Systems và Boeing. Hầu hết các công ty này đều ứng dụng in 3D vào công việc thực tế, và hầu hết là trong nghiên cứu R & D, một số khách hàng rất lạc quan về tương lai.

  • Ô tô

Một ngành sử dụng đầu tiên về công nghệ tạo mẫu nhanh của in 3D là ngành ô tô. Nhiều công ty ô tô, đặc biệt là xe đua thể thao và công thức F1 – đã đi theo quỹ đạo tương tự như các công ty hàng không. Đầu tiên (và vẫn còn) sử dụng công nghệ in 3D cho tạo mẫu, nhưng đang phát triển và thích nghi ứng dụng in 3D trong quy trình sản xuất của họ để kết hợp các lợi ích của vật liệu và chất lượng in tiên tiến cho các bộ phận của ô tô.

Nhiều công ty ô tô hiện đang xem xét tiềm năng của công nghệ in 3D để hoàn thành các chức năng sau bán hàng về sản xuất phụ tùng thay thế, chứ không cần thiết phải là trữ phụ tùng trong kho.

Đọc thêm:  Ứng dụng in 3D trong ngành công nghiệp chế tạo ô tô

  • Đồ kim hoàn

Công nghệ in 3D đồ kim hoàn

Công nghệ in 3D đã và đang tiếp tục có tác động to lớn trong ngành trang sức. Từ những thiết kế mới được tự do sáng bởi CAD 3D và in 3D, cho tới việc cải tiến các quy trình truyền thống cho sản xuất đồ trang sức, sản xuất trực tiếp từ công nghệ 3D, loại bỏ nhiều bước truyền thống.

  • Nghệ thuật / Thiết kế / Điêu khắc

Các nghệ sỹ và nhà điêu khắc tham gia vào việc in 3D với vô số cách khác nhau để khám phá khuôn hình và chức năng theo những cách mà trước đây không thể. Cho dù thuần túy để tìm các cách làm mới hoặc để học hỏi từ các nghệ nhân. Là một ngành đòi hỏi chi phí cao, mà ngày càng cần tìm thêm các cách mới dựa trên kỹ thuật in 3D và giới thiệu các kết quả ấy cho thế giới.

Có rất nhiều nghệ sĩ đã làm nên tên tuổi cho mình bằng cách làm việc với mô hình 3D, công nghệ quét 3D và công nghệ in 3D: Joshua Harker; Dizingof; Jessica Rosenkrantz at Nervous System; Pia Hinze; Nick Ervinck; Lionel Dean and nhiều nghệ nhân khác.

  • Kiến trúc

công nghệ in 3d trong ngành kiến trúc

Các mô hình kiến trúc từ lâu đã là một ứng dụng chủ yếu của công nghệ in 3D, để tạo ra các mô hình mẫu chính xác theo như ý tưởng của kiến trúc sư. In 3D cung cấp phương pháp tương đối nhanh, dễ dàng và tiết kiệm về mặt kinh tế để sản xuất mô hình chi tiết trực tiếp từ 3D CAD, BIM hoặc các dữ liệu số khác mà kiến trúc sư sử dụng. Nhiều công ty kiến trúc thành công hiện nay thường sử dụng in 3D (ngay tại khu thiết kế hoặc thuê dịch vụ) như là một phần quan trọng trong quy trình công việc của họ để tăng cường sự đổi mới.

Gần đây, một số kiến trúc sư có tầm nhìn xa trông chờ vào việc in 3D như một phương pháp xây dựng nhà trực tiếp. Nghiên cứu đang được tiến hành tại một số tổ chức có nghiên cứu về kiến trúc, đáng chú ý nhất là Đại học Loughborough, Contour Crafting and Universe Architecture.

Đọc thêm: Lợi ích in 3d trong ngành kiến trúc

  • Thời trang

Các phụ kiện in 3D bao gồm giày dép, chóp mũ, mũ và túi đều đã có mặt trên các sàn catwalk toàn cầu. Và một số nhà thiết kế thời trang thậm chí còn sáng tạo hơn đã chứng minh được khả năng của công nghệ in 3D cho các bộ váy thời trang cao cấp, áo choàng, áo choàng dài và thậm chí là đồ lót đã ra mắt tại nhiều địa điểm khác nhau trên thế giới.

Iris van Herpen nên được nhắc tới đặc biệt là người tiên phong hàng đầu trong dòng chảy này. Cô đã sản xuất một số bộ sưu tập – được mô phỏng trên những sàn catwalk của Paris và Milan – kết hợp việc áp dụng công nghệ in 3D để thổi ‘những quy tắc bình thường’ không còn phù hợp với thiết kế thời trang nữa. Nhiều người đã theo, và tiếp tục đi theo, và họ đã có được những thành quả hoàn toàn mới.

  • Thực phẩm

Một ứng dụng “tới muộn”: In 3D thức ăn (và / hoặc nguyên liệu nấu) – một ứng dụng mới nổi lên đang khiến mọi người rất phấn khích và có khả năng thực sự đưa công nghệ in 3D trở nên phổ biến. Rốt cuộc, tất cả chúng ta sẽ luôn luôn cần ăn! In 3D sẽ mở ra một cách thức mới để chuẩn bị và trình bày món ăn.

Nhìn vào tương lai, in 3D cũng đang được coi là một phương pháp chuẩn bị thức ăn hoàn hảo và là một cách cân bằng các chất dinh dưỡng một cách toàn diện và lành mạnh.

Các loại công nghệ in 3D tại Việt Nam

Công nghệ in 3D FDM

  • Cách thức hoạt động: FDM ép đùn nhựa nhiệt dẻo nóng chảy qua một vòi phun từng lớp một để tạo thành các chi tiết. Sau mỗi một lớp in, khay đựng sẽ di chuyển xuống, tạo khoảng không cho lớp in tiếp theo
  • Ưu điểm: Công nghệ in 3D FDM tại Việt Nam thường có giá thành thấp, dễ sử dụng. Sản phẩm in bằng công nghệ FDM có cơ tính tốt, có thể in ra thành phẩm với độ cứng tương đương nhôm. Bàn in của công nghệ FDM có thể từ nhỏ tới rất lớn
  • Nhược điểm: Độ mịn và độ chính xác không cao, không phù hợp nếu mẫu in 3D cần có bề mặt đẹp, yêu cầu tính thẩm mĩ.

Công nghệ in 3D SLA

  • Cách thức hoạt động: Sử dụng tia laser UV để xử lý nhựa lỏng từng lớp từng lớp một. Khay in theo phương pháp SLA sẽ nằm trên đỉnh một bồn dung dịch nhựa lỏng. Tia UV sẽ chiếu trực tiếp qua những gương phản chiếu tia cực tím trên khay đỡ, xử lý chất lỏng thành các mô hình chính xác một mặt cắt ngang cùng một lúc
  • Ưu điểm: Công nghệ in 3D SLA cho sản phẩm in có độ chính xác cao, bề mặt mịn. Có thể in được các sản phẩm có độ phức tạp, nhiều khe rãnh mà ít cần dùng tới vật liệu hỗ trợ.
  • Nhược điểm: Cách sử dụng phức tạp, chi phí cho máy móc và vật liệu cao.

Công nghệ in 3D SLS

  • Cách thức hoạt động: Phương thức SLS bắt đầu bằng cách làm ấm khoang chứa bột ở nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của bột nhựa. Tia laser CO2 chạm và đốt cháy bột tại điểm nóng chảy theo các mẫu thiết kế được xác định, làm cho các khu vực cụ thể được đốt nóng thành thể rắn, tạo thành sản phẩm, từng lớp một.
  • Ưu điểm: Công nghệ in 3D SLS không ngại vật thể có hình dáng phức tạp, không cần vật liệu đỡ, bột in sẽ đóng vai trò làm vật liệu hỗ trợ
  • Nhược điểm: Quy trình in SLS tốn kém và cần đầu tư nhiều thiết bị hỗ trợ, không thân thiện với người dùng.

Đọc thêm:  Ưu nhược điểm của từng công nghệ in 3D FDM và SLA

Kết luận

Công nghệ in 3D đang tạo nên một cuộc cách mạng cho sản xuất tại Việt Nam cũng như trên toàn thế giới. Càng ngày càng có nhiều hơn các công ty đã bắt đầu ứng dụng kỹ thuật in 3D vào sâu trong các quy trình sản xuất, từ tạo mẫu, cho tới sản xuất sản phẩm trực tiếp. Có rất nhiều công nghệ in 3D khác nhau, để có thể phục vụ cho các nhu cầu đa dạng của khách hàng.

AIE tự hào là nhà phân phối đa dạng các giải pháp công nghệ 3D hàng đầu. Hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn về công nghệ phù hợp nhất với yêu cầu của quý khách.

Bài viết liên quan