Công nghệ in 3D là một trong những phát minh đột phá nhất của thế kỷ 21, cho phép chúng ta biến những ý tưởng trừu tượng thành những vật thể cụ thể. Công nghệ in 3D đã mở ra những khả năng mới cho nhiều lĩnh vực khác nhau, như y tế, giáo dục, nghệ thuật và khoa học,… Bạn hãy Đồng Lợi khám phá trong bài viết dưới đây nhé!
Công nghệ in 3D là gì?
- Công nghệ in 3D hay công nghệ bồi đắp sản phẩm ( Three Dimensional Printing * ) là một quá trình sản xuất các đối tượng ba chiều bằng cách đặt các lớp vật liệu lên nhau theo một mô hình thiết kế được điều khiển bởi máy tính.
- Công nghệ in 3D có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như y tế, giáo dục, nghệ thuật và khoa học.
- Công nghệ in 3D có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, như nhựa, kim loại hay thậm chí là các mô sinh học.
- Công nghệ in 3D có nhiều lợi ích, như tiết kiệm chi phí, thời gian và nguyên liệu, tăng khả năng sáng tạo và cá nhân hóa, cải thiện chất lượng và độ bền của sản phẩm.
Quy trình hoạt động của công nghệ in 3D
- Bước 1: Sản xuất mô hình 3D bằng phần mềm CAD (Computer-Aided Design). Phần mềm CAD cho phép người dùng thiết kế và chỉnh sửa các hình dạng ba chiều trên máy tính. Một số phần mềm CAD phổ biến là Fusion 360, SketchUp Free, SolidWorks, AutoCAD, Blender, v.v.
- Bước 2: Bản vẽ CAD được chuyển đổi sang định dạng STL (STereoLithography). Định dạng STL là một tiêu chuẩn ngành cho việc trao đổi dữ liệu hình học ba chiều giữa các máy in 3D. Định dạng STL biểu diễn một đối tượng bằng cách sử dụng các tam giác kết nối để xác định bề mặt của đối tượng.
- Bước 3: Tệp STL được chuyển đến máy tính điều khiển máy in 3D. Máy tính này sử dụng một phần mềm gọi là slicer để chia tệp STL thành các lớp hai chiều (layer) theo chiều cao của đối tượng. Mỗi lớp được gửi đến máy in 3D dưới dạng một chuỗi các lệnh di chuyển và điều khiển đầu in.
- Bước 4: Máy in 3D xây dựng mô hình (một) lớp trên đỉnh của lớp trước đó. Tùy thuộc vào công nghệ in 3D được sử dụng, máy in 3D có thể sử dụng các phương pháp khác nhau để tạo ra các lớp vật liệu.
- Bước 5: Làm sạch và hoàn thành vật thể. Sau khi quá trình in hoàn tất, vật thể sẽ được loại bỏ khỏi máy in 3D và được làm sạch các vật liệu dư thừa. Vật thể cũng có thể được xử lý thêm bằng cách mài, đánh bóng, sơn, tráng phủ, v.v. để cải thiện hình dạng và tính năng của nó.
Một số công nghệ in 3D phổ biến hiện nay
Công nghệ FDM ( Fused Deposition Modeling )
Đây là công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay. Đầu in của máy in FDM sẽ nóng chảy một sợi nhựa (filament) và đẩy nó ra qua một kim tiêm để tạo ra các lớp vật liệu. Các lớp vật liệu sẽ được kết dính với nhau bởi nhiệt độ cao và áp suất.
Ưu điểm của công nghệ in 3D FDM
- Chi phí thấp, dễ sử dụng, thích hợp cho các sản phẩm yêu cầu chịu lực, tốc độ tạo hình 3d nhanh.
- Sử dụng được nhiều loại vật liệu nhựa đáp ứng được mọi nhu cầu trong công nghiệp và đời sống.
- Có thể in được những chi tiết lớn hơn máy in SLA cho phép chúng thực hiện một số nhiệm vụ chế tạo nhanh các chi tiết có thể sử dụng ngay và các mẫu có kích thước lớn.
- Có khả năng in dày với lớp in 50 micron vượt qua các máy in FDM điển hình và tạo ra chi tiết với lớp in mỏng tối thiểu hoặc không nhìn thấy các lớp và có bề mặt mịn màng.
Nhược điểm của công nghệ in 3d FDM
- Độ chính xác không cao
- Khả năng chịu lực không đồng nhất giữa các chiều trục tọa độ
- Hạn chế trong việc ứng dụng để lắp ghép chi tiết phức tạp
- Bề mặt in không có độ mịn và tính thẩm mỹ không cao
Công nghệ SLA ( Stereolithography )
Đây là công nghệ in 3D đầu tiên được phát minh. Đầu in của máy in SLA sẽ chiếu ánh sáng cực tím (UV) vào một bể chứa chất lỏng nhựa (resin) để kết hợp các phân tử nhựa lại với nhau và tạo ra các lớp vật liệu. Các lớp vật liệu sẽ được nâng lên khỏi bể nhựa để tiếp tục quá trình in.
Ưu điểm của công nghệ in 3D SLA
- Có thể tạo ra các mô hình có độ chính xác caom kích thước lớn, chi tiết phức tạp
- Bề mặt in mịn phù hợp cho các nguyên mẫu trực quan
- Vật liệu in có sẵn
Nhược điểm của công nghệ in 3D SLA
- Chi phí in 3d của công nghệ SLA thường khá tốn kém
- Sản phẩm thường bị dính, lộn xộn và cần được xử lí sau in
Công nghệ SLS ( Selective Laser Sintering )
Đây là một công nghệ in 3D cho phép in các vật liệu kim loại, gốm hay nhựa dạng bột. Đầu in của máy in SLS sẽ chiếu tia laser vào một lớp bột để nung chảy và kết hợp các hạt bột lại với nhau và tạo ra các lớp vật liệu. Các lớp vật liệu sẽ được nén chặt lại bởi một con lăn và được hạ xuống để tiếp tục quá trình in.
Ưu điểm của công nghệ in 3D SLS
- Không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ giúp tiết kiệm chi phí và thời gian
- Có thể tạo ra các sản phẩm có cấu trúc phức tạp, độ bền cao và tính chất cơ học nhất quán
- Có thể in 3D màu full color hiệu quả nhất
Nhược điểm của công nghệ in 3D SLS
- Quy trình in SLS tốn kém và cần đầu tư nhiều thiết bị hỗ trợ
- Nguồn vật liệu in đắt hơn các dòng máy in 3D khác
- Bề mặt sản phẩm in thường có độ thô và không mịn
Công nghệ DLP ( Digital Light Processing )
Đây là một công nghệ in 3D gần giống với SLA, cùng sử dụng chất liệu nhựa Photopolymer (nhựa lỏng), điểm khác biệt duy nhất của công nghệ này nằm ở nguồn sáng. DLP sử dụng đèn hồ quang với khả năng quét toàn bộ khay vật liệu chỉ trong một lần quét.
Ưu điểm của công nghệ in 3D DLP
- Tốc độ in nhanh do có thể in cùng lúc nhiều lớp
- Độ phân giải cao do có thể điều chỉnh kích thước của các pixel
- Không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ giúp tiết kiệm chi phí và thời gian
- Có thể in được các sản phẩm có độ phức tạp cao và độ chính xác cao
Nhược điểm của công nghệ in 3D DLP
- Hiện tượng cầu vồng do ánh sáng được phân tách thành các màu sắc khác nhau khi đi qua bánh xe màu
- Độ phân giải không đồng đều trên toàn bộ khối lượng xây dựng, do phụ thuộc vào máy chiếu
- Chi phí máy chiếu cao do cần có độ sáng và độ bền cao
- Vật liệu in đắt hơn các công nghệ in 3D khác
Công nghệ SLM ( Selective Laser Melting )
Đây là một công nghệ in 3D tương tự như SLS, nhưng sử dụng tia laser để nóng chảy hoàn toàn các hạt bột kim loại thay vì chỉ nung chảy.
Ưu điểm của công nghệ in 3D SLM
- Có thể sử dụng đa dạng các loại vật liệu kim loại bao gồm kim loại có độ bền cao và kim loại đặc biệt
- Có thể tạo ra các sản phẩm hình dạng phức tạp, chi tiết cao và không thể thực hiện được bằng các quy trinh trình sản xuất truyền thống.
- Giảm thời gian sản xuất do không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ
- Cho phép sản xuất nhiều bộ phận cùng một lúc
Nhược điểm của công nghệ in 3D SLM
- Chi phí đầu tư cho thiết bị và vật liệu khá cao đặc biệt là nếu các bộ phận không được tối ưu hóa hoặc thiết kế sẵn cho quy trình.
- Đòi hỏi kỹ năng thiết kế sản xuất và kiến thức chuyên ngành cần thiết
- Giới hạn chỉ sản xuất cho các bộ phận tương đối nhỏ
- Bề mặt sản phẩm in thường gồ ghề và cần nhiều thời gian xử lý hậu kỳ
Công nghệ EBM ( Electron Beam Melting )
Đây là một công nghệ in 3D sử dụng tia electron để nóng chảy các hạt bột kim loại trong một buồng chân không.
Ưu điểm của công nghệ in 3D EBM
- Mật độ in dày độ bền cao do nung chảy hoàn toàn bột
- Quy trình in nhanh
- Bột không có tính thêu kết vẫn có thể tái sử dụng
- Không đòi hỏi bộ phận hỗ trợ nhiều so với nung chảy bằng laser
- Hoàn toàn an toàn và thân thiện với môi trường
Nhược điểm của công nghệ in 3D EBM
- Thể tích in nhỏ đường kính tối đa 350mm và chiều cao 380mm
- Vật liệu in hạn chế chỉ dùng được titan hoặc crom – coban
- Độ hoàn thiện bề mặt không tốt bằng các kỹ thuật khác, cần trải qua thêm bước đánh bóng
- Khó sản xuất các chi tiết có biên dạng phức tạp và kích thước của chi tiết bị giới hạn trong kích thước của nguyên liệu ban đầu
Công nghệ LOM ( Laminated Object Manufacturing )
Đây là một công nghệ in 3D sử dụng các lớp giấy, nhựa hay kim loại để tạo ra sản phẩm. Đầu in của máy in LOM sẽ cắt và dán các lớp vật liệu lên nhau theo mô hình thiết kế.
Ưu điểm của công nghệ in 3D LOM
- Vật liệu đa dạng, rẻ tiền có thể sử dụng giấy, nhựa, kim loại, composite và gốm
- Độ chính xác cao
- Bảo vệ được đặc tính ban đầu của vật liệu do không có sự thay đổi pha trộn
- Tốc độ in nhanh hơn các công nghệ in 3d khác do chỉ cắt theo chu vị bên ngoài
- Không độc hại và ô nhiễm môi trường
Nhược điểm của công nghệ in 3D LOM
- Không thu hồi được vật liệu dư thừa
- Sự cong vênh của chi tiết thường là vấn đề chính của phương pháp LOM
- Lấy sản phẩm ra khỏi kết cấu khó khăn
- Độ bóng bề mặt không cao cần phải đánh bóng, xi mạ hoặc sơn phủ theo yêu cầu
Công nghệ BJ ( Binder Jetting )
Đây là một công nghệ in 3D sử dụng một đầu phun để phun ra một chất kết dính vào một lớp bột kim loại, gốm hay nhựa để tạo ra các lớp vật liệu. Các lớp vật liệu sẽ được xếp chồng lên nhau để tạo ra sản phẩm.
Ưu điểm của công nghệ in 3D BJ
- Chi phí thấp, dễ sử dụng, thường được sử dụng trong các sản phẩm yêu cầu chịu lực, tốc độ tạo hình 3D nhanh
- Có thể sử dụng nhiều loại vật liệu nhựa khác nhau, có thể tạo ra các màu sắc đa dạng
- Không cần cơ cấu hỗ trợ, không gây lãng phí vật liệu
Nhược điểm của công nghệ in 3D BJ
- Độ chính xác không cao, khả năng chịu lực không đồng nhất giữa các chiều trục tọa độ
- Bề mặt sản phẩm không nhẵn, có thể thấy rõ các vết nối giữa các lớp vật liệu
- Khó tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp và kích thước nhỏ
Ứng dụng của công nghệ in 3D
Trong ngành công nghiệp ô tô
Công nghệ in 3D được sử dụng để tạo ra các bộ phận, công cụ lắp ráp và thậm chí cả các chiếc xe hoàn chỉnh. Một số chiếc xe hơi đầu tiên được tạo ra bằng công nghệ in 3D là Urbee và EDAG Genesis có thiết kế và hiệu suất vô cùng ấn tượng.
Trong ngành y học
Công nghệ in 3D được sử dụng để sản xuất các bộ phận cơ thể người như xương, khớp, da, mô, cơ quan và thậm chí cả máu nhân tạo. Công nghệ in 3D cũng giúp cho việc chẩn đoán, điều trị và phục hồi sức khỏe của bệnh nhân.
Trong ngành kiến trúc và xây dựng
Công nghệ in 3D được sử dụng để tạo ra các mô hình kiến trúc, các cấu trúc phức tạp và các công trình bền vững. Công nghệ in 3D cũng giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và nguyên liệu trong quá trình thi công.
Một số ví dụ về ứng dụng xây dựng của công nghệ in 3D là: nhà máy điện mặt trời, nhà ở giá rẻ và cầu kính.
Trong ngành thực phẩm
Công nghệ in 3D được sử dụng để tạo ra các loại thực phẩm có hình dạng, màu sắc và hương vị độc đáo. Công nghệ in 3D cũng giúp cho việc tùy biến thực phẩm theo sở thích và nhu cầu dinh dưỡng của người dùng.
Trong ngành đồ chơi và quà lưu niệm
Công nghệ in 3D được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có tính sáng tạo cao, phù hợp với niềm đam mê và cá tính của người dùng. Công nghệ in 3D cũng giúp cho việc cá nhân hóa và tăng giá trị của các sản phẩm.
Một số ví dụ về ứng dụng đồ chơi và quà lưu niệm của công nghệ in 3D là: Lego, Action Figure và Nhẫn Cưới.
Trong ngành in ấn
- In 3D có thể tạo ra các sản phẩm in ấn tiếp thị có tính thẩm mỹ cao, như các loại tranh, poster, biển quảng cáo, nhãn mác, v.v. Các sản phẩm in ấn có thể được in trên nhiều chất liệu khác nhau, như giấy, nhựa, kim loại, gỗ, v.v. Các sản phẩm in ấn cũng có thể được tùy biến theo ý muốn của khách hàng, bằng cách thay đổi màu sắc, kích thước, hình dạng, hoặc thêm các chi tiết trang trí.
- In 3D cũng có thể tạo ra các sản phẩm in ấn có chức năng đặc biệt, như các loại sách lật, sách nói, sách cảm giác, v.v. Các sản phẩm in ấn này có thể giúp cho người đọc trải nghiệm nội dung của sách một cách sinh động và hấp dẫn hơn. Các sản phẩm in ấn này cũng có thể phục vụ cho các đối tượng đặc biệt, như trẻ em, người khiếm thị, người khiếm thính, v.v.
- In 3D cũng có thể tạo ra các sản phẩm in ấn có tính an toàn cao, như in tem nhãn bảo mật, tem chống giả, tem chống trộm, v.v. Các sản phẩm in ấn này có thể được trang bị các tính năng nhận dạng duy nhất, như mã QR, mã vạch, hình xăm sống động, v.v. Các sản phẩm in ấn này có thể giúp cho việc kiểm soát và bảo vệ các sản phẩm quan trọng khỏi sự sao chép hay đánh cắp.
Xem thêm các dịch vụ in ấn khác tại indongloi.com
