Công nghệ in 3D đang ngày càng phát triển và trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống như: công nghiệp sản xuất, chế tạo, y khoa, kiến trúc, xây dựng,…. Bởi in 3D sẽ giúp cho việc chế tạo mẫu nhanh chóng và chính xác hơn. Đồng thời, sử dụng in 3D sẽ giúp doanh nghiệp có lợi thế về chi phí sản xuất, cải tiến quy trình và sản phẩm cho các nhà cung cấp trong vài trường hợp cụ thể. Để có thể hiểu hơn về in 3D, hãy cùng 3DS tham khảo ngay dưới bài viết này.
Nhiều công ty đã theo đuổi và nắm bắt công nghệ in 3D. Một số khác thì có kế hoạch giới thiệu và tiến tới thay thế cho công nghệ sản xuất gia công truyền thống. Thực tế là, một nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, hơn 70% doanh nghiệp sản xuất đã đang tiếp cận với công nghệ in 3D. Hơn nữa, hơn 50% kỳ vọng rằng công nghệ 3D sẽ góp phần quan trọng trong việc phát triển sản phẩm quy mô lớn, và khoảng 22% khác ước tính rằng tác động của nó đối với chuỗi cung ứng sẽ còn trở nên đột phá hơn. Một số các đơn vị đi đầu trên thế giới trong việc cung cấp máy in 3d trên toàn cầu có thể kể đến: 3DSystems, Stratasys, Formlabs, EOS …..
Năm 2014, ngành in 3D đã tạo ra doanh thu toàn cầu khoảng 4 tỷ đô la. Trong năm 2016, hơn 275.000 máy in 3D đã được bán trên toàn thế giới theo báo cáo hàng năm của Wohler. Tăng trưởng dự kiến cho thấy in 3D sẽ tạo ra doanh thu bùng nổ hơn 21 tỷ đô la trên toàn cầu, và ước tính mức tăng trưởng hằng năm là 31%.
Công nghệ in 3D là phương pháp sản xuất bồi đắp dựa trên thiết kế 3D của sản phẩm. Thiết kế 3D sẽ được chuyển đổi dữ liệu thành dữ liệu điều khiển (Gcode) bằng phần mềm cắt lớp (Slicer). Từ đó, dữ liệu điều khiển sẽ được nạp vào máy in 3D để thực hiện tạo hình sản phẩm với độ chính xác cao và chi tiết dựa theo dữ liệu thiết kế ban đầu. Hiện nay, người dùng có thể lựa chọn nhiều phương pháp in 3d khác nhau như: SLA, FDM, SLS, DMLS, LFS.
Mô tả hoạt động máy in FDM
Các sản phẩm của công nghệ in 3D rất đa dạng, có thể tạo được những hình khối từ đơn giản cho đến phức tạp. Để có thể hiểu rõ về in 3D so với in 2D và cắt gọt vật liệu thì có thể nói: in 3D là việc xếp chồng vật liệu kết dính theo thứ tự, dựa trên mô hình thiết kế 3D, cùng với sự quản lý, giám sát của máy tính và robot. Còn kỹ thuật in 2D là sử dụng mực in phun, ép lên bề mặt phẳng của vật liệu. Trong khi đó, việc cắt gọt không phải in, nó được coi là quá trình gia công vật liệu, giúp loại bỏ phần không cần thiết của vật liệu để tạo ra sản phẩm.
Sử dụng công nghệ in 3D có thể cung cấp nhiều lợi ích cho cả cá nhân và doanh nghiệp. Dưới đây là 6 lợi ích đáng kể mà công nghệ in 3D:
Tạo mẫu in 3D chỉ vài ngày hoặc thậm chí là chỉ vài giờ. Trong khi đó, việc tiến hành thử nghiệm ý tưởng và thiết kế với các phương pháp sản xuất thông thường sẽ mất nhiều ngày, có khi lên đến vài tuần.
Quy trình in 3D so với sản xuất truyền thống
In 3D đã mang lại những phần mềm và phần cứng dễ sử dụng hơn cho người tiêu dùng. Các doanh nghiệp sẽ dễ dàng để tìm hiểu và kết hợp công nghệ in 3D, để đưa vào quy trình sản xuất của mình chỉ trong vài ngày.
Tiếp cận với ứng dụng 3D dễ dàng hơn
Với đặc thù của phương pháp sản xuất truyền thống, việc sản xuất mẫu thử sẽ bị hạn chế về thiết kế, thời gian hay vật liệu tạo mẫu. Nhưng đối với in 3D, sự đa dạng về vật liệu, thời gian sản xuất nhanh chóng cùng các thiết kế đa dạng có thể được chỉnh sửa dễ dàng, sẽ mang đến những mẫu thử chất lượng cao.
Sản phẩm của máy in 3D Formlabs Form 3L
Chi phí nhân công đóng vai trò lớn trong xác định số tiền đầu tư để phát triển một mẫu thử. Đối với phương pháp tạo mẫu truyền thống ngoài việc gia công dụng cụ cũng đòi hỏi rất nhiều sức lao động của con người và kinh nghiệm vận hành máy. Nhưng đối với in 3D thì mức chi phí nhân công chỉ bằng một người ban hành lệnh in.
Khả năng tiết kiệm tài nguyên công nghệ in 3d
Kỹ thuật sản xuất truyền thống rất tốt trong việc tạo ra hàng triệu bản sao của cùng một thứ. Nhưng nó dẫn đến các thiết kế buồn tẻ và nhàm mà không có khả năng được cải thiện nhiều. Điều đó làm cho mỗi thiết kế trở nên độc đáo với các kỹ thuật này là cực kỳ khó khăn.
Tuy nhiên, in 3D cho phép cá nhân hóa, giúp tạo nên sản phẩm đáp ứng yêu cầu riêng biệt từ khách hàng. Ví dụ, sử dụng in 3D để tạo ra một hàm răng giả có thiết kế chính xác, vừa khít với khuôn hàm của bệnh nhân.
Một mâm xe được in bằng công nghệ 3D
In 3D chỉ sử dụng vật liệu cần thiết để tạo ra một phần mẫu thử nên không gây ra lãng phí nguyên liệu. Ngoài ra, việc sử dụng lại các tài liệu từ bản in 3D trước đó cũng khá đơn giản. Từ đó mà sản xuất bồi đắp tạo ra rất ít chất thải và tiết kiệm cho công ty rất nhiều tài nguyên và nguồn vốn.
Khả năng hạn chế rác thải của công nghệ in 3D
Vat Polymerization là một quá trình sử dụng resin dạng lỏng để tạo thành vật thể. Trong đó mô hình được xây dựng theo từng lớp. Khi vật liệu nhựa tiếp xúc với ánh sáng tia cực tím UV (polymer hóa nhựa), nó sẽ đóng rắn hoặc làm cứng nhựa. Đồng thời, bàn in sẽ di chuyển vật thể đang được tạo ra sau khi mỗi lớp in mới được đóng rắn.
Cơ chế in SLA
Các bước thực hiện vat photopolymerization như sau:
Vat Polymerization có hai hình thức phổ biến là SLA (Stereolithography hay in resin bằng laser) và DLP (Digital Light Processing hay in resin bằng ánh sáng kỹ thuật số). Sự khác biệt cơ bản của hai loại trên là nguồn sáng mà chúng sử dụng để xử lý nhựa. Với máy in SLA dùng tia laser polyme hóa theo điểm. Còn với máy in DLP lại dùng phương pháp voxel (dữ liệu điểm).
Powder Bed Fusion (PBF) là quá trình gia công bồi đắp vật liệu dạng bột. Các công nghệ thường thấy: laser thiêu kết kim loại trực tiếp (DMLS). Làm nóng chảy chùm tia điện tử (EBM), thiêu kết nhiệt có chọn lọc (SHS). Nung chảy laser có chọn lọc (SLM) và thiêu kết laser chọn lọc (SLS).
Cơ chế hoạt động máy in 3D SLS/DMLS
Đề xuất:
Các bước thực hiện Powder Bed Fusion:
Các công nghệ Powder Bed Fusion đều hoạt động dựa trên cơ chế. Để trải bột khi vật thể được in và được bao bọc trong bột kim loại. Các biến thể chính trong công nghệ này bằng kim loại sẽ sử dụng các nguồn năng lượng khác nhau: laser hoặc chùm điện tử.
Material Extrusion là công nghệ đùn vật liệu. Vật liệu sẽ được đùn thông qua đầu phun với
Loại Material Extrusion hoạt động tương tự như tất cả các quy trình in 3D khác. Bởi nó xây dựng từng lớp một, chỉ khác ở chỗ vật liệu được thêm vào thông qua một vòi phun dưới áp suất không đổi và trong một dòng liên tục. Đồng thời, áp suất này phải giữ ổn định và ở tốc độ không đổi để cho kết quả chính xác.
Các bước đùn vật liệu Material Extrusion:
Material jetting (hay còn gọi là phun vật liệu) là một quy trình in 3D hoạt động theo cách tương tự như máy in 2D. Trong phụ vật liệu, một đầu in phân phối các giọt vật liệu cảm quang đông đặc dưới ánh sáng cực tím (UV), xây dựng từng lớp một. Thông thường, loại vật liệu sử dụng trong Material Jetting là photopolymer hoặc các giọt sáp hóa cứng khi tiếp xúc với ánh sáng UV.
Với phun vật liệu 3D sẽ tạo ra các bộ phận có độ chính xác về kích thước cao cùng bề mặt hoàn thiện rất mịn. Đồng thời, phun vật liệu còn cho phép in trên nhiều loại vật liệu khác nhau trong cùng một đối tượng như: ABS, cao su,…. Ứng dụng của loại kỹ thuật này là chế tạo các cấu trúc chống đỡ từ vật liệu khác với vật thể in.
Binder Jetting là một quy trình in 3D tương tự như SLS là có các lớp được trải liên tục trên vật liệu in. Như khác với SLS là Binder Jetting sử dụng chất keo để dính bột thay vì dùng nhiệt từ tia laser. Hơn thế nữa, chất lỏng được phun dưới dạng các giọt keo có đường kính thường 80 micromet, có sự liên kết các hạt bột lại với nhau để tạo ra từng lớp bồi đắp cho vật thể.
Thông thường, Binder Jetting sẽ dùng các vật liệu như kim loại, cát và gốm sứ ở dạng hạt, sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như chế tạo các nguyên mẫu đủ màu, sản xuất lõi, khuôn đúc bằng cát lớn và sản xuất các bộ phận kim loại in 3D chi phí thấp.
Khi một lớp đã được in thì lớp bột sẽ hạ xuống và một lớp bột mới được trải lên trên lớp vừa in. Quá trình sẽ lặp đi lặp lại cho đến khi hình thành một vật thể khối hoàn chỉnh.
Vật thể in kế đó sẽ tiếp tục được xử lý nhiệt để hoàn thiện cơ lý tính. Tiếp đó, vật thể được tách ra khỏi lớp bột và bất kỳ bột nào chưa kết dính được loại bỏ bằng khí nén.
Ở hầu hết các quy trình gia công bồi đắp đều sử dụng thùng bột. Thế nhưng công nghệ Direct Energy Deposition thì sử dụng một vòi cấp liệu để đưa bột trực tiếp vào chùm tia laser. Từ đó, vật liệu nóng chảy và bồi đắp trực lên vị trí cần in. Nó tương tự như công nghệ FDM vì vòi phun di chuyển để nung chảy và bồi đắp cho vật liệu.
Sheet Lamination là một quy trình cán tấm bao gồm sản xuất phụ gia siêu âm (UAM) và sản xuất vật thể nhiều lớp (LOM). Quy trình sản xuất phụ gia siêu âm sử dụng các tấm hoặc dải kim loại, được liên kết với nhau bằng cách sử dụng hàn siêu âm. Quá trình này yêu cầu gia công CNC bổ sung và loại bỏ kim loại không liên kết, thường là trong quá trình hàn. Sản xuất vật thể nhiều lớp (LOM) sử dụng phương pháp tiếp cận từng lớp tương tự nhưng sử dụng giấy làm vật liệu và chất kết dính thay vì hàn.
Quy trình LOM sử dụng phương pháp gạch chéo trong quá trình in để cho phép dễ dàng xây dựng hậu kỳ. Các đồ vật nhiều lớp thường được sử dụng cho các mô hình thẩm mỹ và trực quan và không thích hợp cho việc sử dụng kết cấu. UAM sử dụng kim loại và bao gồm: nhôm, đồng, thép không gỉ và titan. Quá trình này ở nhiệt độ thấp và cho phép tạo ra các dạng hình học bên trong. Đồng thời có thể kết dính các vật liệu khác nhau và cần tương đối ít năng lượng, vì kim loại không bị nóng chảy.
Các bước cán tấm Sheet Lamination:
Công nghệ in 3D đang dần trở thành xu hướng sản xuất sản phẩm trong những năm gần đây. Hơn thế nữa, loại in 3D này đã tạo ra sự khác biệt rất lớn trong lĩnh vực in ấn. Bởi nó mang đến những sản phẩm độc đáo, ấn tượng gấp nhiều lần so với kỹ thuật in thông thường. Tuy nhiên, ít ai lại nắm rõ về quy trình in 3D, phần mềm sử dụng, loại máy in 3D và vật liệu in 3D cho phù hợp với mục đích, nhu cầu in ấn sản phẩm của mình. Do đó, để giúp doanh nghiệp tìm hiểu rõ công nghệ in 3D thì 3DS sẽ chia sẻ một vài thông tin cơ bản ở mục bên dưới.
Hầu hết các máy in 3D đều sử dụng chung một quy trình bao gồm 5 bước cơ bản là:
Trong đó, việc xác định hướng đặt là quan trọng nhất ở khâu cắt file STL với nhiều lý do có thể kể đến như sau:
Phần mềm chuẩn bị và cắt lớp cho in 3D đóng vai trò như một công cụ trung gian giữa mô hình 3D và máy in. Có thể nói, phân lớp in 3D sẽ chuẩn bị mô hình đã chọn vào máy in 3D. Tạo mã G là ngôn ngữ lập trình điều khiển số (NC) được dùng rộng rãi hiện nay. Để giúp người dùng hiểu rõ phần mềm phân lớp này, dưới đây là danh sách các công cụ phần mềm in 3D sử dụng phổ biến.
| Phần mềm | Người dùng | Hệ Điều Hành |
| 3DPrinterOS | Mới bắt đầu hoặc nâng cao | Trình duyệt, Windows, Mac |
| Astroprint | Mới bắt đầu hoặc nâng cao | Trình duyệt, Raspberry Pi, pcDuino |
| Craft | Mới bắt đầu hoặc nâng cao | Windows, Mac |
| Cura | Mới bắt đầu hoặc nâng cao | Windows, Mac, Linux |
| IceSL | Chuyên nghiệp, cao cấp | Windows, Linux |
| KISSlicer | Mới bắt đầu hoặc nâng cao | Windows, Mac, Linux, Raspberry Pie |
| MakerBot In | Mới bắt đầu | Windows, Mac |
| Metalize | Mới bắt đầu hoặc nâng cao | Windows, Mac, Linux |
| Tiêu chuẩn Netfabb | Trung cấp hoặc nâng cao | Windows |
| OctoPrint | Trung cấp hoặc nâng cao | Raspberry Pi, Windows, Mac Linux |
| Repetier | Trung cấp hoặc nâng cao | Windows, Mac, Linux |
| SelfCAD | Mới bắt đầu hoặc nâng cao | Trình duyệt |
| Simply 3D | Mới bắt đầu hoặc nâng cao | Windows, Mac |
| Slic3r | Nâng cao hoặc chuyên nghiệp | Windows, Mac, Linux |
| SliceCrafter | Chuyên nghiệp, cao cấp | Trình duyệt |
| Tinkerine Suite | Mới bắt đầu | Windows, Mac |
| Z-Suite | Mới bắt đầu | Windows, Mac |
Máy in 3D được chia thành 2 loại là máy in 3D công nghiệp và máy in 3D để bàn.
Cùng với sự phát triển của công nghệ in 3D thì vật liệu in 3D ngày càng nhận được sự quan tâm nhiều hơn. Các vật liệu in 3D hay gọi là chất liệu in 3D sẽ phân thành 3 nhóm. Chủ yếu là in bằng nhựa, bằng kim loại và chất hữu cơ.
Công nghệ in 3D đang trở thành sự chọn lựa lý tưởng. Để thay thế cho các phương pháp gia công kiểu truyền thống. Bên cạnh đó, in 3D còn giúp cho tạo mẫu công nghiệp trở nên nhanh chóng và đơn giản. Đồng thời, tiết kiệm thời gian, tiền bạc trong quá trình phát triển sản phẩm và đảm bảo độ chính xác cao cho vật mẫu. Vì thế, công nghệ in 3D được ứng dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng ở nhiều lĩnh vực như sau:
Ngành nha khoa được xem là đặc thù về khả năng tùy biến, cá nhân hóa sản phẩm và độ chính xác cao. Do đó, lĩnh vực này thường sử dụng hệ thống máy in 3D. Để đáp ứng các quy định mới về thiết bị y tế (MDR). Trong đó, có một số ứng dụng của kỹ thuật in 3D vào lĩnh vực nha khoa như là: việc tạo ra các khuôn mẫu cho mão, cầu răng. Hay tạo ra các khuôn nhựa cho việc định hình răng.
Ứng dụng 3D để tạo ra mẫu răng ứng dụng trong nha khoa
Công nghệ in 3D không chỉ có mục đích thử nghiệm, thiết kế. Tạo mẫu và sản xuất một số chi tiết lắp ráp đặc biệt. Mà nó còn ứng dụng rất lớn trong ngành công nghiệp ô tô để sản xuất ra những chiếc xe hoàn chỉnh. Điển hình như một chiếc xe tên là Urbee đã ứng dụng của công nghệ in 3D. Để sản xuất toàn bộ các bộ phận, chi tiết của máy với mục đích chính là tiết kiệm nhiên liệu.
Sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra những mẫu xe
Đối với các đơn hàng cần sự độc đáo, sản xuất số lượng nhỏ chỉ từ 1 – 1000 chiếc. Thì in 3D sẽ giải pháp sản xuất tối ưu dành cho doanh nghiệp. Về mặt chi phí, giá tiền sản xuất ra một sản phẩm bằng công nghệ in 3D. Cao hơn các phương pháp kiểu truyền thống như đúc, ép phun. Tuy nhiên, nếu khách hàng có nhu cầu sản xuất số lượng nhỏ. In 3D lại lợi thế vì có thể sản xuất ngay mà không cần tạo khuôn. Do đó, tổng chi phí đầu tư sẽ giảm xuống.
Ngành giáo dục và đào tạo áp dụng công nghệ in 3D trong các môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Ngoài ra, sinh viên sẽ thiết kế và sản xuất các sản phẩm trong lớp. Và cơ hội thử nghiệm các ý tưởng thông qua máy in 3D. Cách làm này sẽ giúp tăng hứng khởi học tập, làm việc theo nhóm. Tương tác trong lớp học và khả năng tư duy 3 chiều cho sinh viên.
Đặc biệt đối với các sinh viên ngành y, công nghệ 3D ứng dụng trong sản xuất các mô hình sinh học về bộ phận người như: xương, răng, tai giả,…. Giúp hỗ trợ các thử nghiệm phương pháp và công nghệ y tế mới, giảng dạy và đào tạo đội ngũ y bác sĩ.
Tạo ra mẫu in 3D mô phỏng cơ quan cơ thể, mạch máu … để hỗ trợ việc giảng dạy
Lĩnh vực y tế đã đưa công nghệ in 3D vào cuộc thử nghiệm ở các ca phẫu thuật. Và tạo ra các bộ phận, tế bào cơ thể liên quan. Ví dụ như: da, xương, mô, dược phẩm và cơ quan nội tạng con người để giúp điều trị bệnh. Đồng thời, giúp in mô hình giải phẫu từ file chụp CT, MRI. Để phục vụ cho chẩn đoán và lập kế hoạch phẫu thuật. Hay tạo nẹp chỉnh hình, sản xuất tay giả, chân giả và in 3D miếng ghép thay thế khớp.
Sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra những mẫu bộ phận cơ thể người
Kim hoàn là một trong số các lĩnh vực áp dụng công nghệ in 3D thành công nhất ở thời điểm hiện tại. Chỉ với những bản thiết kế CAD và áp dụng kỹ thuật in 3D. Đã có thể tạo sản phẩm (trang sức) với độ chính xác và chi tiết cao, mang lại thẩm mỹ cao. Hơn thế nữa, quy trình sản xuất sản phẩm nhanh chóng, đơn giản. Tiết kiệm thời gian và chi phí cho quý doanh nghiệp.
Tạo ra những mẫu trang sức bằng công nghệ in 3D
Có thể nói, công nghệ in 3D đóng góp rất lớn trong các lĩnh vực của đời sống hiện nay. Đồng thời, in 3D được xem một công nghệ vượt bậc đối với sự phát triển của nhân loại trong tương lai. Mà bất kỳ doanh nghiệp nào, bất cứ ngành công nghiệp sản xuất và bất cứ quốc gia đều chú ý đến.
Công nghệ in 3d trong kiến trúc
Công nghệ in 3D đang dần trở nên phổ biến trong tất cả lĩnh vực cuộc sống. Chẳng hạn như: ô tô, hàng không vũ trụ, kiến trúc, điêu khắc,….. Quá trình in 3D cũng khác đơn giản, thao tác dễ dàng. Và nhanh chóng hơn so với các công nghệ in thông thường. Thế nhưng tùy thuộc vào kích thước và độ khó của sản phẩm mà thời gian hoàn thiện khác nhau. Do đó, khi thực hiện dịch vụ in 3D doanh nghiệp cần xem xét kỹ về sản phẩm mình mà đặt làm cho đúng.
Hơn thế nữa, khi thực hiện dịch vụ in 3D thì các doanh nghiệp cần chọn địa chỉ uy tín. Để có một sản phẩm chất lượng nhất. Bởi thị trường có rất nhiều địa chỉ in 3D có mức giá rẻ nhưng kèm theo đó chất lượng tệ. Làm tốn thêm khoảng chi phí không cần thiết của doanh nghiệp. Chọn lựa nơi cung cấp dịch vụ in 3D uy tín sẽ giúp tiết kiệm tiền bạc, thời gian. Và tránh tình trạng phải in
92 Nghĩa Thục, Phường 5, Quận 5, TP. Hồ Chí Minh
0968 98 98 48
thanhquy3d@gmail.com
www.kimhoanthanhcong.com
