__TODO___

Sự phát triển của công nghệ in 3D trên thế giới và Việt Nam

Bài viết này nằm nhằm bổ trợ cho các nội dung của chương 10 tài liệu RDI Toolkit(2019) về Tạo mẫu sản phẩm

Lịch sử in 3D trên thế giới

In 3D là in ra nội dung lên từng lớp, các lớp được in lần lượt chồng liên tiếp lên nhau, từng lớp từng lớp, các lớp này được kết dính với nhau nhờ mực in. Mực in chính là vật liệu của vật thể 3D, có thể là nhựa, giấy, bột, polymer, hay kim loại…

Ý tưởng về in 3D đầu tiên được công nhận là do Tiến Sĩ Kodama đề ra vào năm 1980. Ông ấy miêu tả phương pháp sản xuất bằng cách đắp các lớp vật liệu chồng lên nhau. Đó được coi là ông tổ của công nghệ SLA (Phơi sáng và cô đặc mực in 3D resin bằng tia UV). Tiếc thay, Kodam không kịp đệ trình thủ tục cấp giấy chứng nhận bản quyền đúng thời hạn.

4 năm sau, một nhóm kỹ sư người Pháp tỏ ra thích thú và theo đuổi công nghệ SLA resin, nhưng lại thiếu tầm nhìn chiến lược! Cùng thời điểm, Charles Hull  đã nhanh chanh đệ trình và đăng ký thành công bản quyền công nghệ in 3D stereolithography (SLA). Và rồi thành lậpcông ty in3D hàng đầu thế giới – 3D Systems Corporation với sản phẩm đầu tiền là máy in 3D SLA -1.

Vào năm 1988, tại trường ĐH Texas, Carl Deckard  mang về bản quyền sáng chế cho công nghệ SLS, một loại hình tạo mẫu nhanh với phương pháp thiêu kết vật liệu bột bằng tia laser công suất lớn.

Cùng năm đó, Scott Crump ( đồng sáng lập của Stratasys sau này) đã có được bản quyền cho công nghệin 3D nhựa đùn (FDM) Vậy là, trong vòng chưa tới 10 năm, 3 công nghệ in 3D chủ chốt đã được khai sinh: SLA – SLS – FDM

Quá trình in 3D phổ biến tại Việt Nam

Công nghệ in 3D tại Việt Nam đã có mặt khoảng năm 2003, tuy nhiên do giá thành còn cao nên vẫn chưa được ứng dụng nhiều, chủ yếu dùng trong công tác nghiên cứu. Hiện nay, công nghệ này đã được ứng dụng phổ biến hơn trong rất nhiều các lĩnh vực từ kiến trúc, xây dựng, thời trang, mỹ thuật, y học, thẩm mỹ, giáo dục đến các ngành công nghiệp sản xuất… Sở hữu một chiếc máy in 3D sẽ đảm bảo những ý tưởng của bạn được hiện thực hóa nhanh chóng và hoàn hảo nhất. Việc tạo ra một sản phẩm riêng bằng máy in 3D mang đậm sáng tạo, ý tưởng của bản thân chắc chắn sẽ là trải nghiệm rất thú vị.

Sự xuất hiện của quét 3D

Quét 3D hay còn gọi là scan 3D là một trong những công nghệ đo không tiếp xúc. Quá trình đo nhờ sử dụng máy quét 3D hay còn gọi là máy scan 3D. Trong suốt quá trình đo, máy quét sử dụng ánh sáng LED trắng hoặc xanh để chiếu theo mô hình cố định lên đối tượng quét. Một hoặc nhiều cảm biến (thường là camera có độ phân giải cao) ghi nhận dữ liệu ánh sáng phản xạ lại cảm biến để xác định hình dạng 3D của đối tượng. Với sự hỗ trợ của máy tính và phần mềm điều khiển sẽ cho ra kết quả của chi tiết đo dưới dạng đám mây điểm.

Quét mẫu 3D có 2 ứng dụng chính đó là thiết kế ngược và đo kiểm quản lý chất lượng sản phẩm. Về ứng dụng đầu tiên là thiết kế ngược sản phẩm có nghĩa là từ mẫu vật sau khi được quét 3D, đội ngũ thiết kế sẽ xem xét có những điểm nào chưa hợp lý thì có thể tiến hành sửa đổi bản thiết kế sản phẩm, cho ra những sản phẩm chất lượng, có tính thẩm mỹ cao hơn. Đối với ứng dụng thứ 2 là đo kiểm sản phẩm. Sản phẩm sau khi được sản xuất thì tiến hành quét mẫu xem đã đạt yêu cầu như đúng bản vẽ về kích thước, chi tiết hay không. Những sản phẩm nào không đạt yêu cầu thì bắt buộc vào sửa lại cho tới khi đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đưa ra. Đối với những lĩnh vực cần độ chính xác cao thì ứng dụng này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.

Các công nghệ in 3D mới

Ngoài các công nghệ in truyền thống, hiện nay còn xuất hiện các loại in 3D mới, đó là:

Công nghệ EBM (Electron Beam Melting)

Ngược lại với SLM, kỹ thuật EBM sử dụng một chùm tia điện tử máy tính điều khiển dưới chân không để làm tan chảy hoàn toàn bột kim loại ở nhiệt độ cao lên đến 1000 ° C. Đây là loại máy in 3D có thể sử dụng kim loại như titan tinh khiết, Inconel718, và Inconel625 để chế tạo phụ tùng hàng không vũ trụ và cấy ghép y tế. Nhưng so với các công nghệ in 3D hiện nay nó rất chậm và rất tốn kém.

Công nghệ DLP (Digital Light Processing)

Công nghệ DLP được phát minh vào năm 1987 bởi Larry Hornbeck và trở nên cực kỳ phổ biến trong máy chiếu. DLP sử dụng một mạng lưới máy tính điều khiển, vi-gương, đặt ra trên một chip bán dẫn. Những gương nhỏ nghiêng qua lại. Khi một gương nghiêng, nó phản xạ ánh sáng, tạo một pixel sáng. Khi gương nghiêng theo cách khác, các điểm ảnh tối. Công nghệ này được sử dụng trong máy chiếu phim, điện thoại di động, và cũng cho in ấn 3D. Một trong những lợi ích cho in ấn 3D là tốc độ của nó: Bạn có thể in các lớp trong tích tắc với loại máy in 3D. Máy in 3D DLP chủ yếu được sử dụng trong môi trường chuyên nghiệp. Đây là loại máy in 3D tốc đọ cao với độ phân giải tuyệt vời.

Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing)

LOM sử dụng lớp giấy, nhựa hoặc kim loại cán mỏng dính bọc, được hợp nhất dưới nhiệt và áp suất và định hình bằng cách cắt bằng tia laser máy tính kiểm soát hoặc dao. Điều này đôi khi sau đó gia công và khoan. Các đối tượng 3D được tạo ra lớp-by-lớp, và sau khi vật liệu dư thừa được cắt bỏ, đối tượng có thể được đánh giấy ráp hoặc được gắn vào với sơn.

Mặc dù kích thước chính xác của các loại máy in 3D này là hơi ít hơn SLA hay SLS, LOM là một trong những phương pháp in ấn giá cả phải chăng nhất và 3D nhanh nhất có sẵn để tạo các bộ phận tương đối lớn. Nó cũng cho phép đầy màu sắc 3D in các đối tượng.

Công nghệ SLM (Selective Laser Melting)

Đây là công nghệ in 3D kim loại, sử dụng vật liệu dạng bột titan, bột nhôm, bột đồng, bột thép để làm vật liệu in 3D. Công nghệ SLM vận hành tương tự SLA, SLS nhưng sử dụng tia UV, tia laser cường độ lớn.

Vật liệu điển hình được sử dụng là thép không gỉ, nhôm, titan, và cobalt chrome. Đối với các ứng dụng trong hàng không vũ trụ hoặc chỉnh hình y tế ngành công nghiệp, SLM được sử dụng để tạo các bộ phận với hình học phức tạp và cấu trúc thành mõng, với các kênh ẩn hoặc khoảng trống. Ở những nơi khác, như trong đoạn video trên, nó được sử dụng để chế tạo tuabin khí cho ngành công nghiệp năng lượng.

Vì giá thành thiết bị (máy in 3D kim loại) và vật liệu đắt đỏ nên công nghệ này chưa thực sự phát triển tại VN. Các nước có sản xuất máy và sử dụng công nghệ này nhiều nhất đó là: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Ý,… Ở VN một số đơn vị nha khoa sử dụng máy in 3D kim loại để sản xuất răng.

Công nghệ BJ (Binder Jetting)

Đây là công nghệ 3D được phát minh tại MIT. Các công nghệ in 3D xuất hiện dưới nhiều tên. Nó được gọi là “ “in 3D in phun”,”in thả-on-bột” hay – có lẽ phổ biến nhất – là ‘chất kết dính phun’.

Binder phun là một quá trình sản xuất chất phụ gia. Đây là loại máy in 3D sử dụng hai vật liệu: một loại bột có trụ sở (thường thạch cao) nguyên liệu và một tác nhân liên kết. Các đại lý đóng vai trò như một chất kết dính giữa các lớp bột. Thông thường, các chất kết dính được ép đùn ở dạng lỏng từ một đầu in – chỉ cần nghĩ đến một máy in phun 2D thông thường. Sau một lớp xong, tấm xây dựng được hạ xuống và quá trình này lặp đi lặp lại.

Bạn có thể sử dụng công nghệ in 3D này với gốm, kim loại, cát hoặc vật liệu nhựa.

Những loại máy in 3D có một lợi thế rất lớn. Bạn có thể in đầy đủ màu sắc bằng cách thêm các sắc tố để các chất kết dính (thường là màu lục lam, đỏ tươi, vàng, đen và trắng). Điều này khiến nó trở thành phương pháp ưa thích cho ảnh tự chụp đã 3D phổ biến. Hạn chế của phương pháp in 3D này là sự toàn vẹn cấu trúc của các đối tượng. Bạn sẽ không có được độ phân giải cao và in gồ ghề với loại công nghệ in 3D – nhưng có một số trường hợp ngoại lệ.

Ngoài ra còn có tiến bộ trong loại công nghệ in 3D. Trong năm 2016, Hewlett-Packard giới thiệu “Multijet Fusion” (MJF), mà muốn mang Binder phun vào level- tiếp theo.

Thứ nhất, một lớp vật liệu in 3D được triển khai bởi một chiếc xe ngựa. Một cỗ xe thứ hai với một mảng in phun nhiệt đi từ phải sang trái, lắng đọng một cặp tác nhân hóa học trên khắp khu vực làm việc đầy đủ. Một là một tác nhân sấy, để tạo ra một lớp rắn từ vật liệu, và người kia là một đại lý chi tiết, để xác định phác thảo vật lý của lớp được tạo ra. Cuối cùng, năng lượng được áp dụng để xúc tác các tác nhân sấy và bột thấm nhuần với các đại lý chi tiết vẫn còn trơ.

Ứng dụng tiềm năng cho loại máy in 3D dành cho tạo mẫu nhanh và sản xuất ngắn hạn trong ô tô, ngành y tế và hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, mức độ đầy đủ về khả năng MJF vẫn chưa được thành lập, với các tác nhân pha trộn mới hứa hẹn cung cấp thuộc tính khác nhau như đầy đủ màu sắc, độ dẫn, sức mạnh và khả năng phản ứng nhiệt.

Công nghệ MJ (Material Jetting / Wax Casting)

Công nghệ phun Chất liệu được tốt hơn được gọi là”đúc sáp”.  Đó là một kỹ thuật được sử dụng bởi kim hoàn từ nhiều thế kỷ. Mất đúc sáp (hoặc đúc đầu tư) là một quá trình sản xuất mà chủ yếu là cho phép bạn tạo ra đồ trang sức tùy biến có chất lượng rất cao trong kim loại khác nhau. Nhưng với in ấn 3D, có cuối cùng là một quá trình để tự động đúc sáp – và đối với hầu hết kim hoàn, đó là khá một cái gì đó.

Vì vậy, hãy sử dụng công nghệ in 3D nếu bạn là một thợ kim hoàn hoặc muốn thử nghiệm với phôi. Có một số ít các máy in sáp 3D chuyên nghiệp trên thị trường, như “Wax Jet” từ Statasys. Nếu bạn muốn thử nghiệm với công nghệ in 3D này, bạn không cần phải mua một máy in. Có những dịch vụ in ấn 3D như Shapeways hoặc Sculpteo sử dụng máy Vật liệu phun hoặc Multijet Modeling (MJM) cho công nghệ này.

Nova @ MES LAB

To Top