Công nghệ In 3D là gì? Nguyên lý hoạt động của máy in 3D

Công nghệ in 3D, máy in 3D đã quá quen thuộc và trở nên khá phổ biến trên thị trường hiện nay. Vậy in 3D là gì và có gì đặc biệt mà nhiều người chú ý đến vậy và nói rằng, đây sẽ là tương lai của thế giới?

CÔNG NGHỆ IN 3D LÀ GÌ?

Công nghệ in 3D (Three Dimensional Printing) hay còn gọi là Công nghệ sản xuất đắp dần, là một chuỗi kết hợp các công đoạn khác nhau để tạo ra một vật thể ba chiều. Trong In 3D, các lớp vật liệu được đắp chồng lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm soát của máy tính để tạo ra vật thể. Các đối tượng này có thể có hình dạng bất kỳ, và được tạo ra từ một mô hình 3D hoặc các nguồn dữ liệu điện tử khác.

Một sản phẩm từ công nghệ in 3D

Ví dụ cho bạn dễ hiểu, in 3D có nguyên tắc hoạt động như các hệ thống máy chụp CT hay cộng hưởng từ (MRI). Các thiết bị này có khả năng quét và chụp cắt lớp bất kỳ bộ phận nào trên cơ thể người. Và nếu như bạn xếp chồng các lớp này lại mới nhau sẽ tạo nên một hình ảnh 3 chiều của cơ quan, bộ phận trên cơ thể. Và điều này hoàn toàn tương tự như công nghệ in 3D.

Tùy vào cách thức xếp chồng và xây dựng mô hình 3D và vật liệu cấu thành, công nghệ in 3D được phân thành 3 nhóm chính sau:

• Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu in 3D dạng nhựa dẻo và phi kim loại.

• Công nghệ in 3D từ vật liệu kim loại.

• Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu hữu cơ.

QUY TRÌNH IN 3D

• Thiết kế mô hình CAD 3D

• Tạo các thiết kế 3D  với định dạng STL

• Cắt file STL thành những tiết diện theo thứ tự trên trục Z nếu sử dụng máy in khổ nhỏ

• Xây dựng mô hình (một) lớp trên đỉnh của lớp trước đó

• Làm sạch và hoàn thành vật thể

Trong quy trình in 3D việc xác định hướng đặt rất quan trọng với nhiều lý do:

• Tính chất của mẫu tạo thành sẽ thay đổi tương đồng với phương hướng gá đặt. Ví dụ: mẫu sẽ yếu hơn và chính xác không cao theo phương Z so với phương XY

• Hướng đặt mô hình quyết định thời gian in mô hình. Vì thế nên đặt phương ngắn nhất của vật thể theo hướng Z của thiết bị để giảm số lượng các lớp do đó rút ngắn thời gian in.

• Mỗi lát cắt (layer) có bề dày dao động từ 0.016mm đến 0.7mm... tùy theo công nghệ khác nhau. 

• Chương trình cũng đồng thời tạo ra một cấu trúc vật liệu hỗ trợ đỡ các mô hình trong quá trình in (gọi là vật liệu support). Nó hỗ trợ hữu ích cho các tính năng của mô hình như: phần nhô ra không chân (beam); lỗ rỗng bên trong và phần vách mỏng. Mỗi nhà sản xuất máy in 3D cung cấp phần mềm lập trình in 3d của riêng mình.

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D

1. Thực phẩm:

Đột phá của công nghệ in3D là có thể sản xuất thực phẩm tiêu dùng hàng ngày thông qua máy in 3D. Tại triển lãm điện tử tiêu dùng Las Vegas, công ty 3D Systems đã giới thiệu một chiếc máy in 3D có thể sử dụng nguyên liệu socola, đường, vani để tạo ra nhiều loại bánh, kẹo có hình dạng khác nhau, tất nhiên là ăn được rồi.

Bánh kẹo tạo ra từ công nghệ in 3D

Thú vị hơn, một công ty có tên Natural Machines đã tận dụng công nghệ in 3D để sản xuất mỳ ống và nhiều thực phẩm tiêu dùng khác. Tất nhiên, bạn sẽ rất khó phân biệt chúng với các đồ dùng sản xuất theo công nghệ truyền thống.

2. Y tế:

In 3D đã được sử dụng để in biệt cụ thể là bệnh nhân và thiết bị dùng trong y tế. Hoạt động thành công bao gồm titan xương chậu cấy vào một bệnh nhân người Anh, titan thấp hơn hàm cấy ghép cho bệnh nhân Bỉ và một nhựa khí quản nẹp cho một trẻ sơ sinh Mỹ. Các thiết bị trợ thính và các ngành nha khoa được dự kiến sẽ là khu vực lớn nhất của sự phát triển trong tương lai bằng cách sử dụng công nghệ in 3D tùy chỉnh

3. Thiết kế quần áo, phụ kiện, trang sức:

Bạn có biết, trong một show diễn thời trang của Victoria’s Secret 2013, rất nhiều phụ kiện trang sức lấp lánh được các người mẫu sử dụng. Đặc biệt hơn, chúng được tạo ra từ công nghệ in 3D.

Theo nhà thiết kế thời trang Iris van Herpen, trong tương lai gần chúng ta sẽ có thể sử dụng máy quét 3D và sử dụng công nghệ in 3D để tạo nên những bộ quần áo vừa với kích cỡ từng người chỉ trong thời gian ngắn. Đây sẽ là bước đột phát ấn tượng nhất làm thay đổi nghành thời trang và phụ kiện thời trang.

4. Xây dựng:

Ngôi nhà được xây băng công nghệ in 3D

Việc sử dụng thêm được phát triển là xây dựng in, hoặc bằng cách sử dụng in ấn 3D để xây dựng các tòa nhà. Điều này có thể cho phép thi công nhanh hơn cho chi phí thấp hơn, và đã được nghiên cứu để xây dựng môi trường sống ngoài Trái đất.

 Ví dụ, các dự án Sinterhab đang nghiên cứu một căn cứ mặt trăng được xây dựng bằng cách in 3D bằng cách sử dụng âm lịch regolith là một cơ sở vật chất. Thay vì thêm một đại lý liên kết với các regolith, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm với lò vi sóng thiêu kết để tạo khối rắn từ các nguyên liệu thô.

CÔNG NGHỆ IN 3D LÀ TƯƠNG LAI CỦA THẾ GIỚI?

Từ những ứng dụng vào thực tế của công nghệ in 3D được nêu trên thì chúng ta cũng phần nào cũng đánh giá được đây là một xu hướng phát triển đầy mạnh mẽ trong thời gian tới, xu hướng của tương lai.

Ưu điểm đầu tiên mà chúng ta không thể bỏ qua, Công nghệ in 3D còn được gọi Công nghệ tạo mẫu nhanh. Đúng như tên gọi của nó, công nghệ này có sự vượt trội về thời gian chế tạo một sản phẩm hoàn thiện. “Nhanh” ở đây cũng chỉ là một giới hạn tương đối. Thông thường, để tạo ra một sản phẩm mới mất khoảng từ 3 – 72 giờ, phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của sản phẩm. Có thể bạn cho rằng khoảng thời gian này có vẻ chậm, nhưng so với thời gian mà các công nghệ chế tạo truyền thống thường mất từ nhiều tuần đến nhiều tháng để tạo ra một sản phẩm thì nó nhanh hơn rất nhiều. Chính vì cần ít thời gian hơn để tạo ra sản phẩm nên các công ty sản xuất tiết kiệm được chi phí, nhanh chóng đưa ra thị trường những sản phẩm mới.

Ưu điểm tiếp theo là Công nghệ in 3D được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực, chi phí thấp và tiếp kiệm được rất nhiều thời gian.

Nhà làm bằng Công nghệ in 3D của hãng Icon

Ví dụ như hãng Startup Icon tuyên bố hồi tháng 3 năm 2018 rằng hãng in 3D ngôi nhà rộng 60 mét vuông trong 12 – 24 giờ. Đây là ngôi nhà đầu tiên được làm bằng công nghệ của hãng Icon, được giới thiệu tại bang Texas (Mỹ). Đến tháng 10, startup công bố khoản tài trợ 9 triệu USD để mở rộng nhiều dự án in 3D.

Máy In 3D ở trung tâm CAMMECH

Tất cả các học viên của trung tâm CAMMECH được sử dụng máy in 3D miễn phí để phục vụ công việc học tập!

Việc ứng dụng công nghệ in 3D vào các khóa học thiết 3D như Solidworks, Creo, NX,… giúp cho học viên có thêm các kiến thức về các công nghệ mới. Giúp cho các học viên của CAMMECH có thể nắm bắt được việc thiết kế 3D đơn giản hơn!

Ví dụ: Sản phẩm được thiết kế Solidworks và được in 3D thực tế như sau:

Các bạn có thể tham khảo các khóa học thiết kế 3D của trung tâm CAMMECH để có thể đăng ký học!