Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất

Công nghệ in 3D đang ngày càng phát triển và dần trở nên phổ biến hơn trong đời sống chúng ta. Đây chính là tiềm năng mới cho ngành sản xuất, chế tạo trên thế giới .Khi sử dụng công nghệ 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.

Công nghệ in 3D là gì ?

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 (G code) 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.

Sự phát triển của công nghệ in 3D

Công nghệ In 3D hoạt động như thế nào?

Công nghệ In 3D hoạt động bằng cách tạo ra các đối tượng ba chiều từ một mô hình số học hoặc file CAD. Nó sử dụng lớp vật liệu để xây dựng các đối tượng 3D bằng cách đặt lớp vật liệu lên nhau. Công nghệ này thường sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế, và nghệ thuật. Để có thể in 3D đầu tiên bạn phải có file in 3D, Có rất nhiều cách để tải file 3D hoặc bạn có thể tự thiết kế 1 file 3d riêng của mình. Việc sử dụng Scan 3D cũng là 1 lựa chọn khá phổ biến hiện nay

Phần mềm chuẩn bị và cắt lớp in 3D

Phần mềm chuẩn bị và cắt lớp cho in 3D đóng vai trò rất quan trọng giữa mô hình 3D và máy in. Để giúp người dùng hiểu rõ phần mềm phân lớp này, dưới đây Meme 3D đã tổng hợp một số phần mềm in 3D chuyên nghiệp và phổ biến các bạn có thể tham khảo nhé

Phần mềmNgười dùngCraftMới bắt đầu hoặc nâng caoCuraMới bắt đầu hoặc nâng caoSimply 3DMới bắt đầu hoặc nâng caoSlic3rNâng cao hoặc chuyên nghiệpSliceCrafterChuyên nghiệp, cao cấpTinkercadMới bắt đầu hoặc nâng cao

Khi tệp của bạn được cắt lớp, nó đã sẵn sàng cho máy in 3D của bạn. Việc nạp tệp vào máy in của bạn có thể được thực hiện qua USB, SD hoặc Wi-Fi. Tệp được cắt lát của bạn hiện đã sẵn sàng để được in 3D theo từng lớp.

Các loại máy in 3D

Máy in 3D được chia thành 2 loại là máy in 3D công nghiệp và máy in 3D để bàn

Các loại vật liệu in 3D

Các vật liệu in 3D hay gọi là chất liệu in 3D sẽ phân thành 3 nhóm in bằng nhựa, bằng kim loại và chất hữu cơ.

Tham khảo bài viết về các loại nhựa in 3D: Tổng hợp các loại nhựa in 3D giá tốt, chất lượng, uy tín - Meme 3D

Quy trình in 3D

Các Loại công nghệ in 3D phổ biến hiện nay

Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling)

Công nghệ FDM

FDM là công nghệ in 3D đơn giản và có giá thành rẻ nhất. Công nghệ in 3D FDM là công nghệ in sử dụng nguyên lý đun nóng chảy vật liệu ở nhiệt độ cao. Sau đó hỗn hợp vật liệu nóng chảy sẽ được đùng qua đầu phun thành các sợi nhựa. Những sợi nhựa in 3D vật liệu nóng chảy này sẽ được sếp chồng từ lớp, khô lại và tạo thành mô hình. Công nghệ in 3D FDM có ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực.

Ưu điểm: Công nghệ in 3D FDM giá rẻ, dễ sử dụng. in được các mẫu khổng lồ.

Nhược điểm: Độ mịn không cao, khó in các mẫu phức tạp.

Ứng dụng: FDM có tầm ứng dụng rất rộng, hầu như mọi lĩnh vực đều có thể áp dụng tốt.

Công nghệ SLA (Stereolithography )

Máy in 3D sử dụng công nghệ SLA

Lớp in bằng công nghệ SLA có thể đạt từ 0.06, 0.08, 0.1, mm, và so với các công nghệ in 3D khác thì SLA là công nghệ in 3D tạo ra sản phẩm nhựa in 3D có độ phân giải, độ mịn cao nhất hiện nay, có thể sử dụng được ngay sau khi in. Công nghệ SLA được sử dụng nhiều trong các nhà máy sản xuất giày dép của các hãng lớn như Nike, Adidas,… để thực hiện công đoạn in 3D tạo khuôn giày và tạo mẫu đế giày nhanh.

Ưu điểm: Có thể sản xuất ra sản phẩm có độ chính xác cao

Nhược điểm: độ bền cơ học không cao

Ứng dụng: Thiết kế sản phẩm, nha khoa y tế….

Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering)

Công nghệ in 3D SLS Là một hình thức tương đối phức tạp. chúng sử dụng tính chất hoá rắn của vật liệu dưới tác động của nhiệt. Công nghệ in sử dụng nguyên liệu là các loại bột như: thuỷ tinh, gốm, sứ, kim loại. Người ta sử dụng tia laser chiếu lên bột nguyên liệu khiến nó tan chảy, kết dính và hoá rắn khi tiếp xúc với nhau tạo thành vật thể.

Ưu điểm: Công nghệ in3D SLS không ngại vật thể có hình dáng phức tạp. Và là công nghệ in 3D màu full color hiệu quả nhất.

Nhược điểm: Quy trình in SLS tốn kém và cần đầu tư nhiều thiết bị hỗ trợ.

Ứng dụng: Tạo mẫu chi tiết máy, sa bàn, kiến trúc, in 3D tượng người

Công Nghệ DLP (Digital Light Processing)

DLP là viết tắt của từ Digital Light Processing là một thiết bị hiển thị dựa trên công nghệ vi cơ điện tử quang học sử dụng thiết bị micromirror kỹ thuật số được phát triển vào năm 1987 bởi Larry Hornbeck của Texas Instruments. Công nghệ DLP là tốc độ in của nó, bạn có thể in các lớp trong tích tắc với loại máy in 3D này. Nó có tốc độ nhanh cùng với độ phân giải cao, cho nên phù hợp trong môi trường chuyên nghiệp.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Các hoạt động của công nghệ DLP

Ưu điểm: Có thể đạt độ tương phản cao,Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ di động hơn do có ít thành phần hơn.

Nhược điểm: Độ bão hòa màu thấp ảnh hưởng nhiều đến dữ liệu.

Công nghệ SLM (Selective Laser Melting)

SLM là công nghệ in 3D kim loại, sử dụng vật liệu in dạng bột titan, bột nhôm, bột đồng, bột thép… Máy in 3D công nghệ SLM hoạt động tương tự như công nghệ SLA, SLS nhưng sử dụng tia UV, tia laser cường độ lớn.

Công nghệ SLM được sử dụng chủ yếu trong ngành hàng không vũ trụ, y khoa chỉnh hình, năng lượng để tạo các chi tiết có kết cấu hình học phức tạp, kết cấu thành mỏng, chi tiết sử dụng trong các ứng dụng hạng nặng như chế tạo tuabin khí cho ngành công nghiệp năng lượng.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Nguyên lý hoạt động công nghệ SLM

Công Nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing)

Công nghệ này sử dụng các lớp vật liệu cán mỏng như giấy, nhựa, gỗ, kim loại… và hợp nhất chúng dưới nhiệt độ và áp suất, sau đó định hình bằng cách cắt tia laser hoặc dao cắt. Sau khi thực hiện quá trình in, bước cuối cùng là gia công và khoan . Mặc dù kích thước chính xác của các sản phẩm trên máy in công nghệ LOM là thấp hơn so với SLA hay SLS, nhưng nó lại là phương pháp in 3D nhanh nhất để tạo các đối tượng tương đối lớn. Hơn nữa, màu sắc khi in từ máy in 3D công nghệ LOM là khá đa dạng.

Công Nghệ EBM (Electron Beam Melting)

Máy in 3D dùng công nghệ EBM thực hiện quá trình in bằng cách sử dụng một chùm tia điện tử máy tính điều khiển trong chân không để làm tan chảy hoàn toàn bột kim loại ở nhiệt độ cao lên đến 1000 độ C. Công nghệ này cho phép sử dụng kim loại như titan tinh khiết, Inconel 718, và Inconel 625 để chế tạo các phụ tùng hàng không vũ trụ và cấy ghép y tế.Tuy nhiên, so với các công nghệ in 3D khác thì công nghệ EBM rất chậm và rất tốn kém.

Công nghệ MJ (Material Jetting)

Material Jetting là một công nghệ in 3D trong đó nguyên liệu được in dưới dạng chất lỏng thông qua một hoặc nhiều đầu phun, tương tự như phương pháp in ấn truyền thống. Vật liệu được in ra thành từng lớp và được đóng rắn ngay sau đó bằng cách sử dụng ánh sáng hoặc nhiệt độ để kích hoạt quá trình đóng rắn.

Công nghệ này có thể in ra các chi tiết có độ phân giải cao và tính chính xác cao, với khả năng in ra các vật liệu có tính chất khác nhau, chẳng hạn như các vật liệu dẻo, cứng, đàn hồi, đàn hồi, v.v.

Trong quy trình này, vật liệu được đưa vào thành từng giọt thông qua một vòi phun có đường kính nhỏ, tương tự như cách thức hoạt động của máy in giấy in phun thông thường, nhưng vật liệu này được áp dụng từng lớp một lên nền bản dựng và sau đó được làm cứng bằng tia UV.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Công nghệ MJ

Công nghệ BJ (Binder Jetting)

In phun kết dính (BJ) là một công nghệ in 3D tương đối mới. Máy in 3D BJ sử dụng bột, được liên kết với nhau bằng chất kết dính lỏng để tạo ra các chi tiết rắn. Có thể xem BJ như một sự kết hợp giữa SLS và phun vật liệu.

Với phun chất kết dính, hai vật liệu được sử dụng: vật liệu gốc dạng bột và chất kết dính dạng lỏng. Trong buồng xây dựng, bột được trải thành các lớp bằng nhau và chất kết dính được đưa vào thông qua các vòi phun tia để “dán” các hạt bột theo hình dạng yêu cầu. Sau khi in xong, phần bột còn lại được làm sạch và thường có thể được tái sử dụng để in đối tượng tiếp theo.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Công nghệ BJ

Material Extrusion

Material Extrusion là công nghệ đùn vật liệu. Vật liệu sẽ được đùn thông qua đầu phun. 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:

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Các bước đùn vật liệu Material Extrusion

Sheet Lamination

Sheet Lamination là một trong những kỹ thuật in 3D cơ bản, trong đó các lớp vật liệu được cắt và xếp chồng lên nhau để tạo thành sản phẩm cuối cùng. Các lớp vật liệu có thể được cắt bằng máy cắt hoặc dao rọc theo hình dạng của sản phẩm được thiết kế. Các lớp được xếp chồng lên nhau và được dán hoặc nối với nhau bằng keo hoặc các loại chất kết dính khác để tạo thành sản phẩm cuối cùng.

Các vật liệu được sử dụng trong Sheet Lamination bao gồm giấy, nhựa, kim loại và thậm chí cả gỗ. Kỹ thuật này thường được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có kích thước lớn hoặc các sản phẩm mà không cần độ chính xác cao như trong các ứng dụng thương mại hoặc giáo dục.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Sheet Lamination

Các bước cán tấm Sheet Lamination:

Continuous Liquid Interface Production (CLIP)

Continuous Liquid Interface Production (CLIP)

Directed Energy Deposition

Directed Energy Deposition (DED) là một phương pháp sản xuất in 3D bằng cách sử dụng một nguồn năng lượng tập trung để chảy và liên kết các vật liệu kim loại hoặc hợp kim lại với nhau.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Phương pháp sản xuất in 3D Directed Energy Deposition

Ứng dụng công nghệ In 3D

Y học, sản xuất bộ phận cơ thể người

Các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ in 3D y tế và máy quét 3D nhằm tạo nên các bộ phận giả, điển hình như chân, tay, răng, xương trên cơ thể người với độ chính xác hoàn hảo và có thể chuyển động linh hoạt theo ý muốn nhờ vào các thiết bị hỗ trợ khác. Điểm ấn tượng nhất là giá thành để sản xuất chúng thông qua công nghệ in 3D khá rẻ, chỉ vài trăm đô so với vài nghìn đô như trước kia.

Tuyệt vời hơn, một số nhà khoa học đang nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bộ phận cơ thể phức tạp (nội tạng) thông qua công nghệ in 3D và công nghệ tách tế bào. Tức là những bộ phận này có thể “sống” và đảm nhận nhiệm vụ tương đương so với bộ phận gốc trên cơ thể người.

Sử dụng công nghệ in 3D trong y học

Nha khoa

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 in 3D như là việc tạo ra các khuôn mẫu cho mão, cầu răng. Hay tạo ra các khuôn nhựa cho việc định hình răng.

Công nghệ in 3D chế tạo răng hàm nha khoa

Lĩnh vực thời trang

Công nghệ in 3D được ứng dụng phổ biến trong quá trình thiết kế thời trang như: phụ kiện, trang sức, quần áo,… Người dùng sử dụng máy quét 3D để lấy số đo, cấu trúc cơ thể người mẫu để tạo ra bộ trang phục phù hợp. Ngoài ra, các chi tiết, phụ kiện trang sức cũng được mô hình hóa thông qua bản in 3D.

Lĩnh vực thời trang

Thực phẩm

Nghe có vẻ khó tin nhưng với những đột phá của công nghệ người ta 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.

Thú vị hơn, một công ty có tên Natural Machines đã tận dụng công nghệ in 3D để sản xuất mì 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.

Thực phẩm

Ô tô, xe máy

Công nghệ in 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.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Ô Tô, xe máy

Kim hoàn

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.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Mẫu in kim hoàn sử dụng công nghệ in 3D

Xây dựng

Một công ty xây dựng cho biết, họ đã sử dụng máy in 3D “khổng lồ” để tạo nên 10 ngôi nhà chỉ trong vòng 24 giờ. Đây là điều khó có thể làm được theo phương pháp truyền thống hiện nay.

Cụ thể hơn, họ sử dụng một máy in 3D để phun xi-măng và một vật liệu thay thế khác cho bê-tông để tạo nên một ngôi nhà hoàn chỉnh với giá khá rẻ, chỉ 5.000 USD. Tuy nhiên, lúc đầu kích thước của ngôi nhà vẫn còn bé và cần nhiều thời gian để hoàn thiện thêm.

Công Nghệ In 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Ngành Sản Xuất
Xây dựng

Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ in 3d

Ưu điểm

Linh hoạt thiết kế: Công nghệ in 3D cho phép tạo ra các mô hình và sản phẩm với các hình dạng và kích thước phức tạp, mà trước đây rất khó để thực hiện bằng các phương pháp truyền thống. Điều này giúp các nhà thiết kế và kỹ sư có thể thể hiện ý tưởng sáng tạo và tạo ra các sản phẩm độc đáo.

Tiết kiệm thời gian và chi phí: So với các phương pháp sản xuất truyền thống, công nghệ in 3D có thể giảm thiểu thời gian và công sức cần thiết để tạo ra một sản phẩm. Chi phí của một bộ phận có liên quan trực tiếp đến lượng vật liệu được sử dụng, thời gian cần thiết để chế tạo bộ phận đó và bất kỳ quá trình xử lý hậu kỳ nào có thể được yêu cầu. Nó cũng giảm thiểu việc sử dụng nhiều nguyên liệu và công cụ, dẫn đến tiết kiệm chi phí sản xuất.

Tùy chỉnh cá nhân: In 3D cho phép tạo ra các sản phẩm tùy chỉnh cá nhân dựa trên nhu cầu cụ thể của mỗi người. Điều này có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ y tế (tạo ra các bộ phận thay thế hoặc định hình phù hợp với cơ thể) đến ngành công nghiệp sáng tạo (tạo ra sản phẩm có tên riêng và thiết kế độc đáo).

Sản xuất hàng loạt nhỏ: In 3D cũng cho phép sản xuất hàng loạt nhỏ, mà trước đây có thể không có tính khả thi kinh tế. Điều này đặc biệt hữu ích cho các công ty khởi nghiệp hoặc doanh nghiệp nhỏ muốn tạo ra các sản phẩm riêng lẻ hoặc số lượng hạn chế.

Nhược điểm

Hạn chế về vật liệu: Công nghệ in 3D hiện tại vẫn hạn chế trong việc sử dụng vật liệu. Mặc dù có nhiều vật liệu khác nhau có thể được sử dụng, như nhựa, kim loại, gỗ, và cao su, nhưng không phải vật liệu nào cũng phù hợp và sẵn có để in 3D. Một số vật liệu đặc biệt hoặc hiệu suất cao có thể rất đắt đỏ hoặc khó có thể in được.

Chất lượng và độ bền: Sản phẩm in 3D có thể có chất lượng và độ bền thấp hơn so với các sản phẩm chế tạo truyền thống. Điều này đặc biệt đúng với các sản phẩm in 3D bằng nhựa, vì chúng có thể bị biến dạng hoặc bị hư hỏng dễ dàng hơn. Công nghệ in 3D vẫn cần phải tiến bộ để đạt được chất lượng và độ bền tương đương với các phương pháp sản xuất truyền thống.

Giới hạn kích thước: Công nghệ in 3D còn hạn chế trong việc in các sản phẩm có kích thước lớn. Kích thước của máy in và mặt bàn làm việc giới hạn cho phép in các sản phẩm có kích thước nhỏ hơn. Điều này có thể làm hạn chế khả năng tạo ra các sản phẩm lớn hoặc các thành phần có kích thước lớn.

Vấn đề bản quyền và sự sao chép: Với sự phát triển của công nghệ in 3D, việc sao chép và tái tạo các sản phẩm đã được thiết kế có thể trở nên dễ dàng hơn. Điều này đặt ra những thách thức liên quan đến quyền sở hữu trí tuệ và bản quyền. Việc bảo vệ và kiểm soát các sản phẩm in 3D có thể trở thành một vấn đề phức tạp và đòi hỏi các biện pháp bảo vệ pháp lý hiệu quả.

Tóm lại, công nghệ in 3D mang lại nhiều ưu điểm và tiềm năng trong nhiều lĩnh vực, nhưng nó cũng đối diện với những nhược điểm và thách thức cần được vượt qua để đạt được sự phát triển toàn diện.

Tại sao nói công nghệ in 3D Cuộc Cách Mạng Đột Phá Sản Xuất Tương Lai ?

Công nghệ in 3D được coi là một cuộc cách mạng công nghệ trong ngành sản xuất vì nó có khả năng thay đổi hoàn toàn cách chúng ta sản xuất và thiết kế các sản phẩm. Có thể nói công nghệ in 3D là không có giới hạn, bạn có thể in bất cứ đồ vật, chi tiết hay đối tượng nào mà bạn có thể tưởng tượng ra.Nó phụ thuộc vào ý tưởng hay sáng tạo của con người.Các lợi ích của công nghệ in 3D làm cho nó trở thành một công nghệ đột phá trong ngành sản xuất và sẽ tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của Cách Mạng Công Nghiệp 4.0

Link nội dung: https://iir.edu.vn/cong-nghe-in-3d-cuoc-cach-mang-dot-pha-nganh-san-xuat-a17927.html