Máy in 3D là gì, công nghệ in 3D là gì?

Công nghệ in 3D không phải là công nghệ mới hiện nay, nhưng để nói hết những ứng dụng tuyệt vời của nó trong cuộc sống thì không phải ai cũng có thể hiểu hết được. Đây là một phát minh mới lạ của nhân loại và đã tạo ra nhiều thành tựu trong nhiều lĩnh vực như sản xuất các sản phẩm công nghiệp, thiết kế nội thất, sản xuất tiêu dùng, giáo dục, thời trang, công nghệ làm bánh… Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu công nghệ này là gì và máy in 3D dùng để sản xuất ra các thành tựu tiên tiến hoạt động như thế nào nhé!

Công nghệ in 3D là gì? Máy in 3D là gì?

Công nghệ in 3D hay còn được gọi với cái tên khác là Công nghệ sản xuất đắp dần, là phương pháp kết hợp các công đoạn khác nhau để phân tách mô hình 3D thành các lớp xếp chồng lên nhau và thành quả cuối cùng là cái vật thể 3D mà ta có thể cầm, nắm, cảm nhận như mô hình xe hơi, mẫu chai nước ngọt, lọ hoa, giày, quần áo, đôi giày… hay thậm chí là có thể sản xuất thức ăn, các tòa nhà đồ sộ.

Vào tháng 8/2020 vừa qua, Công ty xây dựng Kamp C của Bỉ xây toàn bộ ngôi nhà hai tầng có diện tích khoảng 90 m2 bằng cách in nguyên khối từ chiếc máy in 3D lớn nhất châu Âu có kích thước 10m x 10m.

Máy in 3D thật ra là một robot công nghiệp, cũng chính là công cụ tạo ra những vật thể hữu hình với đủ mọi hình dạng kích thước khác nhau. Nguyên tắc hoạt động của chúng có phần tương tự nguyên tắc hoạt động như các hệ thống máy chụp CT hay cộng hưởng từ (MRI) để quét và chụp cắt lớp bất kỳ vật thể nào, sau đó sẽ đến công đoạn xếp chồng lên nhau. Để có thể tạo ra các sản phẩm, người ta có thể áp dụng các công nghệ khác nhau:

  • Công nghệ in li-tô lập thể (SLA – Stereolithography) do Hideo Kodama phát minh vào năm 1984
  • Công nghệ mô hình hoá lắng đọng nóng chảy (FDM – Fused Deposition Modeling) do S. Scott Crump phát triển vào cuối những năm 1980
  • Công nghệ xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP – Digital Light Processing) được phát minh vào năm 1987 bởi Larry Hornbeck
  • Công nghệ dùng laser tạo hình vật thể (SLS – Selective Laser Sintering) được phát minh bởi Carl Deckard vào năm 1986 ở Texas, Mỹ
  • Công nghệ nhiệt hạch (Selective Laser Melting – SLM) được tạo ra vào năm 1995 tại Viện Fraunhofer ILT ở Aachen, Đức
Công nghệ in 3D
Công nghệ in 3D
  • Công nghệ hồ quang (Electron Beam Melting- là EBM) được phát triển bởi công ty công nghệ Thụy Điển, Arcam
  • Công nghệ sản xuất đối tượng nhiều lớp (Laminated Object Manufacturing – LOM) do Michael Feygin nghiên cứu thành công vào năm 1985
  • Công nghệ in phun kết dính (Binder Jetting – BJ) ra đời tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vào năm 1993
  • Công nghệ đúc sáp (MJ – Material Jetting) được phát triển bởi công ty Solidscape vào năm 1996 và là công nghệ ra đời muộn nhất
  • Theo công ty chuyên máy in ấn – máy photocopy Hưng Phúc Khang thì công nghệ in 3D thật sự là 1 bước tiến nhưng chưa có sự phát triển đột phát và đầu tư phát triển, nhu cầu sử dụng thực tiễn không cao như các máy in, máy photocopy thông thường, chủ yếu sử dụng vào các việc công nghệ cao, tầng lớp cao vì chi phí lớn.

Xem thêm: Công nghệ AR Card

Các bước in 3D

Để in 3D, người in cần chuẩn bị ba công cụ sau: file thiết kế 3D, máy in 3D, mực in 3D. Cụ thể, quy trình in 3D gồm các bước dưới đây:

Bước 1: chuẩn bị mô hình CAD – Computer-aided design 3 chiều. Bạn có thể tải miễn phí tại các trang thingiverse hoặc sketchfab hoặc tự tạo mô hình 3D cho mình bằng các phần mềm như: Solidworks, ProE,..

Bước 2: chuyển file sang định dạng STL (stereolithography). Đây là định dạng tiêu chuẩn để thể hiện các vật thể rắn của ngành công nghiệp tạo mẫu nhanh dưới sự hỗ trợ của máy vi tính. Các file STL mô tả bề mặt hình học của đối tượng 3D mà không bao gồm màu sắc hay kế cấu hay các thuộc tính CAD phổ biến khác. Ngoài ra khả năng thể hiện bề mặt cong của file này cũng chỉ tương đối.

Bước 3: đưa file vào phần mềm “cắt tách” để điều chỉnh kích thước, vị trí và hướng đặt để mô hình. Sau đó phần mềm sẽ tiến hành cắt tách, chỉnh sửa các số liệu, cài đặt thông số để phần mềm xuất ra file GCODE để máy in có thể đọc được.

Bước 4: dữ liệu được truyền tới máy in 3D, sử dụng mực in và công nghệ in tích hợp sẵn trong máy (9 công nghệ in đã kể trên) để tạo hình. Có nhiều loại mực in ứng với từng công nghệ in 3D riêng biệt, chẳng hạn nhựa in 3D dạng sợi: chất liệu ABS, PLA, PETG, Nylon,… mực resin chuẩn, resin trong suốt, resin đúc kim hoàn hoặc bột mịn. Về máy in 3D hiện nay cũng có nhiều loại với nhiều mức giá khác nhau, tùy thuộc vào mục đích như máy in 3D mini, máy in 3D văn phòng, máy in 3D khổ lớn, máy in 3D Resin.

Bước 5: đến bước cuối cùng của quy trình thì motor máy sẽ tiến hành kéo và làm chảy sợi nhựa qua vòi phun, sau đó in chồng nhiều lớp lên nhau như file thiết kế đã dựng sẵn, tạo nên vật thể hoàn chỉnh. Sau đó vật thể sẽ được làm sạch và xử lý bề mặt bằng cách: đánh nhám hay sơn phủ để cải thiện hình dạng và độ bền.

Ứng dụng công nghệ in 3D tạo ra mô hình sinh học
Ứng dụng công nghệ in 3D trong tạo ra mô hình sinh học

Công nghệ in 3D – Tương lai của thế giới

Công nghệ in 3D thật ra đã xuất hiện từ rất lâu: ra đời vào năm 1980 bởi Charles Hull, người sáng lập công ty in 3D danh tiếng Systems Corporation. Tuy nhiên ở thời điểm đó, khái niệm in 3D vẫn còn khá lạ lẫm với người dùng, kỹ thuật máy móc chưa tân tiến cũng như giá thành một chiếc máy in 3D vô cùng đắt, lên đến vài trăm nghìn USD. Đó chính là lý do hạn chế sự phổ biến của công nghệ tiên tiến này. Tuy nhiên theo thời gian, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, giá thành máy in 3D đã giảm đáng kể, và dần dần chúng xuất hiện nhiều hơn trong cuộc sống của nhân loại.

Ứng dụng của công nghệ in 3D đang ngày phổ biến rộng rãi, nó thâm nhập sâu vào các lĩnh vực từ hàng không, xây dựng, sản xuất thực phẩm, ngành công nghiệp nặng, giáo dục, y tế… với những ví dụ cụ thể:

  • Ứng dụng vào ngành điện tử: người ta sử dụng máy in 3D để sản xuất các bộ phận, linh kiện phức tạp của các loại máy móc, robot…
  • Ứng dụng vào ngành sản xuất: là ngành mà công nghệ in 3D được áp dụng nhiều nhất khi cho ra đời nhiều sản phẩm từ nhỏ đến lớn. Thậm chí công nghệ in 3D có thể sản xuất các mô hình có hình dạng phức tạp, cắt giảm phế liệu, tạo nhanh sản phẩm thử nghiệm theo yêu cầu để tiết kiệm thời gian sản xuất, tăng hiệu quả và cắt giảm chi phí.
  • Ứng dụng vào ngành thời trang: sản xuất trang phục 100% bằng công nghệ in 3D
  • Ứng dụng vào ngành chế tạo ô tô: sản xuất các bộ phận của chiếc xe ô tô hay thậm chí là một chiếc ô tô hoàn chỉnh bằng công nghệ in 3D.
  • Ứng dụng vào ngành hàng không vũ trụ: sản xuất ra các bộ phận máy bay, phi thuyền, tên lửa, đặc biệt là các bộ phận có hình dạng phức tạp. Thậm chí các phi hành gia đang kỳ vọng chỉ với máy in 3D, họ có thể sản xuất các bộ phận thay thế nếu chẳng máy phi thuyền có hỏng hóc trong quá trình du hành vũ trụ
  • Ứng dụng vào ngành y tế: sản xuất mô hình giải phẫu con người, mô sinh học… phục vụ quá trình nghiên cứu và giảng dạy
  • Ứng dụng vào ngành an ninh quốc phòng: dùng công nghệ in 3D để sản xuất súng và vũ khí
  • Ứng dụng vào ngành sản xuất thực phẩm: tạo ra những món ăn từ máy in 3D y như thật
  • Ứng dụng vào ngành giáo dục: ứng dụng trong các chuyên ngành về khoa học – kỹ thuật – công nghệ thông tin để giảng dạy cho học viên
Xe đạp bằng sợi carbon in 3D
Xe đạp bằng sợi carbon nguyên khối đầu tiên trên thế giới Arevo

Trên thế giới, công nghệ in 3D đã đạt được những thành tựu đáng nể, gần đây nhất có thể kể đến Công ty công nghiệp nặng và xây dựng Doosan Heavy của Hàn Quốc sử dụng công nghệ in 3D trong sản xuất linh kiện hàng không vũ trụ, Đại học Công nghệ Hà Bắc, Trung Quốc xây dựng cầu in 3D dài nhất thế giới 28,1m, Mỹ sản xuất lõi lò phản ứng hạt nhân bằng công nghệ in 3D… Tại Việt Nam, CEO Arevo Vũ Xuân Sơn nổi tiếng với chiếc xe đạp bằng sợi carbon nguyên khối đầu tiên trên thế giới in bằng công nghệ 3D vừa tiết lộ kế hoạch xây nhà máy in 3D sợi carbon lớn nhất thế giới tại Việt Nam, mở ra một tương lai hứa hẹn cho công nghệ in 3D tại đất nước hình chữ S.

Xem thêm: Công nghệ VR là gì, AR là gì?

Có thể nói với những tính năng ưu việt của mình, công nghệ in 3D đang được kỳ vọng là tương lai của nhân loại, đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất. Hy vọng bài viết trên của Kayac sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ in này.