CÔNG NGHỆ IN 3D | VNMECHANICAL - EU-Vietnam Business Network (EVBN)

1. Công nghệ in 3D là gì?

Khái niệm một cách đơn giản và dễ hiểu nhất, thì Công nghệ in 3D là quá trình tạo ra các mô hình vật lý (mẫu thực) từ mô hình số hóa (file thiết kế 3D trên máy tính) một cách tự động thông qua các máy in 3D.

2. Các ứng dụng nổi bật của công nghệ in 3D

Ứng dụng của công nghệ in 3D đang phát triển rộng rãi từng ngày, nó thâm nhập sâu từ các lĩnh vực công nghiệp vĩ mô như hàng không, vũ trụ đến các ngành cơ bản như y tế, giáo dục, xây dựng, kiến trúc và thậm chí là cả ẩm thực, nghệ thuật và thời trang. Khả năng ứng dụng của công nghệ in 3D rộng rãi tới mức, đôi khi truyền thông nói về công nghệ này, người ta đều nghĩ rằng đó là những bài quảng bá cường điệu và viễn tưởng, khả năng ứng dụng như vậy là không thực sự tồn tại ngoài đời thực.

Có thể nói một cách không ngoa rằng, công nghệ in 3D giúp con người vượt qua được mọi giới hạn trong sản xuất (bởi vì tất cả những gì bạn có thể nghĩ ra, chỉ cần bạn thiết kế được là có thể sản xuất được). Đây được xem là công nghệ có thể thay đổi cách thức mà thế giới này vận hành.

Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của công nghệ in 3D:

Trong ngành công nghiệp điện tử:

Máy in 3D đã được sử dụng để chế tạo các bộ phận phức tạp đặc biệt từ các chất liệu khác nhau và đã mở ra một trào lưu mới của ngành công nghiệp này.

Trong công nghiệp thời trang:

Đã có những show diễn mà ở đó người mẫu trình diễn các trang phục được sản xuất 100% bằng công nghệ in 3D. Trang sức và trang phục thiết kế theo yêu cầu cá nhân được sản xuất bằng công nghệ in 3D hiện nay đã trở nên khá phổ biến trên thế giới.

Trong công nghiệp sản xuất:

Đây là ngành sử dụng máy in 3D nhiều nhất. Lý do chính khiến công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong môi trường công nghiệp là do nó cho phép sản xuất các mô hình có hình dạng phức tạp, cắt giảm phế liệu, tạo nhanh sản phẩm thử nghiệm theo yêu cầu. Vì vậy, in 3D mở ra tiềm năng về lợi thế chi phí sản xuất, cải tiến quy trình và cả sản phẩm cho các nhà cung cấp trong một số trường hợp cụ thể.

Trong công nghiệp oto:

Người ta sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất thử nghiệm các thiết kế, tạo mẫu và sản xuất một số bộ phận, công cụ lắp ráp đặc biệt. Ngoài ra, người ta cũng đã dùng công nghệ in 3D để sản xuất ra những chiếc xe hoàn chỉnh.

Trong ngành hàng không vũ trụ:

Đã có công ty ứng dụng công nghệ in 3D trong việc sản xuất ra các bộ phận máy bay, đặc biệt là các bộ phận có hình dạng phức tạp. Quan trọng hơn, người ta đang kỳ vọng rằng bằng cách đưa các máy in 3D ra ngoài không gian, các nhà du hành vụ trụ có thể tự sản xuất các bộ phận thay thế ngay khi cần thiết. Chỉ cần có máy in và vật liệu in ấn được dự trữ sẵn, khi có bất kỳ hỏng hóc gì trong các chuyến du hành vũ trụ, nhà du hành có thể nhận file thiết kế từ trái đất chuyển lên và trực tiếp in ra các bộ phận thay thế ở ngoài không gian.

Trong công nghiệp quốc phòng:

Ngành công nghiệp quốc phòng sử dụng in 3D cho các mục đích sản xuất đặc biệt và tiết kiệm chi phí. Hiện nay các máy 3D in kim loại dùng để sản xuất súng đã ra đời.

Trong công nghiệp thực phẩm:

Đã có nhiều công ty chuyên về ứng dụng công nghệ in 3D trong thực phẩm được thành lập. Người ta có thể thiết kế các món ăn như socola hay bánh kẹo thành những hình dạng đẹp mắt và cầu kỳ, sau đó sử dụng các nguyên liệu thực phẩm ở dạng lỏng hoặc dạng bột để in thành món ăn theo những hình dạng đã được thiết kế.

Trong y tế:

Công nghệ in 3D đã được ứng dụng để sản xuất các mô hình sinh học (các mô hình giải phẫu bộ phận cơ thể con người như xương, răng, tai giả v.v…). Công nghệ này cũng được sử dụng để hỗ trợ các thử nghiệm về phương pháp và công nghệ y tế mới, tăng cường nghiên cứu y khoa, giảng dạy và đào tạo đội ngũ y bác sĩ. Đặc biệt, với Bioprinting (in 3D các mô sinh học), người ta còn kỳ vọng là có thể sản xuất ra các bộ phận cơ thể người phục vụ cho việc thay thế và cấy ghép các cơ quan bị hỏng (như ghép da, ghép thận, ghép tim v.v…)

Trong giáo dục:

In 3D cũng có những ứng dụng rất thiết thực, đặc biệt liên quan đến các môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật và kỹ năng toán học. Sinh viên có thể thiết kế và sản xuất các sản phẩm trong lớp học và có cơ hội thử nghiệm các ý tưởng, vừa học vừa làm với máy in 3D. Cách làm này làm tăng hứng khởi học tập, làm việc theo nhóm, tương tác trong lớp học cũng như hỗ trợ khả năng sáng tạo, kỹ năng máy tính, và khả năng tư duy ba chiều của sinh viên

Trong kiến trúc và xây dựng:

Kiến trúc và xây dựng dù mới chỉ ở giai đoạn đầu tiên nhưng đã có rất nhiều nỗ lực được thực hiện thành công trong việc xây dựng các toà nhà bằng các máy in 3D khổng lồ. Vật liệu phổ biến nhất cho in xây dựng là nhựa, bê tông và cát. Phương ph áp in 3D trong xây dựng có thể mang lại những cải tiến đáng kể về chất lượng, tốc độ, chi phí, đặc biệt là trong chi phí lao động, cải thiện tính linh hoạt, đảm bảo an toàn xây dựng và giảm các tác động môi trường. Ngoài ra, người ta cũng dùng công nghệ in 3D để in ra các mô hình kiến trúc, các thiết kế căn hộ để phục vụ cho việc trưng bày hoặc kiểm tra lại thiết kế.

Trong gia đình:

Máy in 3D để bàn cho phép bạn sản xuất bất cứ thứ gì bạn muốn ngay trong căn nhà riêng của mình, tất nhiên là với kích thước phù hợp với máy in và các nguyên liệu có thể có. Các vật dụng yêu thích như đồ chơi, đồ dùng và đồ vật trang trí là những ứng dụng phổ biến nhất. Nhờ máy in 3D để bàn, mỗi người có thể tự thiết kế và sản xuất vật dụng theo yêu cầu riêng biệt, làm nên cá tính của bản thân.

3. Các lọa vật liệu được sử dụng trong In 3D:

Vật liệu dùng trong in 3D có thể chia thành 3 nhóm chính: vật liệu polymer; kim loại và các loại vật liệu khác.

– Polymer: Có thể kể đến như nhựa ABS, nhựa PLA, Resin v.v… mỗi loại vật liệu này cũng đều có những đặc tính riêng. Ví dụ như:

Sợi nhựa ABS:

Là vật liệu tổng hợp có nguồn gốc từ dầu mỏ và được sử dụng nhiều nhất cho máy in 3D FDM sơ cấp. Đặc tính của nhựa ABS là có độ bền cao, chiu lực tốt , chịu được nhiệt độ cao, linh hoạt. Các sản phẩm tạo ra từ vật liệu in 3D là nhựa ABS được ứng dụng trong công nghiệp: sản xuất ống cống, ống chất thải, linh kiện ô tô, dụng cụ nhà bếp…

Nhựa PLA:

Là nhựa nhiệt dẻo phân huỷ sinh học. Nhựa có nguồn gốc từ các nguồn tái tạo như bột ngô, mía, của sắn.Bản chất ban đầu của PLA có màu trong suốt nên nó có thể dễ dàng nhuộm thành bất cứ màu gì hay bất cứ sắc độ đậm nhạt nào cũng được và có khả năng phát sáng trong buổi tối. Khi chọn vật liệu in 3D là nhựa PLA thì sẽ không bền và dẻo như nhựa ABS nhưng nhựa PLA cứng và khỏe hơn ABS nên đôi khi khó chế tác gia công đối với những chi tiết ở những bộ phận phải lồng ghép vào nhau như khớp nối chẳng hạn.

Nhựa Resin:

Là một loại nhựa tổng hợp thường được dùng trong công nghệ in SLA nhiều hơn thay vì ABS và PLA vốn hay dùng với công nghệ FDM. Resin có rất nhiều loại, chủ yếu sử dụng được là những loại có thể ngưng kết dưới tác động của tia UV, tức là bao gồm những chất như acrylics, epoxies, urethanes, polyesters, silicones….

– Kim loại: Đặc điểm của nhóm vật liệu này là thường được xử lý ở dạng bột, khi in ra thành phẩm có độ cứng và độ bền cao, có thể sử dụng trực tiếp. Một số vật liệu in 3D kim loại phổ biến có thể kể đến như: nhôm (alunium), dẫn xuất cacbon, thép không gỉ, vàng, bạc ( là vật liệu in 3D được sử dụng trong máy in 3D nữ trang), titanium…

– Các loại vật liệu khác: Các loại vật liệu khác cũng được sử dụng trong công nghệ in 3D có thể kể đến như: socola, đường kính (được dùng trong in 3D thực phẩm); đất sét (dùng trong in 3D sản xuất các sản phẩm thủ công mỹ nghệ) hoặc mô, tế bào (dùng trong 3d printing).

Các vật liệu in 3D hiện nay dù vẫn còn đang là 1 hạn chế cho việc ứng dụng công nghệ này trong đời sống, xong nó đang được thế giới tiếp tục nghiên cứu và phát triển, trong tương lai không xa, các loại vật liệu này sẽ ngày càng đa dạng hơn, đáp ứng được nhiều mục đích sử dụng khác nhau của con người.

Nhìn chung, in 3D là ngành công nghệ đang trên đà phát triển và hứa hẹn sẽ đóng góp một phần quan trọng trong cuộc cách mạng 4.0 – giúp thay đổi cách thức mà thế giới này vận hành.