Công nghệ in 3D được ứng dụng như thế nào trong sản xuất thực tiễn?

Author
Sự bùng nổ của công nghệ in 3D bắt đầu cách đây vài năm, thu hút mạnh mẽ sự chú ý của truyền thông và công chúng. Mọi người bắt đầu tìm hiểu và tin rằng đây thực sự là một tiềm năng rất lớn cho ngành sản xuất chế tạo trên thế giới. Mọi người đều bị chinh phục bởi ý tưởng có thể tạo ra mọi sản phẩm 3D tùy chỉnh như họ mong muốn.
Mặc dù gần đây in 3D mới là khái niệm và ý tưởng được nhiều người quan tâm, nó đã được phát minh từ khá lâu. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu xem công nghệ in 3D là gì, lịch sử hình thành và các lĩnh vực mà công nghệ in 3D có thể ứng dụng.
Lịch sử hình thành công nghệ in 3D
Hãy xem một số mốc thời gian lịch sử của ngành công nghệ in 3D
  • 1980: Dr Kodama là cha đẻ của ý tưởng 3D – phát minh ra công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping)
  • 1986: Bằng sáng chế đầu tiên cho thiết bị tạo khối Stereolithography được trao cho Charles (Chuck) Hull – người sau này đã thành lập ra công ty 3D Systems.
  • 1988: Chiếc máy in 3D đầu tiên trên thế giới: SLA-1 được sản xuất
  • 1992: Bản quyền công nghệ in FDM thuộc về Stratasys
  • 1999: Bắt đầu thử nghiệm in 3D nội tạng
  • 2009: FDM đã hết thời hạn bảo hộ bản quyền và được nhiều công ty ứng dụng rộng rãi
Có thể thấy rằng, công nghệ in 3D đầu tiên và lâu đời nhất là SLA.. Tuy nhiên, công nghệ FDM lại dễ dàng phổ cập và sử dụng nhất nên vẫn nhiều người nhầm tưởng đây là công nghệ sơ khai ban đầu, hoặc FDM là kỹ thuật in 3D duy nhất.
Ngay thời điểm công nghệ in 3D FDM ra đời, nó cũng chưa được phổ biến rộng rãi vì được bảo hộ bản quyền. Vậy nên phải tới năm 2009, khi bản quyền FDM hết hiệu lực, in 3D mới được nhân rộng ra nhanh chóng, và phổ cập trên hàng loạt các phương tiện truyền thông. Cho tới nay, kỹ thuật in 3D không còn quá xa lạ trên thị trường, và ngày càng phát triển mạnh mẽ.
Công nghệ in 3D là gì?
Nguyên tắc cơ bản nhất phân biệt in 3D với sản xuất truyền thống là quy trình sản xuất bồi đắp. In 3D là một phương pháp sản xuất hoàn toàn khác dựa trên công nghệ tiên tiến, từng lớp bồi đắp lên, để hình thành dần chi tiết, với độ chính xác của từng lớp in là mm. Điều này về cơ bản khác với bất kỳ kỹ thuật sản xuất truyền thống nào hiện có.


Một thiết kế CAD 3D được phân thành nhiều lớp
In 3D bắt đầu với một tệp thiết kế CAD. Khi thiết kế được hoàn thành, nó phải được xuất ra thành tập tin STL, tệp tin được chuyển dạng sang vô số các mặt và đỉnh của tam giác. Tệp STL sau đó sẽ được cắt thành hàng trăm – đôi khi hàng nghìn lớp 2D.
Máy in 3D sau đó đọc các lớp 2D, và chạy in từng lớp, từng lớp chồng lên nhau, tạo thành một sản phẩm khối ba chiều. Tất cả các tệp thiết kế, bất kể công nghệ in 3D nào, đều được cắt thành từng lớp trước khi in.
Độ dày lớp in – kích thước của từng lớp in – được xác định một phần bởi công nghệ, một phần do vật liệu, và một phần theo độ phân giải và thời gian mong muốn của bạn; các lớp in dày hơn tương đương với thời gian in nhanh hơn, các lớp mỏng hơn tương đương với độ phân giải tốt hơn, chi tiết mịn hơn và ít phải xử lý sau khi in.
Ứng dụng công nghệ in 3D
Mục đích ban đầu của phương thức in 3D là để tạo mẫu công nghiệp một cách nhanh chóng và đơn giản, nhằm đẩy nhanh giai đoạn phát triển sản phẩm, phương thức sản xuất nguyên mẫu cho phép lặp lại nhiều mẫu thử với một giải pháp tối ưu. Điều này tiết kiệm thời gian và tiền bạc ngay từ khi bắt đầu quá trình phát triển toàn bộ sản phẩm và đảm bảo được độ chính xác trước khi làm công cụ sản xuất.
Vì vậy, trong các ứng dụng của công nghệ in 3D ngày nay, Prototyping – tạo mẫu nhanh vẫn là ứng dụng lớn nhất, mặc dù đôi khi bị bỏ quên.
Xét về các thị trường ngành dọc đang được hưởng lợi rất nhiều từ nền công nghiệp in 3D, sau đây là một số ngành ứng dụng cơ bản:
  • Y khoa và nha khoa
Ngành y tế được xem như là một trong những ngành đón nhận kỹ thuật in 3D đầu tiên, và cũng là một ngành có tiềm năng ứng dụng công nghệ này rất lớn.. Do đặc thù của ngành có yêu cầu cao về khả năng tùy biến và cá nhân hoá của sản phẩm, công nghệ in 3D sẽ giúp cải thiện cuộc sống của con người khi quá trình và vật liệu được phát triển đạt tiêu chuẩn cấp y tế.


Một số ứng dụng đã được đưa vào thực tế như các nguyên mẫu để hỗ trợ phát triển sản phẩm mới cho ngành y tế và nha khoa, làm khuôn mẫu cho đúc kim loại của mão và cầu răng hoặc trong việc sản xuất các dụng cụ nhựa để hình thành các bộ khung để tạo các bộ chỉnh răng.
Các dẫn hướng phẫu thuật 3D được in cho từng ca phẫu thuật cụ thể cũng là một ứng dụng mới nổi giúp các bác sĩ phẫu thuật thuận lợi hơn và bệnh nhân hồi phục tốt hơn. Công nghệ cũng đang được phát triển để in 3D các sản phẩm da, xương, mô, dược phẩm và thậm chí các cơ quan của con người.
Công nghệ tân tiến vượt trội của hãng máy in 3D kim loại SLM Solutions còn đưa in 3D đến gần với ngành y khoa hơn. Với vật liệu titan tương thích sinh học, giờ đây chúng ta có thể in cả những bộ phận cấy vào trong cơ thể người thay cho những bộ phận bị hỏng như hông, đầu gối, một phần hộp sọ…

5c952c3a9405d046b377f743_end-use-parts.jpg
Ổ cối xương chậu được in 3D bằng vật liệu tương thích sinh học titan bởi hãng máy in 3D kim loại SLM Solutions
Fig-1-Acetabular-cup-implant.jpg
  • Hàng không vũ trụ
Giống như ngành y tế, lĩnh vực hàng không vũ trụ đã sớm đưa công nghệ in 3D vào phát triển sản phẩm và tạo mẫu.

Những nhà sản xuất danh tiếng đã sử dụng công nghệ in 3D bao gồm GE/ Morris Technologies, Airbus/ EADS, Rolls-Royce, BAE Systems và Boeing. Hầu hết các công ty này đều ứng dụng in 3D vào công việc thực tế, và hầu hết là trong nghiên cứu R & D, một số khách hàng rất lạc quan về tương lai.
  • Ô tô
Một ngành sử dụng đầu tiên về công nghệ tạo mẫu nhanh của in 3D là ngành ô tô. Nhiều công ty ô tô, đặc biệt là xe đua thể thao và công thức F1 – đã đi theo quỹ đạo tương tự như các công ty hàng không. Đầu tiên (và vẫn còn) sử dụng công nghệ in 3D cho tạo mẫu, nhưng đang phát triển và thích nghi ứng dụng in 3D trong quy trình sản xuất của họ để kết hợp các lợi ích của vật liệu và chất lượng in tiên tiến cho các bộ phận của ô tô.
Nhiều công ty ô tô hiện đang xem xét tiềm năng của công nghệ in 3D để hoàn thành các chức năng sau bán hàng về sản xuất phụ tùng thay thế, chứ không cần thiết phải là trữ phụ tùng trong kho.
  • Đồ kim hoàn
Công nghệ in 3D đã và đang tiếp tục có tác động to lớn trong ngành trang sức. Từ những thiết kế mới được tự do sáng bởi CAD 3D và in 3D, cho tới việc cải tiến các quy trình truyền thống cho sản xuất đồ trang sức, sản xuất trực tiếp từ công nghệ 3D, loại bỏ nhiều bước truyền thống.
  • Nghệ thuật / Thiết kế / Điêu khắc
Các nghệ sỹ và nhà điêu khắc tham gia vào việc in 3D với vô số cách khác nhau để khám phá khuôn hình và chức năng theo những cách mà trước đây không thể. Cho dù thuần túy để tìm các cách làm mới hoặc để học hỏi từ các nghệ nhân. Là một ngành đòi hỏi chi phí cao, mà ngày càng cần tìm thêm các cách mới dựa trên kỹ thuật in 3D và giới thiệu các kết quả ấy cho thế giới.
Có rất nhiều nghệ sĩ đã làm nên tên tuổi cho mình bằng cách làm việc với mô hình 3D, công nghệ quét 3D và công nghệ in 3D: Joshua Harker; Dizingof; Jessica Rosenkrantz at Nervous System; Pia Hinze; Nick Ervinck; Lionel Dean and nhiều nghệ nhân khác.
  • Kiến trúc
Các mô hình kiến trúc từ lâu đã là một ứng dụng chủ yếu của công nghệ in 3D, để tạo ra các mô hình mẫu chính xác theo như ý tưởng của kiến trúc sư. In 3D cung cấp phương pháp tương đối nhanh, dễ dàng và tiết kiệm về mặt kinh tế để sản xuất mô hình chi tiết trực tiếp từ 3D CAD, BIM hoặc các dữ liệu số khác mà kiến trúc sư sử dụng. Nhiều công ty kiến trúc thành công hiện nay thường sử dụng in 3D (ngay tại khu thiết kế hoặc thuê dịch vụ) như là một phần quan trọng trong quy trình công việc của họ để tăng cường sự đổi mới.
Gần đây, một số kiến trúc sư có tầm nhìn xa trông chờ vào việc in 3D như một phương pháp xây dựng nhà trực tiếp. Nghiên cứu đang được tiến hành tại một số tổ chức có nghiên cứu về kiến trúc, đáng chú ý nhất là Đại học Loughborough, Contour Crafting and Universe Architecture.
  • Thời trang
Các phụ kiện in 3D bao gồm giày dép, chóp mũ, mũ và túi đều đã có mặt trên các sàn catwalk toàn cầu. Và một số nhà thiết kế thời trang thậm chí còn sáng tạo hơn đã chứng minh được khả năng của công nghệ in 3D cho các bộ váy thời trang cao cấp, áo choàng, áo choàng dài và thậm chí là đồ lót đã ra mắt tại nhiều địa điểm khác nhau trên thế giới.
Iris van Herpen nên được nhắc tới đặc biệt là người tiên phong hàng đầu trong dòng chảy này. Cô đã sản xuất một số bộ sưu tập – được mô phỏng trên những sàn catwalk của Paris và Milan – kết hợp việc áp dụng công nghệ in 3D để thổi ‘những quy tắc bình thường’ không còn phù hợp với thiết kế thời trang nữa. Nhiều người đã theo, và tiếp tục đi theo, và họ đã có được những thành quả hoàn toàn mới.
  • Thực phẩm
Một ứng dụng “tới muộn”: In 3D thức ăn (và / hoặc nguyên liệu nấu) – một ứng dụng mới nổi lên đang khiến mọi người rất phấn khích và có khả năng thực sự đưa công nghệ in 3D trở nên phổ biến. Rốt cuộc, tất cả chúng ta sẽ luôn luôn cần ăn! In 3D sẽ mở ra một cách thức mới để chuẩn bị và trình bày món ăn.
Nhìn vào tương lai, in 3D cũng đang được coi là một phương pháp chuẩn bị thức ăn hoàn hảo và là một cách cân bằng các chất dinh dưỡng một cách toàn diện và lành mạnh.
Các loại công nghệ in 3D tại Việt Nam
Công nghệ in 3D FDM
  • Cách thức hoạt động: FDM ép đùn nhựa nhiệt dẻo nóng chảy qua một vòi phun từng lớp một để tạo thành các chi tiết. Sau mỗi một lớp in, khay đựng sẽ di chuyển xuống, tạo khoảng không cho lớp in tiếp theo
  • Ưu điểm: Công nghệ in 3D FDM tại Việt Nam thường có giá thành thấp, dễ sử dụng. Sản phẩm in bằng công nghệ FDM có cơ tính tốt, có thể in ra thành phẩm với độ cứng tương đương nhôm. Bàn in của công nghệ FDM có thể từ nhỏ tới rất lớn
  • Nhược điểm: Độ mịn và độ chính xác không cao, không phù hợp nếu mẫu in 3D cần có bề mặt đẹp, yêu cầu tính thẩm mĩ.
Công nghệ in 3D SLA
  • Cách thức hoạt động: Sử dụng tia laser UV để xử lý nhựa lỏng từng lớp từng lớp một. Khay in theo phương pháp SLA sẽ nằm trên đỉnh một bồn dung dịch nhựa lỏng. Tia UV sẽ chiếu trực tiếp qua những gương phản chiếu tia cực tím trên khay đỡ, xử lý chất lỏng thành các mô hình chính xác một mặt cắt ngang cùng một lúc
  • Ưu điểm: Công nghệ in 3D SLA cho sản phẩm in có độ chính xác cao, bề mặt mịn. Có thể in được các sản phẩm có độ phức tạp, nhiều khe rãnh mà ít cần dùng tới vật liệu hỗ trợ.
  • Nhược điểm: Cách sử dụng phức tạp, chi phí cho máy móc và vật liệu cao.
Công nghệ in 3D SLS
  • Cách thức hoạt động: Phương thức SLS bắt đầu bằng cách làm ấm khoang chứa bột ở nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của bột nhựa. Tia laser CO2 chạm và đốt cháy bột tại điểm nóng chảy theo các mẫu thiết kế được xác định, làm cho các khu vực cụ thể được đốt nóng thành thể rắn, tạo thành sản phẩm, từng lớp một.
  • Ưu điểm: Công nghệ in 3D SLS không ngại vật thể có hình dáng phức tạp, không cần vật liệu đỡ, bột in sẽ đóng vai trò làm vật liệu hỗ trợ
  • Nhược điểm: Quy trình in SLS tốn kém và cần đầu tư nhiều thiết bị hỗ trợ, không thân thiện với người dùng.
Kết luận
Công nghệ in 3D
đang tạo nên một cuộc cách mạng cho sản xuất tại Việt Nam cũng như trên toàn thế giới. Càng ngày càng có nhiều hơn các công ty đã bắt đầu ứng dụng kỹ thuật in 3D vào sâu trong các quy trình sản xuất, từ tạo mẫu, cho tới sản xuất sản phẩm trực tiếp. Có rất nhiều công nghệ in 3D khác nhau, để có thể phục vụ cho các nhu cầu đa dạng của khách hàng.
AIE tự hào là nhà phân phối đa dạng các giải pháp công nghệ 3D hàng đầu. Hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn về công nghệ phù hợp nhất với yêu cầu của quý khách.

Tìm hiểu thêm
In 3D kim loại và những ứng dụng trong thực tiễn
Những điều cần biết về in 3D sợi carbon
Các loại vật liệu in 3D phổ biến hiện nay
----------------------------------------------------------------
AIE - Advanced Industry & Education Equipments Company
Phone: +8424 3577 3348
Email: Marketing@aie.com.vn
Website: www.aie.com.vn
Facebook: fb.com/Aie.com.vn
 
Last edited:

Tien AIE

New Member
Tôi đang làm sản xuất vỏ tai nghe bluetooth muốn áp dụng in 3D vào sản xuất có đx ko?
Chào bạn,
Đương nhiên là có thể, bạn có thể áp dụng nó trong khâu tạo mẫu nhanh cũng như sản xuất ra sản phẩm cuối cùng. Bạn có thể sử dụng in 3D để sản xuất hàng loại cũng như chế tạo cá nhân hóa. Nếu có nhu cầu, bạn hãy liên hệ với chúng tôi để cùng thảo luận xem phương án nào sẽ là phù hợp nhất với yêu cầu sản xuất của bạn.
 

Tien AIE

New Member
Thời gian chế tạo của máy in 3D như nào anh nhỉ
Chào bạn,
Thời gian chế tạo của máy in 3D phụ thuộc chủ yếu vào công nghệ sử dụng, kích thước và độ phức tạp của chi tiết. Chúng ta thử cùng phân tích và xem xét các yếu tố tương quan nhé:

Trước hết, thời gian thực hiện một công việc là thời gian kể từ khi bắt đầu công việc đến khi hoàn thành nó. Đối với in 3D, luôn luôn phải thực hiện quy trình công việc gồm 5 bước: Thiết kế CAD 3D; Chuyển đổi STL và thao tác tập tin; in trên máy in ; Gỡ các bản in; Xử lý hoàn thiện. Do vậy chúng ta cần phải tính toàn bộ thời gian để hoàn thành cả 5 bước đó.

Nếu loại bỏ yếu tố con người ra, thì rõ ràng bạn sẽ thấy:

Thời gian thiết kế sẽ phụ thuộc vào kích thước hình học và độ phức tạp của chi tiết cần in. Rất may mắn là công nghệ in 3D ngày càng trở nên phổ biến và các thư viện giành cho in 3D trên mạng ngày càng nhiều, bạn sẽ có thể tìm được các chi tiết giống hoặc tương tự với chi tiết bạn cần ở trong các thư viện đó.

Chuyển đổi STL và thao tác tập tin: có nhiều phần mềm yêu cầu chúng ta phải lựa chọn các tham số và chế độ in một cách tỷ mỉ, cũng có loại chúng ta chỉ phải lựa chọn một vài thông số cơ bản để thiết lập quá trình in. Tuy nhiên sự khác biệt cũng không phải là quá nhiều. Tuy nhiên, việc đặt hướng in, xác định kết cấu support cũng như kết cấu infill (là phần vật liệu được điền đầy vào trong lòng chi tiết, nằm giữa các lớp in mặt ngoài), và chiều dày lớp in sẽ ảnh hưởng quyết định đến thời gian in 3D trên máy in ở bước sau. Cùng một thiết kế, thiết lập cách in khác nhau sẽ làm cho thời gian in chênh lệch rất nhiều. Đặc biệt đối với in 3D, thì thường xuyên bạn sẽ phải đánh đổi các lợi ích khác để có thời gian in được rút ngắn lại, ví dụ như chất lượng bề mặt, cơ tính của bản in.

Tốc độ in của máy in 3D thì phức tạp hơn: Máy in FFF/FDM thì thường sẽ chậm hơn máy SLA, máy in DLP thì thường in nhanh hơn SLA hay SLS. Trong cùng một công nghệ sử dụng thì máy in 3D với tốc độ di chuyển các trục gia công khác nhau cũng sẽ có thời gian in khác nhau. Tuy nhiên, điều này chưa thể nói lên tất cả vì chúng ta còn phải tính đến thời gian thực hiện các công việc tiếp theo trước khi có được bản in hoàn thiện.

Gỡ các bản in: tùy theo công nghệ và vật liệu sử dụng mà việc gỡ các bản in có thể đơn giản và phức tạp. Đối với in 3D vật liệu nhựa việc gỡ bản in rất dễ dàng, nhưng đối với in 3D vật liệu kim loại, ví dụ như công nghệ SLM, bạn sẽ phải dùng máy cắt để cắt bản in ra khỏi đế in. Nhưng cũng là in 3D kim loại, công nghệ ép đùn vật liệu (tiêu biểu là máy in Markforged Metal X) lại cho phép gỡ các bản in rất nhanh chóng và đơn giản bằng cách gõ nhẹ một cái.

Xử lý hoàn thiện: Công nghệ in khác nhau cũng yêu cầu việc xử lý hoàn thiện bản in khác nhau. Chúng ta cần phải loại bỏ các kết cấu hỗ trợ (support), đánh nhẵn bề mặt hoặc sơn màu theo yêu cầu. Công nghệ in sử dụng vật liệu photopolimer như SLA/DLP hoặc phun vật liệu lỏng Jeting thì có thể cần thêm rất nhiều thời gian ủ mẫu bằng tủ UV để mẫu in có thể đạt được cơ tính yêu cầu. Gỡ support và làm nhẵn bề mặt mẫu in kim loại thì khó khăn và lâu hơn nhiều so với mẫu in nhựa. Hiện nay việc gỡ bản in và gỡ support của in 3D kim loại đơn giản nhất, nhanh nhất vẫn là máy in 3D Markforged MetalX: chỉ cần gõ nhẹ. Đó là do họ điền vào giữa các chỗ cần tách rời một lớp vật liệu ceramic mà sau khi thiêu kết (nung trong lò nung nhiệt độ cao) thì lớp ceramic đó sẽ rời ra như cát.

Như vậy bạn có thể thấy không đơn giản để đánh giá thời gian dài ngắn của in 3D. Điều quan trọng là chúng ta cần lựa chọn công nghệ in và thiết bị in phù hợp với ứng dụng của mình, cần xác định rõ nhu cầu của mình trước khi lựa chọn thiết bị in 3D đem lại hiệu quả tối ưu nhất.
Cuối cùng, xin cảm ơn bạn đã đặt câu hỏi rất thú vị và rất mong các bạn cùng cho ý kiến tham gia thảo luận về vấn đề này.
 
Mình đang là newbie và chưa có kỹ năng gì về in 3D. Nếu vậy thì sẽ bắt đầu từ đâu vậy bạn nhỉ?
 
Mình đang thắc mắc phần mềm để in 3D là các phần mềm gì vậy ạ? Mong bạn trả lời câu hỏi này vì mình cũng đang cần nghiên cứu ấy ạ
 
Bạn có thể ra bài mới về sự khác biết giữa công nghệ in 3D so với các phương pháp sản xuất truyền thống như thế nào không ?
 
Tôi không biết có những hạn chế của công nghệ in 3D trong sản xuất không ?và nó là gì mong bạn ra bài mới
 
Top