Công Nghệ In 3D Kim Loại

[Tuembenho]

Công nghệ in 3D kim loại là gì?
Công nghệ in 3D kim loại là công nghệ tạo ra các sản phẩm in bằng kim loại, giúp khắc phục được những nhược điểm của công nghệ in 3D truyền thống trước đó, chế tạo ra những sản phẩm có độ bền và chất lượng cao.
In 3D kim loại khác với những công nghệ in 3D như FDM hay DLP, công nghệ này sử dụng vật liệu đầu vào là bột kim loại và áp dụng nguồn năng lượng tia laser với cường độ lớn. Từng lớp kim loại sẽ được đắp lớp, dần dần tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh.
Hiện nay công nghệ in 3D kim loại bao gồm 2 dạng chính là DMLS và SLM. Cùng tìm hiểu về DMLS và SLM ngay sau đây.



Nguồn: https://sakuravn.com.vn/tin-thi-truong/dong-vat-lieu-moi-in-3d-kim-loai-cua-meltio-n219.html

Sự khác biệt giữa DMLS và SLM
Vậy DMLS là gì? SLM là gì?
Công nghệ SLM (Selective Laser Melting) là một kỹ thuật của công nghệ in 3D sử dụng vật liệu kim loại dạng bột dưới tác động của chùm laser năng lượng cao làm tan chảy và hợp nhất các hạt bột kim loại với nhau tạo thành một vật thể kim loại 3D.



Nguồn: http://www.formundtechnik.de/292.html?&L=2

Công nghệ DMLS (Direct Metal Laser Sintering) là một trong những công nghệ đầu tiên sản xuất nhiều bộ phận kim loại trong một quy trình. Với DMLS, kim loại bột (đường kính khoảng 20 micron), không chứa chất kết dính hoặc chất dẫn xuất, bị tan chảy hoàn toàn khi quét chùm tia laser công suất cao để chuyển thành một dạng vật liệu mới với các tính chất của vật liệu ban đầu.



Nguồn:https://proto3000.com/service/3d-printing-services/materials/overview/design-guidelines/dmls-3d-printing-additive-manufacturing-design-guidelines/
DMLS và SLM có sự khác biệt nhau như thế nào?
SLM (Laser thiêu kết nóng chảy) và DMLS (Thiêu kết kim loại trực tiếp) là hai quy trình sản xuất bù đắp kim loại thuộc về công nghệ in 3D hợp nhất giường bột. Hai loại công nghệ này có rất nhiều điểm tương đồng như cả hai đều sử dụng tia laser để quét và hợp nhất có chọn lọc (hoặc làm tan chảy) các hạt bột kim loại, đều liên kết chúng lại với nhau và tạo thành từng lớp chồng lên nhau. Ngoài ra, các vật liệu được sử dụng trong cả hai quá trình này đều là kim loại ở dạng hạt.
Sự khác biệt giữa DMLS và SLM là về các nguyên tắc cơ bản của quá trình liên kết hạt. Công nghệ SLM sử dụng bột kim loại với nhiệt độ nóng chảy duy nhất và làm tan chảy hoàn toàn các hạt. Còn đối với công nghệ DMLS, bột được tạo thành từ các vật liệu có điểm nóng chảy thay đổi cấp độ phân tử ở nhiệt độ cao.
Cả SLM và DMLS đều được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp để tạo ra các sản phẩm kỹ thuật sử dụng đầu cuối. Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng thuật ngữ In 3D kim loại để chỉ cả hai quy trình nói chung và chúng tôi mô tả các cơ chế cơ bản của quy trình chế tạo cần thiết cho các kỹ sư và nhà thiết kế để hiểu những lợi ích và hạn chế của công nghệ.
(SLM sản xuất các bộ phận từ một kim loại duy nhất , trong khi DMLS sản xuất các bộ phận từ hợp kim kim loại)
Quy trình in 3D kim loại (DMLS/SLM):



Nguồn: https://3d-smartsolutions.com/tips-tricks/quy-trinh-gia-cong-boi-dap/

 

[Tuembenho]

Vật liệu sử dụng trong in 3D kim loại
Một vài loại vật liệu in 3D thường được sử dụng phổ biến trong in kim loại như sau:
Thép:
Thép là một vật liệu phổ biến sử dụng trong in 3D. Với đặc tính linh hoạt, ứng dụng tuyệt vời và được sử dụng rộng rãi trong cơ khí chính xác làm cho vật liệu thép in 3D trở thành lựa chọn hàng đầu để tạo ra các bộ phận, chi tiết chất lượng cao. Một vài ưu điểm nổi bật của thép khi sử dụng để in 3D:
+Có độ cứng và độ bền cao
+Đặc tính của vật liệu linh hoạt và phong phú
+Có thể xử lý ở nhiệt độ cao
Hấu hết, các kim loại được làm từ thép đều có thể in được, nhưng có 2 loại được sử dụng phổ biến nhất là thép công cụ và thép không gỉ.



Nguồn: https://www.industrialheating.com/articles/92789-thermal-processing-history-from-the-1900s-to-present-day
Siêu hợp kim:
Công nghệ in 3D kim loại tạo ra sự khác biệt lớn nhờ khả năng chế tạo ra các loại hợp kim có giá trị khá cao với chi phí tương đối thấp. Nếu thiết kế và sản xuất theo phương pháp gia công truyền thống thường sẽ gặp khó khăn và tốn kém nhiều hơn thì in 3D sẽ giúp cho các công ty sản xuất các bộ phận, chi tiết hiệu suất cao với chi phí hợp lý.
Siêu hợp kim sử dụng để in 3D hoạt động mạnh trong môi trường khắc nghiệt như nơi có hóa chất ăn mòn, nơi có nhiệt độ cao hoặc cả hai. Mặc dù có nhiều siêu hợp kim có thể sử dụng để in được, nhưng 2 nhóm siêu hợp kim được sử dụng phổ biến nhất là Cobalt Chrome và Inconel.
Một vài ưu điểm khi sử dụng siêu hợp kim để in 3D như:
+Có tính chất cơ học vô cùng tuyệt vời
+Khả năng chống nóng, chống ăn mòn tốt
+Ổn định bề mặt rất tốt



Nguồn: https://gangducthainguyen.vn/hop-kim-la-gi/

Titan:
Tuy đây không phải là loại được sử dụng phổ biến trong các hoạt động sản xuất thông thường, thế nhưng tỉ lệ sức mạnh trên giá thành và trọng lượng cao (bao gồm cả chi phí gia công và chi phí vật liệu). Chính vì vậy mà Titan đã trở thành một lựa chọn hoàn hảo cho in 3D. Titan thường được in dưới 2 dạng khác nhau là: Titan tinh khiết và hợp kim Titan.
Một vài thuộc tính nổi bật của Titan đối với công nghệ in 3D như:
+Tỉ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao
+Khả năng kháng hóa chất và chống nóng tốt
+Tương thích sinh học (chúng còn tùy thuộc vào quá trình và hợp kim)



Nguồn: https://labvietchem.com.vn/tin-tuc/titan-la-gi.html

Đồng:
Trong các loại vật liệu sử dụng có thể in 3D kim loại thì đồng thể hiện một giá trị vô cùng độc đáo. Chúng được sử dụng để dẫn điện và dẫn nhiệt thay vì các đặc tính cơ học của nó. Sử dụng đồng để in 3D cho phép các kỹ sư tạo ra các bộ phận được tối ưu hóa về mặt hình học như tay hàn, tản nhiệt, lối dẫn điện với chi phí thấp hơn nhiều.
Ngày nay, chỉ có một vài hệ thống có khả năng in bất kỳ phiên bản nào của kim loại đồng. Chúng còn có thể được in ở dạng nguyên chất hoặc phổ biến hơn hết là ở dạng hợp kim.
+Một vài thuộc tính nổi bật của đồng khi sử dụng để in 3D như:
+Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt
+Dễ uốn nắn theo nhiều hình dạng khác nhau
+Khả năng chống ăn mòn cao



Nguồn: https://thumuaphelieugiacao.com.vn/dong-la-gi

Nhôm:
Nhôm thường được lựa chọn và sử dụng trong một số máy in 3D kim loại, ít thấy trong các quy trình sản xuất thông thường. Sự khan hiếm của các bộ phận, chi tiết kim loại nhôm in 3D là do 2 yếu tố: chi phí thấp và khả năng in thấp khi chế tạo truyền thống.
Một vài thuộc tính nổi bật của nhôm khi sử dụng để in 3D như:
+Dễ uốn nắn theo nhiều hình dạng khác nhau
+Bền chặt, nhẹ
+Các lựa chọn thay thế cho nhôm trong khi in 3D



Nguồn: https://denanphuoc.vn/kim-loai-nhom/

Ứng dụng công nghệ in 3D kim loại
Hiện nay, công nghệ in 3D kim loại đang ngày càng phát triển và ứng dụng rộng rãi. Chúng thâm nhập sâu từ các lĩnh vực công nghiệp vĩ mô như vũ trụ, hàng không cho đến các ngành cơ bản như xây dựng, kiến trúc, y tế, giáo dục và thậm chí là cả nghệ thuật, ẩm thực và thời trang,… Cụ thể:
Công nghiệp điện tử
Máy in kim loại 3D đã được ứng dụng để chế tạo ra những bộ phận phức tạp, đã mở ra một trào lưu mới cho ngành công nghiệp này.
Công nghiệp sản xuất
Ứng dụng cao trong sản xuất giúp cắt giảm phế liệu, cho phép sản xuất các mô hình có hình dạng phức tạp và tạo nhanh mẫu thử theo yêu cầu. Vì vậy công nghệ in 3D kim loại đã mở ra tiềm năng về lợi thế để cải tiến quy trình và sản phẩm, chi phí sản xuất cho doanh nghiệp.
Công nghiệp ô tô
Sản xuất thử nghiệm các thiết kế, tạo mẫu và sản xuất một số công cụ, bộ phận lắp ráp đặc biệt. Ngoài ra, nhiều doanh nghiệp đã sử dụng công nghệ này để sản xuất ra những chiếc xe hoàn chỉnh.
Y tế
Sản xuất các mô hình giải phẫu trên bộ phận cơ thể người (răng, xương, mảnh hộp sọ,…). Hỗ trợ các thử nghiệm về phương pháp và công nghệ y tế mới, tăng cường giảng dạy và đào tạo đội ngũ y bác sĩ cũng như nghiên cứu y khoa.
Giáo dục
Các môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học đều ứng dụng công nghệ in 3D. Sinh viên sẽ thiết kế, sản xuất các sản phẩm trong lớp và có cơ hội thử nghiệm các ý tưởng thông qua máy in 3D. Ngoài ra, sản xuất các mô hình sinh học, bộ phận cơ thể người: xương, răng, tai giả,… giúp hỗ trợ các thử nghiệm để giảng dạy và đào tạo đội ngũ y bác sĩ.



Nguồn https://kythuatchetao.com/cong-nghe-in-3d-kim-loai-voi-laser-thieu-ket-slm/

Ưu điểm của in 3D kim loại
In 3D kim loại có rất nhiều ưu điểm như:
+Tốc độ tạo ra sản phẩm nhanh hơn so với công nghệ in khác.
+Trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh thì chi phí đầu tư sở hữu của công nghệ in 3D kim loại là thấp nhất.
+Chi phí sản xuất cũng như chi phí nguyên vật liệu thấp.
+Vật liệu cho quá trình chế tạo và khả năng ứng dụng rất đa dạng.
+Có khả năng in các sản phẩm với cấu tạo hình học phức tạp mà không cần sự hỗ trợ của giá đỡ.
+Dễ dàng để chuẩn bị, sử dụng cũng như bảo trì, bảo dưỡng.
+Có khả năng tạo mẫu với đa dạng màu sắc, lên đến hàng triệu màu.
+Cho phép người dùng chế tạo ra các sản phẩm đa dạng từ các vật liệu khác nhau cùng khối lượng, kích thước với các tỷ lệ khác nhau, màu sắc đa dạng so với chi tiết hoặc sản phẩm thật.



Nguồn: https://waykenrm.com/blogs/3d-printing-sla-vs-sls/