TOP 4 công nghệ in 3D phổ biến

Công nghệ in 3D là quá trình sử dụng mô hình số hóa trên máy tính để tạo ra mô hình vật lý thực tế. Có nhiều công nghệ in khác nhau được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực, trong đó, 4 công nghệ phổ biến nhất là: BJ (Binder Jetting), FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithography) và SLS (Selective Laser Sintering).

1/ Công nghệ in 3D Binder Jetting

Công nghệ này sử dụng vật liệu in 3d dạng bột, bằng cách phun trực tiếp chất kết dính vào sẽ tạo được snar phẩm cần in. Vật thể in được tạo từng lớp cho đến khi hoàn thành 100%. Phương pháp này giúp tạo ra được các sản phẩm có kích thước lớn

in 3d kim loại

1.1/ Vật liệu sử dụng

Công nghệ in BJ sử dụng hai loại vật liệu cơ bản: Vật liệu dạng bột như kim loại, bột gốm, cát… và vật liệu dưới dạng lỏng có chức năng gắn kết các loại bột. Trong đó, khi in mô hình bằng cát, quy trình xử lý sau chế tạo gần như không cần thiết. Ngoài ra, các vật liệu khác vẫn được sấy khô và kết dính, sau đó thẩm thấu với một vật liệu khác để tạo ra sản phẩm tùy theo ứng dụng.

Về nguyên lý, công nghệ in BJ tương đối giống với phương pháp in mực trên giấy truyền thống, khi chất kết dính phun lên lớp vật liệu, sản phẩm cuối cùng sẽ được tạo ra. Với khả năng tạo ra được các lớp vật liệu rắn, công nghệ in 3D BJ có thể in được ngay cả các vật thể có kích thước lớn nhất.

1.2/ Sự khác nhau giữa in phun kết dính (Binder Jetting) và kỹ thuật chế tạo bằng chất phụ gia

Phần lớn các công nghệ in 3D hiện nay đều sử dụng quy trình hàn hoặc nung chảy để gắn kết các lớp vật liệu với nhau, tạo ra sản phẩm cuối cùng. Tuy nhiên, các kỹ thuật này bắt buộc người dùng phải chuẩn bị phiến đỡ để đảm bảo sự ổn định cho chi tiết chế tạo. Và lẽ đương nhiên, nguồn nguyên liệu tiêu thụ sẽ nhiều hơn, thời gian xử lý cũng dài hơn.

In phun kết dính là công nghệ in duy nhất hoàn toàn không sử dụng nhiệt. Các chi tiết trong quá trình chế tạo được hỗ trợ bằng bột tách lỏng trong buồng thao tác cách ly. Khi không sử dụng phiến đỡ để ổn định, tốc độ xử lý của công nghệ in này vượt trội hơn các kỹ thuật khác, tiết kiệm chi phí sản xuất cho người sử dụng.

1.3/ Quy trình công nghệ

Con lăn chuyển động và đẩy lớp bột vật liệu mỏng của lớp cắt thứ nhất phủ trên tấm đế đỡ. Tiếp đó, đầu phun sẽ phun chất lỏng kết dính lên lớp bột đúng theo hình dáng của lớp cắt thứ nhất.

Sau khi phun, trên đế xuất hiện lớp cắt thứ nhất được tạo nên từ các hạt bột vật liệu gắn kết chặt chẽ với nhau. Tấm đế hạ xuống một đoạn vừa đúng bằng bề dày của lớp cắt. Thông thường, xung quanh lớp cắt thứ nhất vẫn có các lớp hạt bột vật liệu chưa được gắn kết. Tuy nhiên, chúng vẫn được giữ nguyên để tạo thành nền cho lớp bột tiếp theo.

Con lăn tiếp tục trải lớp bột thứ hai phủ lên lớp bột thứ nhất. Đầu phun chứa chất lỏng kết dính tiếp tục dịch chuyển và phun loại vật liệu này để tiến hành gắn kết theo hình dạng của lớp cắt thứ hai. Sau quá trình này, chúng ta đã có được lớp cắt thứ hai phủ trên lớp cắt thứ nhất.

Lặp đi lặp lại các công đoạn trên đến khi hoàn thành lớp cắt cuối cùng, chúng ta sẽ có được sản phẩm in 3D rắn được tạo thành từ bột vật liệu gắn kết. Tiếp đó, chỉ cần lấy vật phẩm đã in, loại bỏ phần bột rời còn sót lại, sản phẩm in 3D có hình dạng như thiết kế đã được tạo thành.

2/ Công nghệ in 3D FDM

Đây là công nghệ in 3d được sử dụng rất phổ biến cho các máy in 3d (in nhựa) hiện nay tại Việt Nam. Những loại máy thương thấy: Prusa, delta, Cube,…. đều dùng công nghệ này. Các loại máy in 3d dùng công nghệ này khá đơn giản và dễ sử dụng

công nghệ FDM và SLA

2.1/ Lịch sử ra đời

Công nghệ in FDM được nghiên cứu và phát triển vào cuối những năm 1980 nhờ S. Scott Crump. Vào năm 1992, chiếc máy in ứng dụng công nghệ FDM đã được hãng Stratasys cho ra mắt với tên gọi 3D Modeler.

2.2/ Cấu tạo

  • Cơ cấu điều khiển đầu đùn: Di chuyển theo hai hướng XY của bàn.
  • Đầu đùn: Hoạt động theo file được cài đặt trước.
  • Sợi nhựa nhiệt dẻo hay sáp: Đùn qua đầu phun nhỏ của khuôn được gia nhiệt.
  • Cơ cấu cung cấp sợi nhựa.
  • Bàn: Tùy ý nâng lên hạ xuống theo mục đích sử dụng.

2.3/ Phân tích ưu và nhược điểm

Ưu điểm: Đây là công nghệ in 3D có giá thành rẻ, người dùng có thể dễ dàng sửa chữa hoặc thay thế các chi tiết máy móc, in thành phẩm với số lượng lớn, tiết kiệm nguyên liệu tiêu tốn. Hiện nay, công nghệ FDM thường được dùng để sản xuất các sản phẩm có tính chịu lực cao. Đặc biệt, FDM có tốc độ tạo hình in 3D nhanh, sử dụng vật liệu không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh và sức khỏe con người.

Nhược điểm: Độ chính xác không cao, không thường được dùng trong lắp ghép, chế tạo ra các sản phẩm với khả năng chịu lực không đồng nhất.

Với máy in 3D FDM thì độ chính xác của sản phẩm in phụ thuộc vào kích thước đầu phun và độ chính xác và tốc độ di chuyển của các trục tọa độ, nhất là xy. Chất lượng bề mặt in của sản phẩm trên máy FDM còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như độ kết dính giữa 2 lớp layer và khối lượng của lớp trên đè xuống lớp dưới và rất nhiều yếu tố khác như độ co ngót, cong vênh, sai lệch khi in

2.4/ Nguyên lý làm việc

Công nghệ FDM hoạt động dựa trên nguyên tắc làm nóng chảy sợi nhựa và thông qua đầu phun nhiệt trên bề mặt để làm lắng lại. Dựa trên dữ liệu 3D người dùng cung cấp cho máy in, cử động của đầu phun sẽ được điều khiển tương ứng. Vật liệu phổ biến nhất sử dụng cho máy in 3D công nghệ FDM là nhựa ABS và PLA.

Mô hình sản phẩm được tạo ra từ file JGES hoặc file STL nhờ sử dụng phần mềm AutoCAD. Các file dữ liệu này sẽ được cắt thành nhiều lớp và xử lý thông qua phần mềm Quickslide và Supportwork. Nếu cần thiết sử dụng, cấu trúc đỡ chi tiết sẽ được tự động tạo ra.

Vật liệu sau khi qua đầu phun được gia nhiệt sẽ bị nóng chảy và đùn ra tấm đế theo đường dẫn được tạo ra bởi phần mềm Quickslide, lúc này, lớp đầu tiên đã được hoàn thành. Đặc biệt, người dùng có thể điều chỉnh độ rộng của vật liệu thoát ra trong khoảng từ 0,254mm đến 2,54mm.

Khi lớp vật liệu đầu tiên đã được tạo ra, đầu phun của máy FDM di chuyển theo chiều hướng Z và tạo ra lớp tiếp theo. Lớp vật liệu vừa được đùn sẽ liên kết với vật liệu từ trước đó. Quá trình này lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi mẫu vật được tạo thành hoàn chỉnh.

2.5/ Vật liệu sử dụng

Với công nghệ in 3D FDM, đường kính của vòi phun thường có kích thước 0,25-1mm. Thế nên, hầu hết tất cả các loại vật liệu bằng nhựa dẻo đều có thể sử dụng để tạo mẫu vật. Ngoài ra, dù sử dụng một loại vật liệu giống nhau nhưng con người có thể bổ sung thêm nhiều màu sắc khác để tạo thành những sản phẩm có màu sắc sặc sỡ.

2.6/ Ứng dụng

  • Chế tạo các mô hình làm vật mẫu.
  • Chuyên sử dụng để sản xuất các bộ phận, linh kiện có kích thước nhỏ, độ chi tiết cao.
  • Sử dụng được nhiều dạng vật liệu sinh học.

3/ Công nghệ in 3D SLA

Công nghệ in 3D SLA sử dụng tia sáng để làm đông đặc vật liệu nhựa lỏng, thường các sản phẩm được ứng dụng công nghệ này yêu cầu về độ chính xác cao, độ bóng bề mặt và tính thẩm mỹ cao (ngành trang sức, nha khoa, Y tế, mỹ nghệ). Tốc độ in ra mẫu chậm hơn so với một số công nghệ khác

công nghệ in 3d sla và fdm

Máy in 3D Resin là dòng máy hiện tại đang ứng dụng công nghệ này để ứng dụng cho ngành trang sức, mỹ nghệ, nha khoa

3.1/ Lịch sử ra đời

Công nghệ in 3D SLA tận dụng tia laser để tạo hình được nghiên cứu và phát triển bởi Chuck Hull. Có thể nói, SLA là công nghệ in 3D đầu tiên xuất hiện trên thế giới và có mức độ chính xác cao nhất cho từng chi tiết.

Hiện tại, 3D Systems là hãng nắm bản quyền thương mại của công nghệ in SLA. Các dòng máy in được tích hợp công nghệ SLA sẽ sử dụng chùm tia laser, UV hoặc nguồn năng lượng khác có sức mạnh tương đương để làm cứng các loại vật liệu đang ở dạng lỏng. Và với sự xếp chồng của nhiều lớp, vật thể in từ công nghệ 3D SLA sẽ được tạo ra. Đặc biệt, lớp in của công nghệ SLA có thể đạt đến 0.06mm, 0.08mm, 0.1mm,…

SLA được sử dụng để tạo ra các sản phẩm in 3D từ những file hình ảnh có sẵn trên máy tính. Công nghệ này có thể trợ giúp người dùng kiểm tra nhanh các mẫu thiết kế, đảm bảo độ chính xác cao trước khi bước vào công đoạn sản xuất hàng loạt.

3.2/ Cấu tạo

  • Một thùng chứa đầy dung dịch lỏng photopolymer. Chất lỏng này là hỗn hợp của monome acrylic, các oligome và một photoinitiator. Bên trong thùng thường sẽ có bệ đỡ tùy ý nâng hạ theo mục đích sử dụng.
  • Hệ thống nguồn Laser (He-Cd Laser).
  • Hệ thấu kính và gương phản xạ.
  • Hệ thống dao gạt với chức năng gạt nhựa và tạo ra một lớp phủ đồng đều.

3.3/ Quy trình công nghệ

Khi bệ đỡ đang ở vị trí cao nhất, một lớp chất lỏng cạn sẽ xuất hiện trên tấm. Lúc này, máy phát laser sẽ phát ra chùm tia cực tím trên một bề mặt của dung dịch photopolymer, sau đó di chuyển theo hướng X-Y. Phần dung dịch được chiếu sáng sẽ kết đông nhờ vào chùm tia cực tím, từ đó hình thành một khối đặc. Bệ đỡ tiếp tục hạ xuống một khoảng vừa đủ để chất lỏng phủ lên khối polymer đã đông đặc. Quá trình này sẽ lặp đi lặp lại nhiều lần đến khi đạt được mức như yêu cầu. Sản phẩm lúc này là một vật thể hình trụ có bề dày không đổi.

Tại mức yêu cầu, chùm tia sẽ chuyển động theo phương X -Y với góc độ rộng hơn, tạo thành một mặt bằng phẳng phủ lên trên phần đã tạo ra từ trước. Sau khi đã đạt đến bề dày thích hợp nhất, quá trình công nghệ in sẽ được thực hiện tiếp tục để tạo nên phần hình trụ tiêu chuẩn. Lưu ý: Dung dịch xung quanh vẫn ở trạng thái lỏng, chúng không bị đông kết bởi tia cực tím, các chi tiết được tạo thành từ nhiều lát cắt riêng biệt có độ dày từ 0,05 – 0,2mm. Thời gian quét của chùm tia laser hoàn toàn phụ thuộc vào hình dạng của đường viền, mẫu vạch, tốc độ tia laser và thời gian bao phủ.

Sau khi lấy chi tiết ra khỏi hệ thống công nghệ in 3D SLA, các chi tiết sẽ trải qua hàng loạt các công đoạn xử lý khác nhau. Trước tiên, những chất polymer dư ra sẽ được làm sạch hoàn toàn. Phương pháp làm sạch: Sử dụng Tri-propylene Glycol Monomethyl Ether, rửa bằng nước và rửa bằng iso-propyl alcohol, làm khô tự nhiên trong không khí.

Nguồn năng lượng từ tia laser không đủ để xử lý các chi tiết. Thế nên, quá trình này cần hỗ trợ từ thiết bị xử lý tinh PCA (Post-Curing Apparatus).

PCA là buồng với bàn quay và những bóng đèn chiếu tia ánh sáng tử ngoại. Khi xử lý, các chi tiết sẽ được đặt trong PCA từ khoảng 30 phút đến 1 giờ. Sau đó, chi tiết sẽ được lấy ra khỏi cơ cấu phụ trợ và tiếp tục những công đoạn xử lý bề mặt như mạ phủ hoặc đánh bóng.

3.4/ Phân tích ưu nhược điểm

Ưu điểm: Công nghệ in 3D SLA có thể tạo ra các mô hình vật thể với độ chi tiết cao, sắc nét và chính xác so với file dữ liệu. Trong tất cả các công nghệ in 3D sử dụng vật liệu nhựa, SLA là công nghệ tạo ra các vật thể bằng nhựa tốt nhất hiện nay, có thể ứng dụng trực tiếp, độ mịn và độ phân giải cao. Về ứng dụng, công nghệ này được sử dụng nhiều khi tạo mẫu nhanh, tạo các chi tiết phức tạp hoặc sử dụng trong các nhà máy sản xuất giày dép.

Nhược điểm: Công nghệ SLA sử dụng nguồn vật liệu in có giá thành khá đắt, sản phẩm tạo thành sẽ giảm độ bền nếu tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời trong thời gian dài.

Máy in 3D  SLA có độ chính xác cao hơn máy FDM và chất lượng bề mặt ( độ phân giải) cũng tốt hơn. Độ chính xác của máy in3D SLA phụ thuộc vào vị trí cả điểm ảnh trên laser hoặc máy chiếu và dĩ nhiên khoảng cách giữa các điểm ảnh khá nhỏ. Bên cạnh đó trong suốt quá trình in, khá ít lực tác động lên vật thể in, vì vậy chất lượng bề mặt in khá mượt. Máy in SLA cho độ chi tiết tốt mà máy in 3D FDM không có được.

⇒ Xem thêm: Bài viết chi tiết về công nghệ in 3D SLA

4/ Công nghệ in 3D SLS

Công nghệ in 3D vật liệu bền SLS là phương pháp duy nhất trong tất cả các công nghệ in có thể tạo ra sản phẩm mẫu mang đầy đủ hóa tính và lý tính tương đương với vật liệu gốc. Hầu hết các mẫu vật thể được tạo ra từ công nghệ in 3D SLS là mẫu thử nghiệm chức năng, chất liệu hoặc sử dụng trong trường hợp cần thay thế, sửa chữa linh kiện nào đó không có sẵn.

SLS thường sử dụng những vật liệu ở dạng bột như: Bột thủy tinh, bột gốm sứ, nhôm, bạc, titan hoặc thép… Tia laser đóng vai trò là yếu tố giúp liên kết các hạt bột với nhau. Đặc biệt hơn, phần bột thừa sau khi hoàn tất quy trình in sẽ được tái chế, tiết kiệm rất nhiều chi phí.

công nghệ in 3d sls

4.1/ Lịch sử ra đời

Công nghệ in 3D SLS được phát minh vào năm 1986 tại trường đại học Texas bởi Carl Deckard. Phương pháp này đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1989 và chính thức đưa vào sử dụng trên thị trường vào năm 1992. Tại Việt Nam, công nghệ này chính thức được nhập khẩu và phân phối vào năm 2008. Đây là một trong những công nghệ in đầu tiên được công nhận trên toàn thế giới. Về cơ bản, SLS là công nghệ dựa vào quá trình chế tạo từng lớp. Tuy nhiên, vật liệu dạng bột đã được sử dụng thay thế cho chất polymer lỏng.

4.2/ Nguyên lý làm việc

Phần lớn các loại vật liệu dạng bột đều có thể hóa rắn dưới tác dụng của nhiệt và phương pháp in SLS đã vận dụng tính chất này để tạo nên vật thể in tốt nhất. Đầu tiên, một lớp mỏng bột nguyên liệu được trải trực tiếp trên bề mặt xy lanh. Sau đó, tia laser sẽ kết tinh phần bột vật liệu nằm trong đường biên của mặt cắt. Phần bột này sẽ dính chặt vào những khu vực có bề mặt tiếp xúc.

Quá trình kết tinh hoạt động tương tự như quá trình polymer hóa trong công nghệ in 3D SLA. Tiếp đó, xy lanh được hạ xuống một khoảng bằng độ dày lớp kế tiếp, đưa vào bột nguyên liệu và quá trình này sẽ lặp đi lặp lại nhiều lần đến khi hoàn thành vật thể in.

Trong quá trình, vật liệu không thuộc đường bao mặt cắt sẽ được lấy ra sau khi hoàn tất in chi tiết. Những chi tiết được tạo nên từ công nghệ in SLS có độ nhám tương đối, xuất hiện lỗ hổng trên bề mặt, bắt buộc phải xử lý thành phẩm sau khi chế tạo bằng cách sử dụng phương pháp xử lý tinh.

4.3/Ưu điểm nổi bật nhất của công nghệ in 3D SLS

Phương pháp in hoàn hảo nhất cho thử nghiệm chức năng, tạo mẫu nhanh, không cần hỗ trợ: Máy in hỗ trợ công nghệ Selective Laser Sintering (SLS) có thể tiến hành tạo mẫu nhanh chóng, tạo bộ phận nylon có độ phân giải cao hơn rất nhiều. SLS không đòi hỏi thêm cấu trúc hỗ trợ như những nền tảng công nghệ khác, ưu điểm này giúp tiết kiệm chi phí vật liệu, tăng tốc độ in vật thể, hợp lý hóa quá trình thử nghiệm và cắt giảm triệt để chất thải.

Tốc độ in nhanh: Phương pháp SLS có tốc độ in cao hơn 5 đến 10 lần, trong khi chi phí thấp hơn 7 lần so với những công nghệ khác. Mặt khác, nền tảng này còn in được số lượng lớn sản phẩm trong 1 lần in, công suất cao khi hoạt động liên tục, độ bền cao.

Vật liệu tạo thành có chất lượng cao: Có thể nói, vật liệu trong công nghệ SLS là loại có cơ tính tốt nhất trong tất cả các loại vật liệu hiện nay. Chúng có thể chịu được nhiệt độ, ảnh hưởng từ môi trường hoặc các tác động vật lý, hóa học khác.

4.4/ Ứng dụng thực tế

SLS là công nghệ in 3D lí tưởng nhất khi bạn cần chế tạo vật thể nhựa có độ bền cao. Cụ thể, công nghệ in vật liệu bền được ứng dụng để sản xuất các bộ phận có bản lề, thiết kế ô tô, các bộ phận không gian, bộ phận chống cháy, mẫu đúc khuôn,…

Trên đây là những thông tin cơ bản về TOP 4 công nghệ in 3D nổi bật nhất trên thị trường hiện nay. Mỗi nền tảng công nghệ đều có những nguyên lý và ưu nhược điểm riêng biệt. Còn bạn, bạn cảm thấy ấn tượng nhất với công nghệ in 3D nào, hãy chia sẻ ngay với chúng tôi nhé.

⇒ Xem thêm: Bài viết chi tiết về công nghệ SLS

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *