In 3D là gì? Máy in 3D hoạt động như thế nào?

In 3D là gì?

In 3D là một cách thức sản xuất và tạo mẫu nhanh rất linh hoạt. Trong vài thập kỷ qua, in 3D đã và đang tạo ra làn sóng trong nhiều ngành công nghiệp trên thế giới.

In 3D thuộc một họ công nghệ sản xuất được xem là sản xuất bồi đắp (additive manufacturing), miêu tả việc tạo ra một đối tượng bằng cách thêm từng lớp chất liệu vào đối tượng đó. Trong suốt lịch sử của mình, quá trình sản xuất bồi đắp này đã có nhiều tên gọi khác nhau, như in li-tô lập thể (stereolithography), 3D layering hay in 3D, nhưng in 3D là tên thường gọi được biết tới nhiều nhất.

Vậy làm làm sao để máy in 3D hoạt động? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết sau đây.

Máy in 3D hoạt động như thế nào?

Quá trình in 3D bắt đầu bằng cách tạo mô hình đồ họa của đối tượng sẽ có in. Chúng thường được thiết kế bằng các gói phần mềm Computer-Aided Design (CAD) và đây có thể là phần tốn nhiều công sức nhất của quy trình. Các chương trình được dùng cho việc này bao gồm TinkerCAD, Fusion360 và Sketchup.

Đối với các mặt hàng phức tạp, những loại hình này thường được thí nghiệm rộng rãi trong việc giả lập bất kỳ khiếm khuyết tiềm năng nào của mặt hàng cuối cùng. Tất nhiên, nếu đối tượng được in tận gốc là để trang trí, thì điều ấy sẽ ít quan trọng hơn.

Một trong số lợi ích chính của in 3D là nó cấp phép tạo mẫu của đa số mọi thứ 1 cách nhanh chóng. Giới hạn duy nhất chỉ là trí mường tượng của bạn mà thôi.

Trên thực tế, có một số đối tượng quá phức tạp để cũng đều có thể tạo ra trong những quy trình sản xuất hoặc tạo mẫu truyền thống, như phay CNC (CNC milling) hoặc đúc. In 3D cũng rẻ hơn rất nhiều so với một số cách thức sản xuất truyền thống khác.

Sau khi thiết kế, thời kì kế đến là cắt lớp (slicing) kỹ thuật số loại hình để lấy đi in. Đây là một bước quan trọng vì máy in 3D chẳng thể khái niệm hóa loại hình 3D giống như con người. Quá trình cắt lớp chia loại tạo thành nhiều lớp. Thiết kế cho từng lớp sau đó được gửi đến đầu máy in (printer head) để in hoặc đặt xuống theo thứ tự.

Quá trình cắt lớp thường được hoàn thành bằng một chương trình đặc biệt như CraftWare hoặc Astroprint. Phần mềm này cũng sẽ giải quyết việc “lấp đầy” loại hình bằng phương pháp tạo cấu trúc lưới bên trong loại hình rắn để tăng độ ổn định nếu cần.

Đây cũng chính là một lĩnh vực mà máy in 3D đích thực vượt trội. Những máy in này cũng có thể in các chất liệu với mật độ cực thấp thông qua việc bổ sung các túi khí bên trong mặt hàng cuối cùng.

Phần mềm cắt lớp cũng sẽ thêm vô các cột hỗ trợ khi cần thiết. Các cột này sau kia sẽ có gỡ bỏ nếu cần.

Sau khi chương trình cắt lớp hoạt động, dữ liệu cho thời kì cuối cùng sẽ có gửi đến máy in.

Từ đây, máy in 3D sẽ tự mình tiếp quản mọi thứ. Nó sẽ bắt đầu in ra loại hình theo các hướng dẫn cụ thể của chương trình cắt lớp bằng những cách thức khác nhau, tùy thuộc vào loại máy in được sử dụng. Ví dụ, in 3D trực tiếp sử dụng công nghệ tương tự như công nghệ in phun, trong đó vòi phun di chuyển qua lại và lên xuống, mang theo một loại sáp hoặc nhựa polyme dày, tạo thành từng mặt phẳng cắt mới của vật thể 3D. Phương pháp MJM (Multi Jet Modeling) sử dụng hàng chục vòi phun hoạt động đồng thời, để tạo mô hình nhanh hơn.

Trong phương pháp in 3D phun kết dính (binder 3D printing), vòi phun phun bột khô và keo lỏng, hoặc chất kết dính, rồi kết hợp chúng với nhau để hình thành từng lớp in. Máy in phun dính vào thực hành 2 lần để tạo thành mỗi lớp. Lần đầu tiên tạo ra một lớp phủ bột mỏng và đợt thứ hai sử dụng vòi phun để đưa chất bám dính vào.

Trong qui trình quang hóa, các giọt nhựa lỏng chạm với chùm tia cực tím, chuyển chất lỏng thành chất rắn.

Sintering (Thiêu kết) là một công nghệ in 3D khác phối hợp các hạt có nhiệt nhiệt độ chảy cao và những hạt có nhiệt nhiệt độ chảy thấp với nhau để in từng lớp tiếp nối nhau. Quá trình thiêu kết laser có chọn lọc (selective laser sintering) liên quan dựa vào tia laser để làm tan chảy bột nhựa chống cháy, sau đó hóa rắn để hình thành lớp in. Sintering cũng cũng có thể được dùng làm thành lập những vật kim loại.

Quá trình in 3D cũng đều có thể mất hàng tiếng hoặc cho dù vài ngày, tùy thuộc vào quy mô và độ phức tạp của dự án.

“Có một số công nghệ mau hơn tạo được tiếng vang trong ngành, như Carbon M1, sử dụng tia laser bắn vào một lớp chất lỏng và kéo bản in rời khỏi đó, tăng tốc quá gửi lên đáng kể. Nhưng những loại máy in này phức tạp và mắt tiền hơn hẳn lần, thêm nữa đó, cho đến nay, chúng chỉ hoạt động với nhựa mà thôi”. (Theo howtogeek.com).

Bất kể loại máy in 3D nào được sử dụng, quy trình in tổng thể cũng thường giống nhau.

• Bước 1 : Tạo loại hình 3D bằng phần mềm CAD.
• Bước 2 : Bản vẽ CAD được chuyển đổi sang định dạng Standard Tessellation Language (STL). Hầu hết các máy in 3D sử dụng các file STL, cùng theo với một số loại file khác như ZPR và ObjDF.
• Bước 3 : File STL được chuyển qua máy tính điều khiển máy in 3D. Ở đó, người sử dụng chỉ định kích thước và hướng in.
• Bước 4 : Máy in 3D tự thiết lập. Mỗi máy có các đòi hỏi riêng để thiết lập, chẳng hạn như nạp lại các hạt polyme, chất dính vào và những vật tư tốn kém khác mà máy in sẽ sử dụng.
• Bước 5 : Khởi động máy và chờ quá trình xây dựng loại hình hoàn tất. Máy nên được kiểm tra thường xuyên trong thời gian này để đáp ứng không có lỗi.
• Bước 6 : Đối tượng in được xóa khỏi máy.
• Bước 7 : Bước cuối cùng là xử lý hậu kỳ. Nhiều máy in 3D đòi hỏi một số loại giải quyết hậu kỳ, chẳng hạn như loại bỏ bất kỳ loại bột nào còn sót lại hoặc rửa vật in để loại bỏ các chất hỗ trợ hòa tan trong nước. Những vật thể mới cũng có thể có thể càng phải được làm khô.

Máy in 3D có thể làm gì?

Như bạn đã thấy, máy in 3D rất linh hoạt. Về lý thuyết, chúng có thể tạo nên hầu hết mọi thứ bạn nghĩ ra.

Nhưng chúng bị giới hạn bởi các sinh chất liệu cũng có thể có thể sử dụng làm vật liệu in và kích cỡ của chúng. Đối với các đối tượng rất lớn, giả sử một ngôi nhà, bạn sẽ cần in các mảnh riêng lẻ – hoặc sử dụng máy in 3D rất lớn.

Máy in 3D có thể in bằng nhựa, bê tông, kim loại và thậm chí cả tế bào động vật. Nhưng hầu hết các máy in sẽ có thiết kế để chỉ sử dụng một loại vật liệu.

Một số tỉ dụ thú vị về các đối tượng được in 3D cho dù là (nhưng không giới hạn):

• Tay chân giả và các cơ quan cơ thể khác
• Ngôi nhà và các tòa nhà
• Món ăn
• Dược phẩm
• Súng
• Sản phẩm thủy tinh
• Đối tượng acrylic
• Đạo cụ phim
• Nhạc cụ
• Quần áo
• Mô hình và thiết bị y tế

In 3D rõ ràng có ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Một số loại phần mềm in 3D

Các phần mềm CAD khác nhau sẽ sử dụng nhiều định hình file, nhưng một số tùy chọn phổ biến nhất là:

• STL – Standard Tessellation Language hoặc STL là định hình kết xuất 3D thường chỉ cũng có thể có thể giải quyết một màu duy nhất. Đây thường là định dạng file mà đa số các máy in 3D để bàn sử dụng.
• VRML – Virtual Reality Modeling Language, file VRML là định hình file mới hơn. Chúng thường được sử dụng cho những máy in có nhiều máy ép đùn và cũng có thể có thể xử lý việc tạo mô hình nhiều màu.
• AMF – Định dạng Additive Manufacturing File là tiêu chí mở dựa theo .xml để in 3D. Nó cũng có thể hỗ trợ nhiều màu sắc.
• GCode – GCode là một định dạng file khác có thể chứa các chỉ dẫn chi tiết để máy in 3D tuân theo khi đặt từng lớp.
• Các định hình khác – Các hãng sản xuất máy in 3D khác cũng có những định hình file độc quyền của riêng họ.

Lợi ích của in 3D là gì?

Như đã đề cập ở trên, in 3D có thể có nhiều ưu thế hơn so với các quy trình sản xuất truyền thống như ép phun hay phay CNC.

In 3D là qui trình thành lập mọi thứ theo từng lớp, còn phay CNC dần dần loại bỏ chất liệu khỏi một khối rắn để có sản phẩm. Điều này còn có tức là trong 1 số trường hợp, in 3D có thể tiết kiệm tài nguyên hơn CNC.

Một thí dụ khác về quy trình sản xuất truyền thống, ép phun, rất tốt để có nhiều vật thể với cân nặng lớn. Mặc dù có thể được sử dụng để tạo nguyên mẫu, nhưng ép phun thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt, quy mô lớn, thiết kế sản phẩm được phê duyệt. Còn in 3D phù hợp hơn với quy mô nhỏ, hoạt động sản xuất hạn chế hoặc tạo mẫu.

Tùy thuộc vào việc sử dụng, in 3D có 1 số lợi thế khác so với những quy trình sản xuất khác. Chúng bao gồm (nhưng không giới hạn ở việc):

• Sản xuất mau hơn – In 3D có thể mau hơn một số quy trình thường thì như ép phun và sản xuất giảm trừ (subtractive production).
• Có thể tiếp cận dễ dàng – In 3D đã xuất hiện được vài thập kỷ và trở nên bùng nổ từ khoảng năm 2010. Hiện tại có biết bao loại máy in và gói phần mềm (nhiều tùy chọn là nguồn mở) có sẵn, giúp mọi người dễ dàng học cách thực hiện.
• Sản phẩm chất lượng tốt hơn – In 3D tạo nên chất lượng mặt hàng phù hợp. Miễn là model chính xác và phù phù hợp với mục đích, cộng với việc sử dụng cùng loại máy in, mặt hàng cuối cùng thường sẽ luôn có chất lượng giống nhau.
• Tuyệt vời cho thiết kế và thử nghiệm sản phẩm – In 3D là một trong các công cụ tốt nhất để thiết kế và thử nghiệm sản phẩm. Nó cung cấp nhiều cơ hội để thiết kế và thí nghiệm các loại hình nhằm cho phép sàng lọc dễ dàng.
• Hiệu quả về kinh phí – In 3D, như ta đã thấy, cũng có thể là một phương tiện sản xuất hữu hiệu về chi phí. Khi mô hình được tạo, quy trình thường được tự động hóa và chất thải nguyên liệu thô có khuynh hướng bị hạn chế.
• Thiết kế sản phẩm gần như vô hạn – Khả năng in 3D gần như vô hạn. Miễn là nó có thể được thiết kế bằng CAD và có máy in đủ lớn để in sản phẩm.
• Máy in 3D cũng có thể có thể in bằng nhiều chất liệu khác nhau – Một số máy in 3D thực thụ cũng đều có thể pha trộn hoặc chuyển đổi giữa những vật liệu. Trong in ấn truyền thống, điều ấy còn cũng đều có thể khó khăn và rất tốn kém.

Từ khóa bài viết: napmucmayintannoi.info, in 3D là gì, máy in 3D là gì, in 3D hoạt động như thế nào, công nghệ in 3D, ứng dụng công nghệ in 3D, phát minh máy in, in 3D màu, máy in 3D hoạt động như thế nào, nguyên lý hoạt động của máy in 3D

Bài viết In 3D là gì? Máy in 3D hoạt động như thế nào? được tổng hợp và biên tập bởi: napmucmayintannoi.info. Mọi ý kiến đóng góp và phản hồi vui lòng gửi Liên Hệ cho napmucmayintannoi.info để điều chỉnh. napmucmayintannoi.info xin cảm ơn.