• Thứ Tư, 14/08/2013 08:30 (GMT+7)

    In 3D và ứng dụng thực tế

    Minh Cao
    Công nghệ in 3 chiều đang ngày càng phát triển, không chỉ giúp cho việc chế tạo khuôn mẫu được chính xác và dễ dàng hơn mà còn tìm được nhiều ứng dụng trong thực tế cuộc sống.



    Việc sử dụng máy móc để tạo ra các thiết bị, hay sản phẩm có cấu tạo phức tạp không còn là mới trong các ngành công nghiệp sản xuất. Với những khuôn mẫu phức tạp thì bắt buộc phải  gia công trên các máy công cụ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control). Những thiết bị này được nghiên cứu và phát triển từ thập niên 50 và phổ biến vào những năm 80. Việc sử dụng CNC này để tạo ra các sản phẩm 3 chiều là tương đối phức tạp và đòi hỏi nhiều công đoạn ghép nối.  Để hoàn thiện các bước này và đơn giản hóa quy trình thì công nghệ in 3D (in ba chiều) ra đời. Máy in 3D chỉ yêu cầu bản vẽ 3 chiều chi tiết là có thể tạo ra sản phẩm với hình khối đầy đủ, ví dụ như các mô hình xe ô tô, xe máy bằng nhựa, các sản phẩm y học như răng giả, tay chân giả…

    Sản phẩm tạo từ công nghệ SLA.
    Khái niệm additive manufacturing - sản xuất đắp dần hay in ấn 3 chiều (in 3D) thực chất là việc đắp các lớp vật liệu để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Công nghệ đắp thêm để tạo ra sản phẩm trái ngược với công nghệ cắt gọt vẫn thường sử dụng từ xưa tới nay.

    Khái niệm in 3D được sử dụng đầu tiên vào những năm 80 và máy in 3D đầu tiên được phát minh vào năm 1986 bởi Charles Hull dựa trên kĩ thuật stereolithography (SLA).

    Để có được sản phẩm 3D cuối cùng, ngoài máy in ra còn cần thêm mô hình hay thiết kế của sản phẩm. Mô hình hay thiết kế sẽ được vẽ bằng 3D trên máy tính, có thể vẽ bằng các phần mềm chuyên dụng hay thông qua các thiết bị mô phỏng (máy quét). Dựa trên yêu cầu của bản thiết kế máy in sử dụng nguyên liệu để tạo ra các lớp có độ dày khoảng 0,05 - 0,1mm.  Các lớp này xếp liên tiếp với nhau theo mặt cắt của sản phẩm cho đến khi hoàn thành. Tùy vào độ phức tạp của đồ vật cũng như phương pháp in mà việc chế tạo mất từ vài giờ đến vài ngày.

    Các thể loại in 3D

    Hệ thống in 3D phổ biến nhất hiện nay là sử dụng công nghệ in phun lắng đọng. Công nghệ này tương tự như các máy in phun màu hiện nay ngoài việc bổ sung thêm trục phun thẳng đứng. Máy in 3D này dùng đầu phun mực để phun một lớp vật liệu siêu mỏng, bằng cách lắng đọng nóng chảy hay xử lý bằng ánh sáng cực tím để tạo từng lớp. Công nghệ này là sự phát triển của công nghệ SLA được mô tả phía trên. Vật liệu chủ yếu được sử dụng ở đây là nhựa dẻo polylactic acid (PLA) hoặc acrylonitrile butadiene styrene (ABS).

    PLA tuy hơi nhẹ nhưng dễ dàng thao tác hơn ABS bởi có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp còn ABS thì thường có khí độc và đòi hỏi hệ thống phức tạp hơn.

    Công nghệ này có thể hoạt động với nhiều dạng vật liệu khác nhau, từ kim loại cho đến các tế bào của con người. Máy in 3D cá nhân giá rẻ như MakerBot Replicator II, đơn giản dễ sử dụng nhưng chất lượng sản phẩm chưa thực sự cao khi so với máy in Objet chuyên dụng sử dụng công nghệ nung kế bằng laser – Selective Laser Sintering (SLS).

    Một máy in công nghệ SLS.
    Nguyên lý hoạt động của công nghệ SLS tương tự như  SLA là xây dựng đối tượng từ các lớp. Sự khác biệt ở đây là ở nguyên liệu. SLS sử dụng nguyên liệu dạng bột và dùng tia laser kết hợp các hạt lại với nhau để tạo lớp. Vật liệu dạng bột bao gồm polyxetyren, nylon, thủy tinh, gốm sứ, thép, titan, nhôm, và bạc nguyên chất.

    Các vật liệu dư thừa dạng bột này có thể tái chế để tiếp tục sử dụng, tăng hiệu quả sản xuất. Đặc điểm nổi bật của công nghệ này là cho ra sản phẩm có độ chi tiết cao và phức tạp, có khả năng tạo ra cùng lúc nhiều sản phẩm khác nhau.

    Một số công nghệ khác phát triển dựa trên vật liệu dạng bột như nung chảy sử dụng laser -Selective laser melting (SLM), hay sử dụng nhiều vòi phun – multi jet modeling(MJM). Quy trình tương tự và chỉ khác nhau ở giai đoạn tạo hình, SLM nung chảy các hạt để tạo hình, MJM thì sử dụng đầu phun, cho phép tăng màu sắc của sản phẩm.

    Một phương pháp khác là sử dụng đầu phun vật liệu đã được nung chảy - fused deposition modeling (FDM). Quá trình tạo hình sản phẩm loại nhựa dẻo nóng (cùng loại được sử dụng trong ép nhựa) được phun ra từ đầu in có thể kiểm soát nhiệt độ. Ứng dụng này phổ biến trong việc sản xuất  các sản phẩm có khả năng chịu nhiệt cao.

    Công nghệ in 3D đang dần phát triển, việc tạo các sản phẩm công nghệ cao từ kim loại cho đến tế bào con người không còn quá xa vời.

    Mô tả kĩ thuật SLA
    Bệ đỡ được đặt trong thùng chứa polyme lỏng có thể làm cứng khi chiếu laser thích hợp. Dựa trên hình dạng được thiết kế, chùm laser được chiếu lên bề mặt trên cùng của polyme lỏng làm cứng lớp đầu tiên và quy trình này lặp đi lặp lại hết lớp này đến lớp khác khi sản phẩm được hoàn thiện.
    Quá trình tương đối đơn giản nhưng hiệu quả, cho chính xác cao. Đến nay kĩ thuật SLA vẫn là phương pháp in chính xác nhất, mỗi lớp có thể mỏng tới 0,06mm.

     

    Xem tiếp : 12>
    Từ khóa: In 3D
    ID: A1307_7