1. Đôi nét về in nhựa 3D
Công nghệ in 3D bằng nhựa được thực hiện bằng máy in nhựa 3D, là công nghệ được sử dụng để tạo mẫu 3D nhanh. Công nghệ 3D được áp dụng với nhiều vật liệu tạo hình khác nhau như nguyên liệu dạng khối, dạng lỏng và dạng bột với việc áp dụng các loại phương pháp thực hiện khác nhau như SLA, FDM, SLS,… Một số địa chỉ cung cấp dịch vụ in 3D cũng có nhiều hình thức in đa dạng và mẫu mã khác nhau. Trong đó máy in nhựa 3D sẽ sử dụng các loại nhựa dẻo để tiến hành tạo hình theo thiết kế dựng sẵn.
AccuFab- L4K
(Nguồn: https://www.shining3D.com/)
Quá trình in 3D là một quy trình thực hiện gia công trên dữ liệu và thiết kế được thiết lập sẵn với sản phẩm có 3 chiều. Với nhu cầu sử dụng đa dạng hiện nay, công nghệ in 3D được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như cơ khí, thiết kế mô hình nhà cửa, công trình, sản xuất đồ chơi, mô hình 3D,…
Khi doanh nghiệp sử dụng máy in nhựa 3D để thực hiện công nghệ in 3D sẽ giúp tiết kiệm được nhiều chi phí hơn so với những phương pháp truyền thống. Thời gian thực hiện nhanh chóng, có thể tạo ra sản phẩm một cách chi tiết và đúng theo mẫu thiết kế trong vòng 3 giờ đến 72 giờ. Thành phẩm tạo ra từ công nghệ này có độ bền cao, khả năng đàn hồi tốt, rõ ràng đến chi tiết dù là nhỏ nhất,…
2. Thuận lợi và khó khăn khi sử dụng công nghệ in 3D nhựa
Cơ cấu hoạt động của máy in nhựa 3D là sau khi được thiết lập chương trình và mẫu thiết kế 3D, máy tính sẽ kiểm soát và vận hành để máy tạo ra sản phẩm với không gian 3 chiều, được tạo từ các vật liệu chuyên dụng. Do đó, công nghệ in 3D giúp doanh nghiệp sáng tạo, thay đổi tư duy thiết kế, tạo ra những sản phẩm chất lượng phục vụ nhu cầu người dùng.
Sử dụng quy trình in 3D giúp tiết kiệm chi phí, mang lại hiệu suất làm việc cao, tạo ra những sản phẩm thân thiện với môi trường, đặc biệt kết cấu sản phẩm tạo ra từ máy in nhựa 3D sẽ chắc chắn hơn so với thực hiện bằng những phương pháp truyền thống khác. Công nghệ này hiện nay được ứng dụng phổ biến trong hầu hết mọi lĩnh vực, các hệ thống sản xuất, bằng nhiều loại vật liệu khác nhau.
Bên cạnh những thuận lợi mà máy in 3D mang lại, cũng có những khó khăn gặp phải khi sử dụng công nghệ này. Nếu người dùng chưa thực sự thành thạo về các công cụ hay phần mềm liên quan thì rất có khả năng in ra thành phẩm không đạt yêu cầu, gặp những trục trặc kỹ thuật và không tìm được cách xử lý. Vì vậy, để đảm bảo in 3D có thể đạt hiệu quả nhất, doanh nghiệp cần trang bị kiến thức và kỹ năng về công nghệ 3D để hạn chế các lỗi xảy ra.
3. Nhựa được sử dụng phổ biến trong in 3D
Nhựa in 3D là vật liệu được sử dụng trong máy in nhựa 3D cùng với các phần mềm hỗ trợ để tạo ra các sản phẩm 3D như mong muốn. Sau đây, Cisbaotin sẽ giới thiệu một số vật liệu thường dùng, phổ biến nhất như sau:
3.1. Nhựa PLA
Loại nhựa này có thành phần chủ yếu là bột bắp, nên chúng có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường và đặc biệt có nhiều màu sắc, thích hợp sử dụng trong lĩnh vực về thực phẩm. Tuy nhiên, nhựa PLA có nhược điểm là kém bền, không thích hợp cho những doanh nghiệp thực hiện công nghệ in 3D cho mục đích kỹ thuật.
3.2. Nhựa ABS
Nhựa ABS có đặc tính cứng nhưng không giòn, có khả năng cách điện, không thấm nước, chịu được nhiệt độ và hóa chất do đó không làm biến dạng sản phẩm.
Nhựa ABS được sử dụng phổ biến trong chế tác đồ chơi cho trẻ em, sử dụng làm vỏ linh kiện điện tử, làm vỏ máy xay sinh tố, máy ép trái cây, làm một số chi tiết máy của xe hơi, xe máy,….
3.3. Nhựa PEEK
Nhựa PEEK sử dụng trong máy in nhựa 3D bởi khả năng chịu ứng suất, nhiệt độ và hóa chất cao, có thể tiếp xúc với bức xạ tia X và gamma. Tuy nhiên, nếu máy muốn sử dụng nhựa PEEK để in, chế tác thì máy in nhựa 3D cần phải được làm nóng tới 400°C thì mới có thể đùn vật liệu này.
3.4. Nhựa PET
Nhựa PET khi tiến hành in không tạo ra mùi hôi khó chịu như dùng nhựa ABS, máy in không cần bàn nóng, dễ bảo quản, được sử dụng phổ biến trong việc chế tác các sản phẩm tiêu dùng.
3.5. Nhựa PETG
Nhựa PETG là loại nhựa dưới dạng sợi trong, ít giòn hơn nhựa PET, dễ sử dụng hơn. Do có khả năng chịu được thay đổi của thời tiết nên thường được dùng để chế tác dụng cụ làm vườn. Trong quá trình sử dụng máy in nhựa 3D bằng vật liệu này cần tránh môi trường ẩm, mốc.
3.6. Nhựa HIPS
Nhựa HIPS được ứng dụng khá rộng trong ngành in ấn với phương pháp FDM và SLA. Và khi loại nhựa này được sử dụng cùng với nhựa ABS sẽ mang lại hiệu quả cao hơn. Tuy trong quá trình sử dụng sẽ tạo ra khói nhưng bù lại chúng lại là vật liệu có độ bền cao, chống va đập cao, thích hợp trong vận chuyển container, dự án DIY,…
3.7. Nhựa Conductive
Nhựa Conductive là loại vật liệu mới được sử dụng trong các loại máy in nhựa 3D, được tạo ra dựa trên nền tảng nhựa PLA và ABS. Có đặc tính dẫn điện, nhựa conductive biến thể của nhựa ABS có khả năng dẫn điện mạnh hơn và chịu được nhiệt tốt hơn so với nhựa conductive biến thể PLA.
Loại nhựa này được sử dụng để tạo cảm biến cảm ứng trong các thiết bị giao diện như miếng lót chơi game và máy MIDI, xây dựng các dự án DIY phức tạp.
3.8. Nhựa Alumide
Nhựa Alumide có thành phần chủ yếu là nhựa nylon và các hạt nhôm, giúp loại nhựa này có độ bền và độ dẻo, phù hợp cho việc xử lý hậu kỳ sau khi sử dụng xong máy in nhựa 3D.
3.9. Nhựa Nylon
Nhựa nylon có tính chất tương tự nhựa PETG nhưng có khả năng đồng bộ cao giữa bền, dẻo và cứng. Với tính linh hoạt của loại vật liệu này thì chúng được sử dụng nhiều trong chế tác kỹ thuật, mỹ thuật.
3.10. Nhựa TPE, TPU và TPC hay nhựa nhiệt dẻo
Nhựa TPE có tính chất tương tự như cao su, dễ thấy trên các bộ phận xe ô tô, các thiết bị gia đình và vật tư y tế. Nhựa TPU có độ đặc, cứng cao hơn và độ dẻo tốt hơn khi nguội. Nhựa TPC được ưu tiên trong chế tác các sản phẩm liên quan tới hóa chất, chịu nhiệt và chống tia UV.
4. Ứng dụng công nghệ in 3D nhựa vào doanh nghiệp
Máy in nhựa 3D đóng vai trò trong nhiều ngành nghề và lĩnh vực sản xuất khác nhau, từ những nhành nghề yêu cầu tính thẩm mỹ cao như thiết kế thời trang, cho đến những ngành nghề đòi hỏi tính kỹ thuật và chi tiết như cơ khí, chế tạo và sản xuất ô tô, đóng vai trò to lớn trong một số lĩnh vực y khoa, đặc biệc trong việc giải phẫu và chỉnh hình,…..
Cụ thể, máy in nhựa 3D đươc ứng dụng trong một số lĩnh vực như sau:
4.1. Lĩnh vực thiết kế thời trang
Công nghệ in 3D giúp hỗ trợ thiết kế một số phụ kiện trong lĩnh vực thời trang như giày dép, họa tiết trang phục, phụ kiện trang sức,…..
4.2. Lĩnh vực sản xuất và chế tạo phương tiện
Đóng góp vai trò trong việc thiết kế và sản xuất các chi tiết máy, linh kiện động cơ xe máy, xe ô tô, hay thậm chí là một chiếc xe hoàn chỉnh.
Hiện nay các hãng sản xuất ô tô trên thế giới như Ford, GE, Mattel,..sử dụng công nghệ này trong việc chế tạo và sản xuất ô tô nhằm tiết kiệm chi phí và thời gian sản xuất, tạo ra những sản phẩm chất lượng trong thời gian nhanh chóng.
Formlabs form 3b+
(Nguồn: https://formlabs.com/)
4.3. Trong lĩnh vực xây dựng
Công nghệ in 3D giúp thời gian thi công thực hiện nhanh chóng hơn với mức chi phí thấp. Đặc biệt công nghệ in 3D được sử dụng nhiều trong việc tạo dựng mô hình xây dựng, giúp các nhà thiết kế có thể chỉnh sửa công trình thông qua những mô hình được tạo dựng nhờ máy in nhựa 3D.
4.4. Lĩnh vực năng lượng
Công nghệ in 3D hỗ trợ nguyên mẫu trong việc sản xuất gia công tuabin khí, loại động cơ giúp chuyển đổi khí đốt tự nhiên hoặc các nhiên liệu lỏng sang năng lượng cơ học, từ đó sản sinh ra năng lượng. Đây có thể là bước tiến lớn trong việc ứng dụng tính năng công nghệ này trong lĩnh vực năng lượng.
4.5. Lĩnh vực quân sự
Tại Texas, một nhà thiết kế đã chế tạo thành công khẩu súng làm từ máy in nhựa 3D và có thể bắn đạt thật. Nhờ vậy mà chi phí cho việc sản xuất vũ khí cũng thấp hơn so với việc sản xuất từ kim loại. Tuy nhiên, ứng dụng này mang lại khá nhiều rủi ro trong cuộc sống bởi khả năng dễ dàng chế tác của chúng.
4.6. Lĩnh vực y khoa
Công nghệ in 3D có đóng góp to lớn trong việc tạo ra một số bộ phận như: răng giả, tay giả,….giúp cho nhiều người có cơ hội được chữa bệnh và sống cuộc sống tốt hơn.
4.7. Ngành hàng không vũ trụ
Trong lĩnh vực này, máy in nhựa 3D được lắp đặt trên các trạm vũ trụ, nhờ các loại máy in này mà việc chế tạo các vật dụng trong việc khám phá vũ trụ thuận lợi hơn.
Các nhân viện tại trung tâm điều khiển chỉ cần gửi bản vẽ và phi hành gia tại trạm vũ trụ sẽ in và chế tạo vật dụng thay vì phải tốn chi phí để gửi vật dụng vào trạm như ngày trước.
Máy in nhựa 3D BigRep PRO
(Nguồn: https://bigrep.com/ )
4.8. Trong giáo dục và nghiên cứu
Máy in nhựa 3D giúp hỗ trợ sinh viên, giáo sư, tiến sĩ thực hiện các công trình nghiên cứu, đặc biệt trong các lĩnh vực y khoa, kiến trúc,…thay vì sử dụng các chất liệu đắt tiền như trước đây.
4.9. Lĩnh vực sở hữu trí tuệ
Trong lĩnh vực này, công nghệ in 3D giúp việc đăng ký kiểu dáng công nghiệp, quyền tác giả đối với sản phẩm,….được thuận tiện hơn.
Để có cái nhìn chi tiết hơn về ứng dụng của máy in 3D trong thực tế sản xuất và đời sống, hãy tham khảo bài viết của 3DS theo đường link sau:
5. Các loại máy in nhựa 3D phổ biến
Với nhu cầu sử dụng và tính ứng dụng trong thực tế cao như hiện nay, trên thị trường có hai loại máy phổ biến là máy in 3D MSLA và máy in 3D FDM:
- Máy in 3D MSLA (Masked StereoLithogrAphy): Máy in 3D nhựa MSLA sử dụng tia cực tím để bảo dưỡng các vật liệu nhựa in, nhờ các tia cực tím này mà chất liệu sẽ bốc lên từ thùng chất lỏng, sau đó tạo thành từng lớn mô hình cần dựng. Nhờ vậy mà các mô hình được dựng từ loại máy này được tạo thành rất chi tiết nhưng khâu làm sạch và xử lý hậu kì khá phức tạp.
- Máy in nhựa 3D FDM tạo mô hình lắng đọng và hợp nhất: Đối với máy in nhựa 3D dạng sợi, vật liệu được đưa vào vòi phun nóng và vật liệu được đùn ra từng lớp để tạo thành các mô hình rắn. Mặc dù sử dụng máy in này khâu xử lý hậu kỳ không quá phức tạp nhưng sản phẩm tạo thành sẽ thô hơn so với sử dụng máy in nhựa 3D MSLA.
Một số sản phẩm máy in nhựa 3D cụ thể, phổ biến trên thị trường hiện nay đến từ các thương hiệu nổi tiếng có thể kể đến như:
5.1. Máy in nhựa 3D EP-A350 Stereolithography
Máy in 3D công nghệ EP-A350 Stereolithography (SLA) được thiết kế và sản xuất bởi Eplus 3D, có xuất xứ từ Đức. Thích hợp cho việc ứng dụng vào dây chuyền sản xuất như đèn ô tô, xe máy, tạo mẫu RP, lõi khuôn, sản phẩm test chức năng, sản xuất đồ gá phục vụ lắp ráp hoặc đo kiểm tra CMM trực tiếp bằng máy in 3D. Một số đặc điểm cơ bản như bề dày lớp in từ 0,05mm đến 0,25mm, sử dụng cho tất cả vật liệu in resin cảm quang 355nm, kích thước máy 900x1100x1600 mm, khối lượng 600kg,….
Máy in nhựa 3D EP-A350 khi sử dụng có độ chính xác cao, tia laser cực tím sẽ tự động hội tụ, kích thước đường kính tia laser nhỏ hơn 0,15mm. Bề mặt mẫu in có độ nhẵn mịn với ra<0.1um, máy có thể xử lý tự động, sử dụng điều khiển từ xa hay nhắc nhở bằng giọng nói và tin nhắn SMS,…
5.2. Máy in nhựa 3D resin Formlabs Form 2
Formlabs Form 2 được thiết kế và sản xuất tại Mỹ, thường có mặt ở các trong phòng thí nghiệm, các fablabs chuyên nghiệp, các makerspace, trường viện và không gian chế tác kỹ thuật.
Máy in 3D Form 2 của Formlab
(Nguồn: https://formlabs.com/)
Đặc điểm cơ bản của máy in nhựa 3D này là: sử dụng vật liệu in là nhựa lỏng thay vì sợi, có động cơ quang học khá mạnh, công suất nguồn Laser tím 250mW,… Với những đặc điểm trên, khi sử dụng máy Formlabs Form 2 mang lại cho người dùng những ưu điểm sau: có giá thành rẻ nhưng chất lượng thành phẩm tạo thành cao, có cơ cấu gương tùy chỉnh nhờ vậy mà chất lượng sản phẩm thật sự ấn tượng,…
5.3. Máy in nhựa 3D LulzBot Mini 2
LulzBot Mini 2 được thiết kế và chế tạo tại Mỹ, máy in này có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất, thiết kế các chi tiết cơ khí quan trọng. Dòng máy in này có những tính năng cơ bản như khổ in tăng 20%, có màn hình điều khiển GLCD, có thể sử dụng vật liệu in là nhựa cứng và dẻo, với đầu phun Genuine E3D Titan Aero, nhiệt độ bàn in tối đa lên tới 120oC, khổ in tối đa: 160 x 160 x 180mm,….
Máy LulzBot Mini 2 rất dễ dàng cài đặt và sử dụng, với thiết kế nhỏ gọn, không chiếm nhiều không gian lắp đặt, khi hoạt động không gây nhiều tiếng ồn, có khả năng in nhanh, xử lý được các vật liệu in tiên tiến như TPU, PLA, ABS,…
5.4. Máy in nhựa 3D AccuFab- L4D
AccuFab-L4D là dòng máy in 3D hiện đại đến từ nhà sản xuất Shining 3D, có trụ sở chính tại Hàng Châu, Trung Quốc. Được sản xuất nhằm phục vụ việc chẩn đoán và điều trị nha khoa kỹ thuật số.
Máy có những tính năng và ưu điểm nổi trội như: độ chính xác vô cùng cao với hơn 96% điểm bề mặt phù hợp trong phạm vi ± 0,1mm, model quang học chất lượng cao, DCS duy trì nhiệt độ của màn hình làm việc dưới 40 ℃,…mang lại khả năng và tính linh hoạt cao hơn.
5.5. Máy in nhựa 3D BigRep ONE
Máy in nhựa 3D BigRep được thiết kế và sản xuất tại Berlin Đức, phù hợp trong việc áp dụng đối với các ngành nghề trong lĩnh vực ngành công nghiệp ô tô hoặc hàng không vũ trụ.
Máy bigrep one có thể làm việc là 1005 x 1005 x 1005 mm, tạo bề dày lớp in khoảng từ 0.1 đến 1.4 mm, nhiệt độ bàn in đến 80oC, sử dụng các vật liệu in như : PLA, PETG, Pro HT, Pro HS, Pro FLEX.
Máy này có ưu điểm là có khả năng hoạt động liên tục, ổn định và bền bỉ theo thời gian, cho phép sản xuất bồi đắp với quy mô lớn.
Máy in nhựa 3D Bigrep ONE
(Nguồn: https://bigrep.com/)
Để chọn được loại máy in phù hợp, doanh nghiệp còn cần xét đến nhiều yếu tố liên quan khác, đặc biệt là thông tin chi tiết và thông số kỹ thuật của máy. Không phải loại máy có giá thành cao thì sẽ có chất lượng tạo hình tốt. Đặc biệt cần lưu ý đến môi trường đặt máy in phải đảm bảo thông thoáng, tránh môi trường ẩm, kín gió.
6. Lưu ý khi chọn máy in nhựa 3D
Để chọn được máy in nhựa 3D tốt nhất và phù hợp, có thể chọn dựa trên những tiêu chí sau:
6.1. Chọn kiểu máy in nhựa 3D phù hợp
Trên thị trường có hai loại là máy in nhựa 3D và máy in 3D dạng sợi. Tùy vào mục đích sử dụng cũng như ưu nhược điểm của từng loại máy mà chọn kiểu máy phù hợp.
6.2. Kích thước sản phẩm cần được tạo
Mỗi doanh nghiệp sẽ có những yêu cầu về số lượng sản phẩm cũng như khối lượng và hình dạng sản phẩm cần được dựng khác nhau. Dựa trên yếu tố này cũng tác động đến loại máy có công suất và kích thước máy khác nhau.
Máy in nhựa 3D Formlabs Form 3L
(Nguồn: https://formlabs.com/)
6.3. Khả năng nâng cấp bàn in của máy in nhựa 3D
Nâng cấp bàn in của máy in nhựa 3D là một yếu tố quan trọng của quá trình in 3D, máy in có khả năng tự động cân bằng bàn in sẽ thuận lợi và nhanh chóng hơn trong việc in.
6.4. Kinh nghiệm của người sử dụng
Nếu người dùng có ít kinh nghiệm trong vận hành máy in nhựa 3D thì nên chọn loại máy có chức năng vận hành đơn giản. Ngược lại người đã có nhiều kinh nghiệm và cần được trải nghiệm nhiều hơn thì có thể chọn loại máy có tính năng cao hơn.
7. Tổng kết
Nhờ sự phát triển của công nghệ in 3D mà quy trình gia công sản phẩm ngày càng tiến bộ hơn. Máy in nhựa 3D đóng góp một vai trò không nhỏ trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống như y tế, hàng không vũ trụ, cơ khí, sản xuất chế tạo động cơ, ô tô,….
Nguồn: 3D Smart Solutions
