CHƯƠNG 1: Tổng quan về công nghệ in 3D 1. Giới thiệu công nghệ in 3D - Cách nay khoảng 40 năm về trước, những ai lần đầu tiên nghe tiếng phát ra trên radio, nhìn thấy hình mình trên một tấm giấy, hay xem những con người bé tí chạy nhảy trong chiếc hộp vuông vuông thì đã là một cái gì không thể tưởng tượng nổi. Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển vượt bậc, đi bất cứ đâu chúng ta cũng có thể nghe thấy nhan nhản những TV 3D, Phim 3D, âm thanh 3D, hình 3D. Tất cả những cụm từ trên đều dùng để chỉ những công nghệ tạo ảo giác hình khối lên thị giác và thính giác của con người, nhằm mô phỏng lại những gì ta có thể thấy và nghe được.1: TV chiếu phim 3D 4 Luan van Hình 1.3: Âm thanh 3D 5 Luan van - Nhưng 3D trong công nghệ in 3D là một định nghĩa hoàn toàn khác với 3D mang tính mô phỏng mà ta đã nói ở trên.
3D ở đây là sản phẩm thật, vật thể thật mà ta có thể cầm trên tay, sờ mó, quan sát một cách chính xác, 3D ở đây là mọi thứ xung quanh ta, mà từ nguyên thủy đến hiện nay ta vẫn tiếp xúc hằng ngày, quá quen thuộc và ta chẳng gọi nó là 3d làm gì.4: sản phẩm từ công nghệ in 3D vật liệu lỏng 6 Luan van Ví dụ: bạn đang sử dụng chiếc laptop của mình và chiếc laptop chính là vật thể 3D mà ta đang nói đến ở đây.5: Vật thể 3D - Nói như vậy để chúng ta phân biệt một cách rõ ràng in 3d ở đây là in ra một vật thể 3d có thể sờ mó, quan sát, cầm nắm được chứ không phải là in ra một hình ảnh mà ta nhìn vào nó nổi khối 3 chiều gần giống như ngoài đời. - Nhưng để làm ra hay chế tạo ra một vật thể 3d thì từ xưa đến nay có biết bao nhiêu cách, từ truyền thống cho đến hiện đại, và tại sao lại là in ra. Thế nào là in 3D ? - Để dễ hình dung ta tưởng tượng như sau: Có lẽ ai cũng đã nghe tới chụp cắt lớp CT, máy CT có nhiệm vụ là chụp từng lớp cắt ngang từ cổ lên đến đỉnh đầu của chúng ta (nếu ta chụp cắt lớp đầu), khi ta xem tấm phim CT ta thấy rất nhiều tấm hình mặt cắt với vòng ngoài là lớp xương sọ, bên trong hình thù cắt lát của não bộ và các cơ quan. 7 Luan van Hình 2.1: Sản phẩm từ công nghẹ in 3D resin Hình 2.2: Sản phẩm từ công nghẹ in 3D resin 8 Luan van - Nếu giả sử ta đem in từng tấm hình CT lắt cắt này ra giấy rồi đem xếp chồng các tờ giấy đó lên nhau, từng tờ từng tờ một theo thứ tự.
Giả sử như mực in trên tấm giấy bên trên kết dính với mực in ở tấm giấy bên dưới. Bây giờ ta sẽ được một chồng giấy hình hộp chữ nhật, sau đó ta đem loại bỏ hết phần giấy trắng dư thừa. Lúc này ta sẽ được một khối mực in 3D có hình dạng chính là cái đầu của chúng ta, và nó có đầy đủ tất cả các bộ phận từ bên trong lẫn bên ngoài.3: Sản phẩm được làm từ công nghệ in 3D resin - Vậy in 3D là in ra nội dung (hình cắt CT bên trên) lên từng lớp ( tờ giấy bên trên) , các lớp được in lần lượt chồng liên tiếp lên nhau, từng lớp từng lớp. Mực in chính là vật liệu muốn áp lên vật thể 3d, có thể là nhựa, giấy, bột, polymer, hay kim loại … , các vật liệu này có đặc điểm là có sự kết dính với nhau để vật liệu lớp bên trên kết dính với lớp bên dưới được.
9 Luan van Hình 2.4: Nhựa và sản phẩm in 3D - Ngày nay do độ phổ biến và để dễ hình dung người ta gọi là in 3D, thực chất trong công nghiệp người ta gọi in 3D là tạo mẫu nhanh. Gọi là tạo mẫu nhanh vì so với các phương pháp gia công chế tạo vật thể 3d ( mẫu ) khác như cắt, gọt, tiện, phay, bào, nặn …. Thì phương pháp này cho phép tạo ra mẫu nhanh hơn.5: Quá trình in 3D 10 Luan van 3. Công nghệ in 3D là gì ? - Công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để thực hiện việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động.
Ngày nay công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng, với mỗi sản phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi. Với mỗi loại vật liệu cũng có nhiều phương thức để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa … Cách thức in thì có in từ dưới lên, in từ đỉnh xuống.1: Sản phẩm in 3D resin - Công nghệ in 3D có những đặc điểm gì khiến các chuyên gia đánh giá đây là một xu hướng phát triển đầy mạnh mẽ trong thời gian tới, xu hướng của tương lai ? - Ưu điểm đầu tiên đúng như tên gọi của nó : công nghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ này có sự vượt trội về thời gian chế tạo một sản phẩm hoàn thiện. “Nhanh” ở đây cũng chỉ là một giới hạn tương đối. Thông thường, để tạo ra một sản phẩm mới mất khoảng từ 3 – 72 giờ, phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của sản phẩm.
Có thể bạn cho rằng khoảng thời gian này có vẻ chậm, nhưng so với thời gian mà các công nghệ chế tạo truyền thống thường mất từ nhiều tuần đến nhiều tháng để tạo ra một sản phẩm thì nó nhanh hơn rất nhiều. Chính vì cần ít thời gian hơn để tạo ra 11 Luan van sản phẩm nên các công ty sản xuất tiết kiệm được chi phí, nhanh chóng đưa ra thị trường những sản phẩm mới.2: Những lớp layer đang được in liền nhau - Ưu điểm đặc biệt thứ hai : như trong ví dụ hình dung về in 3d bên trên, ta có thể chế tạo được cái đầu người với đầy đủ các bộ phận cả bên trong lẫn bên ngoài một cách chi tiết chỉ trong một lần thực hiện mà cácphương pháp truyền thống không thể chế tạo được. - Trên thế giới có rất nhiều công nghệ in 3D, từ đơn giản tới phức tạp, từ vật liệu nhựa cho tới kim loại, gốm, thủy tinh. ta tạm pphân loại công nghệ in 3D thành 3 nhóm chính: - Công nghệ FDM là công nghệ in 3D đơn giản và có giá thành rẻ nhất.
Cũng là công nghệ in trong hầu hết các máy in 3D trên thị trường. Về cơ bản, máy in FDM sẽ nung nóng chảy và đùn sợi dây nhựa theo từng lớp một tạo thành mô hình. 12 Luan van Hình 3.3: Mô phỏng máy in 3D 4. Nguyên lý công nghệ Resin - Là tên gọi chung của một loạt công nghệ in 3D dựa trên loại mực in 3D resin lỏng.
Gồm có, công nghệ SLA, DLP và IN 3D liên tục.1: Sơ đồ các công nghệ in 3D resin 13 Luan van - Ưu điểm: Công nghệ in3D RESIN cho ra sản phẩm có độ mịn cao nhất. - Nhược điểm: Quy trình in resin phức tạp, chỉ nên dùng để in các mẫu bé và tinh xảo. - Ứng dụng: Tạo mẫu 3D đồ trang sức, nha khoa, mô hình minature. Khả năng của công nghệ - Công nghệ in 3D đã được cải tiến, hoàn thiện hơn rất nhiều kể từ lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1950, vật liệu in 3D đa dạng, phong phú, kể từ khi in 3D xuất hiện, ứng dụng công nghệ in 3D vào tiến trình phát triển sản phẩm ngày có nhiều đóng góp cho sự phát triển của nhân loại.
Ứng dụng công nghệ in 3D vào việc tạo mẫu vẫn là một ứng dụng thực tế lớn nhất hiện nay. Toàn bộ nền công nghiệp đang được hưởng lợi rất nhiều từ công nghiệp in 3D xuyên suốt tất cả ứng dụng in 3D theo diện rộng, dưới đây là 1 số ứng dụng cơ bản nhất. Ứng dụng công nghệ in 3D trong không gian vũ trụ - Tại triển lãm Hàng không Berlin năm nay, hãng sản xuất máy bay Airbus đã đem đến demo một chiếc máy bay drone được tạo ra bằng công nghệ in 3D. Chiếc drone này được đặt tên là Thor, theo tên của thần sấm trong thần thoại Na-Uy hoặc rất quen thuộc với chúng ta trong truyện và phim của Marvel.1: Sản phẩm in 3D 14 Luan van - Với công nghệ in 3D tiên tiến hiện nay thì việc in 1 chiếc tên lửa là điều ‘không thể tránh khỏi’.
Hầu hết các bộ phận của chiếc tên lửa này đều được ‘in’ từ máy in 3D, từ động cơ đến bộ điều khiển đều được làm bởi máy in 3D.2: Sản phẩm in 3D Hình 5.3: Quá trình in 3D 15 Luan van Ứng dụng công nghệ in 3D trong ngành ô tô - Công ty in ấn 3D Stratasys Israel đã phát triển một máy in 3D lớn được gọi là hệ thống sản xuất 3D với hon 1000 chi tiết cấu thành. Chiếc máy in này đủ lớn để có thể “sản xuất” một chiếc xe hơi bằng công nghệ in 3D.4: Xe làm từ công nghệ in 3D Ứng dụng công nghệ in 3D trong sản xuất và tiêu dùng Các nhà thiết kế, kỹ sư đều sử dụng in 3D và tạo mẫu để kiểm tra tính thẩm mỹ và chức năng của sản phẩm trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt. Đối với các mẫu in 3D có bề ngoài giống sản phẩm thực, máy in 3D sử dụng các loại vật liệu khác nhau như vật liệu trong suốt, dẻo và cứng để chế tạo. 16 Luan van Hình 5.5: Sản phẩm giày - Còn đối với các mẫu được tạo ra bằng loại vật liệu đồ bền tốt, công nghệ FDM là phù hợp nhất để sử dụng.
Các máy in 3D FDM sử dụng vật liệu ABS, PC và các vật liệu nhựa nhiệt dẻo, vì vậy bạn có thể tạo ra các mẫu từ các vật liệu tương tự như sản phẩm cuối cùng. Ứng dụng công nghệ in 3D trong kiến trúc - Công nghệ in 3D biến những diều không thể thành có thể, Công nghệ in 3D đã giúp xây được nhà bằng bùn với chi phí chỉ 48 euro. 17 Luan van Hình 5.6: Công trình của công nghệ - Công nghệ in 3D đang mở ra hy vọng cho hàng trăm triệu người sống trong những khu ổ chuột trên thế giới.7: Mô hình mô phỏng nhà 18 Luan van - Với giá thành rẻ và khả năng xây cực nhanh, phương pháp xây nhà bằng công nghệ in 3D Contour Crafting hứa hẹn sẽ thay đổi cuộc sống của nhiều người.