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

In 3D là gì?

In 3D là một phương pháp sản xuất và tạo mẫu nhanh rất linh hoạt. Trong vài thập kỷ qua, in 3D đã và đang tạo nên 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), mô tả việc tạo nên một đối tượng bằng phương pháp thêm từng lớp vật liệu vào đối tượng đó. Trong suốt lịch sử của mình, công đoạn 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 gọi được biết đến nhiều nhất.

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

Máy in 3D hoạt động như ra sao?

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

Đối với những mặt hàng phức tạp, những mô hình này thường được thử nghiệm rộng rãi trong việc giả lập bất kỳ khiếm khuyết thực lực nào của mặt hàng cuối cùng. Tất nhiên, nếu đối tượng được in hoàn toàn là để trang trí, thì điều ấy sẽ ít quan trọng hơn.

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

Trên thực tế, có một số đối tượng quá phức tạp để tạo ra thể tạo ra trong các quy trình sản xuất hoặc tạo mẫu truyền thống, như phay CNC (CNC milling) hoặc đúc. In 3D cũng rẻ hơn biết bao so với một số phương pháp sản xuất truyền thống khác.

Sau khi thiết kế, giai đoạn kế đến là cắt lớp (slicing) kỹ thuật số mô hình để lấy đi in. Đây là một bước quan trọng vì máy in 3D chẳng thể khái niệm hóa mô hình 3D giống như con người. Quá trình cắt lớp chia loại tạo thành nhiều lớp. Thiết kế cho mỗi 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 cách 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 thực thụ vượt trội. Những máy in này còn cũng có thể in các chất liệu với mật độ quá thấp thông qua việc bổ sung các túi đựng khí bên trong mặt hàng cuối cùng.

Phần mềm cắt lớp cũng sẽ thêm vào các cột bổ trợ khi cần thiết. Các cột này sau đó sẽ có gỡ bỏ nếu cần.

Sau khi chương trình cắt lớp hoạt động, dữ liệu cho giai đoạn cuối cùng sẽ được 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 chỉ 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 diện sử dụng công nghệ tựa như như công nghệ in phun, trong đấy vòi phun di chuyển sang lại và lên xuống, mang theo một loại sáp hoặc nhựa polyme dày, tạo thành từng mặt 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 cách thức in 3D phun kết dính (binder 3D printing), vòi phun phun bột khô và keo lỏng, hoặc chất kết dính, rồi phối hợp chúng cùng nhau để tạo thành từng lớp in. Máy in phun kết dính thực hành 2 lần để tạo thành mỗi lớp. Lần đầu tiên tạo nên một lớp phủ bột mỏng và đợt thứ 2 sử dụng vòi phun để đưa chất kết 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 kết hợp các hạt có nhiệt nhiệt độ chảy cao và những hạt có nhiệt nhiệt độ chảy thấp cùng 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 tạo thành lớp in. Sintering cũng có thể có thể được sử dụng để thành lập các vật kim loại.

Quá trình in 3D có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí vài ngày, tùy thuộc vào quy mô và độ phức tạp của dự án.

“Có một số công nghệ nhanh hơn tạo được tiếng vang trong ngành, như Carbon M1, sử dụng tia laser bắn vào một lớp chất lỏng và kéo bản in ra khỏi đó, tăng tốc qui trình lên đáng kể. Nhưng những loại máy in này phức tạp và mắt tiền hơn nhiều lần, thêm vô đó, cho tới 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 toàn trang cũng thường giống nhau.

• Bước 1 : Tạo mô hình 3D bằng ứng dụng CAD.
• Bước 2 : Bản vẽ CAD được chuyển đổi sang định hình Standard Tessellation Language (STL). Hầu hết các máy in 3D sử dụng các file STL, cùng 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 cỡ 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 tiêu tốn khác mà máy in sẽ sử dụng.
• Bước 5 : Khởi động máy và chờ qui trình thành lập loại hình hoàn tất. Máy nên được kiểm tra đều đều trong thời gian này để đảm bảo không có lỗi.
• Bước 6 : Đối tượng in được xóa bỏ máy.
• Bước 7 : Bước cuối cùng là giải quyết hậu kỳ. Nhiều máy in 3D đòi hỏi một số loại xử lý 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 cũng có thể cần được làm khô.

Máy in 3D cũng đều có thể làm gì?

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

Nhưng chúng bị giới hạn bởi các loại chất liệu có thể sử dụng làm chất liệu in và kích thước 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 cũng có thể có thể in bằng nhựa, bê tông, kim loại và sẽ cho dù cả tế bào động vật. Nhưng đa số các máy in sẽ được thiết kế để chỉ sử dụng một loại vật liệu.

Một số thí 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 rệt có ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Một số loại phần mềm in 3D

Các ứng dụng CAD khác nhau sẽ sử dụng nhiều định hình file, nhưng một số tùy chọn thông dụng 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 hầu hết các máy in 3D để bàn sử dụng.
• VRML – Virtual Reality Modeling Language, file VRML là định dạng file mới hơn. Chúng thường được dùng cho các máy in có nhiều máy ép đùn và cũng đều có thể xử lý việc tạo loại hình nhiều màu.
• AMF – Định dạng Additive Manufacturing File là chỉ tiêu mở dựa theo. xml để in 3D. Nó cũng cũng có thể hỗ trợ nhiều màu sắc.
• GCode – GCode là một định hình file khác cũng có thể chứa các chỉ dẫn chi tiết để máy in 3D tuân theo khi đặt từng lớp.
• Các định dạng khác – Các nhà cung cấp máy in 3D khác cũng có những định hình file độc quyền của riêng họ.

Lợi ích của in 3D là gì?

Như đã nhắc đến ở trên, in 3D cũng đều 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 xây dựng tất cả theo từng lớp, còn phay CNC dần dần loại bỏ vật liệu khỏi một khối rắn để tạo nên sản phẩm. Điều này có tức là trong một số trường hợp, in 3D có thể tiết kiệm tài nguyên hơn CNC.

Một tỉ dụ khác về quy trình sản xuất truyền thống, ép phun, rất tốt để xong xuôi được nhiều vật thể với trọng lượng lớn. Mặc dù cũng có thể có thể được dùng để làm tạo nguyên mẫu, nhưng ép phun phù hợp nhất cho sản xuất hàng loạt, quy mô lớn, thiết kế sản phẩm được phê duyệt. Còn in 3D thích hợp hơn với quy mô nhỏ, hoạt động sản xuất có hạn hoặc tạo mẫu.

Tùy thuộc vào việc sử dụng, in 3D có 1 số ưu thế khác so với các quy trình sản xuất khác. Chúng kể cả (nhưng không giới hạn ở việc):

• Sản xuất nhanh hơn – In 3D cũng có thể có thể mau hơn một số quy trình thường thì như ép phun và sản xuất giảm trừ (subtractive production).
• Có thể tiếp cận đơn giản – 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 ứng dụng (nhiều tùy chọn là nguồn mở) có sẵn, giúp mọi người đơn giản học cách thực hiện.
• Sản phẩm chất lượng tốt hơn – In 3D tạo nên chất lượng sản phẩm phù hợp. Miễn là model chính xác và thích 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 thí nghiệm mặt hàng – In 3D là một trong những công cụ tốt nhất để thiết kế và thí nghiệm sản phẩm. Nó cung cấp nhiều cơ hội để thiết kế và thử nghiệm các mô hình nhằm cấp phép sàng lọc dễ dàng.
• Hiệu quả về chi 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 nhiên 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 cũng có thể được thiết kế bằng CAD và có máy in đủ lớn để in sản phẩm.
• Máy in 3D có thể in bằng nhiều vật liệu không trùng lặp – Một số máy in 3D thực sự cũng có thể có thể pha trộn hoặc chuyển đổi giữa những vật liệu. Trong in ấn truyền thống, điều này cũng có thể có thể khó khăn và rất tốn kém.

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

Nội dung In 3D là gì? Máy in 3D hoạt động như thế nào? được tổng hợp sưu tầm biên tập bởi: Tin Học Trường Tín. Mọi ý kiến vui lòng gửi Liên Hệ cho truongtin.top để điều chỉnh. truongtin.top tks.