Công nghệ sản xuất trên thế giới đang có một sự lột xác, một trong số đó phải kể đến là công nghệ in 3D. In ấn 3 chiều đang thay đổi tất cả, từ việc chăm sóc sức khỏe cho tới giáo dục. Nó có mặt trong nhà, trong bếp, thậm chí ở trong vũ trụ. Bây giờ, hãy cùng Bình Minh tìm hiểu công nghệ in 3 chiều và cách nó thay đổi cuộc sống của bạn. 

1. Sơ lược về in 3D

Hãy thử tưởng tượng, một chiếc máy in có thể tạo ra bất cứ thứ gì bạn muốn, miễn là bạn cung cấp bản thiết kế 3D và thiết kế đầu vào. Bạn muốn tạo ra một quả bóng, một chậu cây hay bảng vi mạch máy tính. Về lý thuyết, công nghệ in 3D có thể cho ra bất cứ vật thể gì bạn có thể mô tả bằng thiết kế 3d và có vật liệu đầu vào phù hợp. Vậy chính xác, công nghệ này được hiểu như thế nào?

1.1. In 3D là gì?

In 3D là hình thức tạo ra đồ vật trong không khí theo đúng nghĩa đen và đó không phải là cách các đồ vật được làm ra theo truyền thống.  Phương pháp cũ được gọi là sản xuất hay chế tạo xuất hiện cách đây hàng nghìn năm. Trong khi đó, công nghệ in 3d đảo ngược quá trình đó.

Không giống như nhiều phương pháp in khác như in Flexo, in lụa hay in offset, công nghệ này là phương pháp sản xuất tích lũy, bồi đắp, tạo ra từng lớp một. Bạn bắt đầu bằng một ý tưởng, bạn tạo mô hình của nó trên máy tính và in. In 3D là việc bạn thực sự dùng máy in để tạo một vật thể khối 3 chiều từ mô hình thiết kế. Đây là một quá trình đối lập với quá trình chế tạo.

1.2. Lịch sử ra đời của công nghệ in 3D

Thực tế, công nghệ này đã bắt đầu phôi thai vào những năm 80 nên có thể nói, in 3D đã có quá trình phát triển hơn 3 thập kỷ. Cụ thể từng mốc quan trọng như sau:

– 1980: Dr Kodama là cha đẻ của ý tưởng 3D – phát minh ra công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping)

– 1986: Bằng sáng chế đầu tiên cho thiết bị tạo khối Stereolithography được trao cho Charles (Chuck) Hull – người sau này đã thành lập ra công ty 3D Systems.

– 1988: Chiếc máy in 3D đầu tiên trên thế giới: SLA-1 được sản xuất

– 1992: Bản quyền công nghệ in FDM thuộc về Stratasys

– 1999: Bắt đầu thử nghiệm in 3D nội tạng

– 2009: FDM đã hết thời hạn bảo hộ bản quyền và được nhiều công ty in ấn ứng dụng rộng rãi

Có thể thấy rằng, SLA là công nghệ in 3D xuất hiện sớm và lâu đời nhất. Tuy nhiên, công nghệ FDM lại phổ biến nên gây ra sự nhầm tưởng đây là công nghệ sơ khai ban đầu, hoặc FDM là kỹ thuật in 3D duy nhất. Kể cả khi công nghệ in 3D FDM ra đời, cả thế giới cũng không biết nhiều vì nó được bảo hộ bản quyền. Vậy nên phải tới năm 2009, khi bản quyền FDM hết hiệu lực, in 3D mới được nhân rộng ra nhanh chóng, và xuất hiện nhiều hơn trên cái phương tiện thông tin đại chúng. Cho tới nay, kỹ thuật in 3D không còn quá xa lạ và ngày càng phát triển.

2. Các công nghệ in 3D hiện nay

2.1. Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling)

Nếu bạn tận mắt thấy một chiếc máy 3D ngoài đời. Thì chắc hẳn đó là FDM – công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay. Máy in 3D công nghệ FDM hoạt động bằng cách đùn nhựa nóng chảy rồi hóa rắn từng lớp cho đến khi hoàn thành các chi tiết dạng khối.

Với ưu điểm giá thành hớp lý, vật liệu dùng cho máy rẻ, công nghệ FDM hiện đang là công nghệ in 3D phát triển mạnh nhất. Cùng là dòng máy chiếm thị phần nhiều nhất tại thị trường Việt Nam.

2.2. Công nghệ SLA (Stereolithography)

Đây là công nghệ sử dụng vật liệu in dạng nhựa lỏng. Từng lớp vật liệu in sẽ hóa rắn, cứng dưới tác động của tia UV. Thông qua đó hoàn thành quá trình in 3D. So với các công nghệ khác, in 3D SLA  là công nghệ tạo ra sản phẩm in có độ phân giải và bề mặt in mịn thuộc loại cao nhất hiện nay. Hiện nhiều thương hiệu giày dép nổi tiếng như Adidas, Nike… sử dụng máy này trong công đoạn in 3D để tạo khuôn giày và mẫu đế giày nhanh.

2.3. Công nghệ DLP (Digital Light Processing)

Công nghệ DLP xuất hiện từ năm 1987 và trở nên phổ biến trong máy chiếu. Công nghệ DLP gần giống với SLA, cùng dùng chung một loại nhựa Photopolymer (nhựa lỏng). Duy điểm khác của công nghệ nằm nằm ở nguồn sáng. DLP sử dụng đèn hồ quang với khả năng quét toàn bộ khay vật liệu chỉ trong một lần quét.

Ưu điểm của DLP là tốc độ in nhanh và độ phân giải cao. Nhờ thế, chiếc máy này được dùng trong môi trường chuyên nghiệp.

2.4. Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering)

Công nghệ SLS (Thiêu kết laser chọn lọc) vận hành tương tự SLA. Điểm khác ở đây là vật liệu sử dụng ở dạng bột, thủy tinh,…Đây là loại máy in 3D đòi hỏi sử dụng laser công suất. Vì thế, so mặt bằng chung, nó có giá thành khá cao.

2.5. Công nghệ SLM (Selective Laser Melting)

SLM là công nghệ in 3D kim loại các dạng như bột titan, bột nhôm, bột đồng, bột thép…Công nghệ in 3D SLM vận hành tương tự SLA, SLS. Nhưng lại sử dụng tia laser, tia UV có cường độ lớn. Máy in 3 chiều SLM tạo ra nhiều chi tiết có kết cấu hình học phức tạp, mỏng nên được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: hàng không – vũ trụ, năng lượng, y khoa chỉnh hình hoặc trong các ứng dụng hạng nặng…

Tuy nhiên, xét về mức giá thì chiếc máy in này khá đắt đỏ nên nó vẫn chưa thực sự phát triển mạnh tại Việt Nam. Thay vào đó, các nước phát triển mạnh về sản xuất đã đầu tư nhiều máy này, phải kể đến là Mỹ, Đức, Italy, Trung Quốc…

2.6. Công nghệ EBM (Electron Beam Melting)

Nếu SLM dùng tia UV laser cường độ mạnh, thì kỹ thuật EBM in 3D cần sử dụng một chùm tia điện tử máy tính điều khiển dưới chân không để bột kim loại có thể tan chảy hoàn toàn ở nhiệt độ cao lên đến 1000 ° C. Đây là loại máy in 3 chiều có thể sử dụng kim loại như Titan tinh khiết, Inconel718, và Inconel625 để chế tạo phụ tùng hàng không vũ trụ và cấy ghép y tế.

Tuy nhiên, so với những công nghệ khác thì EBM lại không phổ biến nhiều vì thời gian in lâu và tốn kém.

2.7. Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing)

LOM là kiểu in 3D sử dụng loại vật liệu dễ dát mỏng như giấy, gỗ, nhựa…Kiểu in này cho ra sản phẩm có màu sắc chuẩn và giống với mẫu thiết kế nhất.

Mặc dù kích thước chính xác của các loại máy in 3D này kém hơn so với SLA hay SLS, nhưng LOM lại có giá thành rẻ, phù hợp với nhiều xưởng in. Hơn nữa có thể in 3D các chi tiết tương đối lớn với màu sắc chuẩn xác. Vậy nên, nó là phương pháp in thông dụng ngày nay.

2.8. Công nghệ BJ (Binder Jetting)

Cuối cùng, một công nghệ 3D mới được phát minh tại MIT, hay còn được gọi là “in phun kết dính”. Có thể nói, in phun kết dính (BJ) là một sự kết hợp giữa SLS và phun vật liệu với vật liệu sử dụng là bột. Nhưng không giống như SLS ở điểm là bột này không được làm nóng. Với công nghệ BJ, toàn bộ quá trình in 3D đều không dùng nhiệt.

3. Ứng dụng trong đời sống xã hội

Theo tạp chí Forbes, hàng ngàn ngành công nghiệp từ xe hơi, xây dựng, không gian vũ trụ đến công nghiệp da giày và nữ trang đã ứng dụng công nghệ 3D để tạo ra các sản phẩm, vật thể. Cụ thể là:

3.1. Ngành công nghệ sản xuất ô tô

Với lĩnh vực này, công nghệ in 3 chiều đã được ứng dụng để sản xuất những chiếc xe hoàn chỉnh. Trên thực tế, một chiếc xe tên là Urbee được được sản xuất toàn bộ các chi tiết bằng công nghệ này. Nhà sản xuất chiếc xe này đã tập trung vào việc tăng tối đa số lượng các bộ phận xe được in 3D với mục tiêu chính là tiết kiệm nhiên liệu.

3.2. Công nghiệp điện tử

Điện tử cũng là một trong ngành ứng dụng đầu tiên của in 3D. Thật khó tránh khỏi các đồ điện tử bị hỏng một vài bộ phận, linh kiện. Lúc này, công nghệ in 3D giúp ích cho việc thay thế, sửa chữa. Theo đó, chúng ta dễ dàng tải về các tập tin thiết kế của những bộ phận linh kiện đó. Sau đó, sử dụng máy in 3 chiều để tạo ra một cái khác hoàn toàn mới để thay thế.

Hiện nay, một trang web tên là Thingiverse đã có sẵn bản thiết kế của hơn 2500 linh kiện thay thế của tất cả mọi đồ vật. Từ tay quay trên cửa sổ xe, đồng hồ đeo tay hay một số linh kiện điện tử khác.

3.3. Xây dựng

Sự thật, một chiếc máy in 3D “khổng lồ” đã xây dựng 10 ngôi nhà chỉ trong vòng 24 giờ. Đây là điều khó có thể làm được theo phương pháp truyền thống hiện nay.

Cụ thể, máy in sẽ tiến hành phun xi-măng và một vật liệu thay thế khác cho bê-tông để tạo nên một ngôi nhà hoàn chỉnh với giá khá rẻ. Nhưng kích thước vẫn còn khá nhỏ và cần hoàn thiện hơn. Tuy vậy, đây vẫn là phương pháp tiềm năng cho ngành công nghiệp xây dựng trong tương lai tới.

3.4. Thiết kế quần áo, phụ kiện, trang sức

Bên cạnh đó, in 3 chiều còn hoàn toàn phù hợp với ngành công nghiệp thời trang. Nơi mà cá tính đóng vai trò vô cùng quan trọng. Trang sức và trang phục thiết kế theo yêu cầu cá nhân được sản xuất được sản xuất bằng phương pháp in ấn 3d đã trở nên phổ biến trên thế giới.

Thực tế, trong show diễn Victoria’s Secret năm 2013, một phụ kiện lấp lánh cùng vương miện được người mẫu Lindsay Ellingson mang trên người chính là một trong những sản phẩm của công nghệ in 3D.

3.5. Hàng không vũ trụ

Một đối tượng nổi bật khác của công nghệ này chính là ngành hàng không vũ trụ. Con người đã ứng dụng nó trong việc sản xuất các bộ phận máy bay, đặc biệt là các bộ phận có hình dạng phức tạp.

Công nghệ tiên tiến này hữu ích trong sản xuất công cụ, kiểm tra bảo trì, lắp ráp và hạn chế số lượng hàng tồn kho.

3.6. Y học

Với y học phát triển như hiện nay, những người không may mắn bị mất tay chân đã có cơ hội hoạt động bình thường với những bộ chân tay giả được tạo ra bằng 3D. Tuy nhiên giá thành của chúng không hề rẻ, có thể lên tới hàng nghìn đô la.

Xã hội càng phát triển, công nghệ in 3D ngày càng phổ biến. Với nhiều ưu điểm và khả năng ứng dụng cao, chắc chắn trong tương lai, phương pháp này sẽ ngày một cải tiến và giúp ích con người rất nhiều trong đời sống và sản xuất.