In 3D là gì?

In 3D là một quá trình sản xuất tạo ra một vật thể ba chiều từ một tệp kỹ thuật số. Quá trình này được gọi là sản xuất phụ gia, nghĩa là nguyên liệu được thêm vào chứ không phải loại bỏ.

Với in 3D, bạn tạo một thiết kế kỹ thuật số 3D trong một chương trình mô hình hóa, được gọi là phần mềm CAD, sau đó sử dụng máy in 3D để tạo ra các lớp vật liệu để tạo thành vật thể hoàn chỉnh. Các doanh nghiệp, nhà nghiên cứu, chuyên gia y tế, người yêu thích và nhiều hơn nữa sử dụng in 3D cho một loạt các ứng dụng.

Dưới đây là cái nhìn về cách in 3D ra đời, cách nó hoạt động, nó được sử dụng để làm gì và tương lai sẽ ra sao cho công nghệ này.

In 3D có thể là một phần của bộ phim yêu thích của bạn. Đạo cụ trong các phim như Black Panther , Người sắt , The Avengers và Chiến tranh giữa các vì sao sử dụng in 3D, cho phép các nhà thiết kế bộ tạo và tạo lại các đạo cụ một cách dễ dàng và không tốn kém.

Lịch sử (và tương lai) của In 3D

Vào đầu những năm 1980, công nghệ in 3D xuất hiện, nhưng nó được gọi là công nghệ tạo mẫu nhanh hoặc RP. Năm 1980, Tiến sĩ Kodama ở Nhật Bản đã nộp đơn đăng ký bằng sáng chế cho công nghệ RP, nhưng quá trình này vẫn chưa hoàn thành.

Năm 1984, Charles "Chuck" Hull đã phát minh ra một quy trình mà ông gọi là kỹ thuật lập thể, sử dụng tia UV để làm rắn chắc vật liệu và tạo ra từng lớp vật thể 3D. Năm 1986, Hull đã được cấp bằng sáng chế cho thiết bị chụp ảnh lập thể hay còn gọi là máy SLA.

Chuck Hull tiếp tục thành lập 3D Systems Corporation, một trong những công ty công nghệ 3D lớn nhất trên thế giới.

Các quy trình và công nghệ in 3D khác cũng được phát triển cùng thời gian và những cải tiến tiếp tục được tiếp tục trong suốt những năm 1990 và đầu những năm 2000. Tuy nhiên, trọng tâm chính của công nghệ in 3D là tạo mẫu và các ứng dụng công nghiệp.

Công nghệ in 3D bắt đầu được các phương tiện truyền thông chính thống chú ý vào năm 2000 khi quả thận in 3D đầu tiên được tạo ra, mặc dù việc cấy ghép thành công một quả thận 3D đã không xảy ra cho đến năm 2013. Năm 2004, Dự án RepRap có một máy in 3D được in ra. một máy in 3D khác. Sự chú ý của giới truyền thông nhiều hơn vào năm 2008 với chiếc chân giả in 3D đầu tiên.

Các tiến bộ 3D khác cũng nhanh chóng theo sau, bao gồm ngôi nhà in 3D mà một gia đình chuyển đến vào năm 2018.

Ngày nay, in 3D không chỉ là về nguyên mẫu và sản xuất công nghiệp. Những người theo sở thích, nhà khoa học và tất cả mọi người ở giữa sử dụng in 3D để sản xuất sản phẩm, hàng tiêu dùng, tiến bộ y tế, tài liệu giáo dục, v.v. Nó nhanh chóng trở nên hữu ích hơn cho người tiêu dùng hàng ngày.

Oscar Adelman, Giám đốc điều hành của Remi, nói rằng quy trình này đang trở nên phổ biến hơn trong ngành nha khoa. Độ chính xác của in 3D là cực kỳ ấn tượng và có thể giúp khách hàng nha khoa tiết kiệm đến 80% chi phí sản phẩm so với giá phòng khám nha khoa truyền thống.

Ông nói:“Khi công nghệ in trở nên nhanh hơn, rẻ hơn và phổ biến hơn, chúng ta sẽ thấy các ngành công nghiệp như ngành nha khoa phụ thuộc nhiều hơn vào công nghệ cho các quy trình hàng ngày.

In 4D cũng đang trên đà phát triển với các đối tượng được in có thể thay đổi hình dạng theo thời gian.

Cách hoạt động của máy in 3D

Có một số loại công nghệ in 3D, bao gồm Tạo mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM), còn được gọi là Chế tạo sợi hợp nhất (FFF). FDM là phương pháp phổ biến và thông dụng nhất và được sử dụng trong hầu hết các máy in 3D giá cả phải chăng.

Phương pháp in FDM sử dụng một sợi vật liệu nhựa, hơi giống như một sợi dây. Dây tóc được đưa từ một cuộn vào một đầu nung nóng, làm nóng chảy nhựa. Đầu đùn nhựa nóng chảy lên giường của máy. Đầu di chuyển trên giường ở dạng 2D, lắng đọng lớp vật liệu đầu tiên.

Khi lớp đầu tiên hoàn thành, phần đầu được di chuyển lên theo độ dày của lớp đầu tiên, và nó lắng lớp tiếp theo lên trên. Bộ phận này được tạo thành từng lớp, giống như nướng một ổ bánh mì từng lát.

Máy in 3D FDM phổ biến bao gồm MakerBot và Ultimaker.

Ví dụ về Cách sử dụng Máy in 3D

Dưới đây là cái nhìn về cách in 3D đơn giản có thể hoạt động trên máy in FDM.

1. Tải xuống mô hình 3D bạn muốn in hoặc tự thiết kế.

   Tìm các mô hình có thể tải xuống trên Thingiverse hoặc GrabCAD. Để tự thiết kế một mô hình, hãy thử SketchUp hoặc Blender. Đối với các bộ phận kỹ thuật, hãy thử phần mềm CAD như SolidWorks.

2. Nếu chưa, hãy chuyển đổi mô hình thành định dạng in 3D, chẳng hạn như tệp STL.

3. Nhập mô hình vào phần mềm cắt, chẳng hạn như MakerWare, Cura hoặc Đơn giản hóa 3D.

   MakerWare hoạt động với Máy in 3D MakerBot. Cura và Đơn giản hóa 3D tạo ra mã G, mã này hoạt động với hầu hết các máy in 3D.

4. Định cấu hình bản dựng trong phần mềm cắt. Quyết định cách định hướng mô hình trên máy in 3D. Đối với FDM, giảm thiểu phần nhô ra dốc hơn 45 độ vì chúng yêu cầu cấu trúc hỗ trợ.

   Khi quyết định hướng, hãy cân nhắc cách tải mô hình để các lớp không dễ tách rời nhau.

   

   Để tiết kiệm thời gian và vật liệu, các mô hình thường không chắc chắn. Chỉ định tỷ lệ phần trăm đổ đầy (thường là 10 đến 35 phần trăm), số lớp chu vi (thường là 1 hoặc 2), và số lớp dưới cùng và trên cùng (thường là 2 đến 4). Có những điều khác cần xem xét khi chuẩn bị mô hình để in 3D.

5. Xuất chương trình, thường là tệp G-code. Phần mềm cắt sẽ chuyển đổi mô hình và cấu hình bản dựng mà bạn đã chỉ định thành một tập hợp các hướng dẫn. Máy in 3D tuân theo quy trình này để xây dựng bộ phận này.

6. Chuyển chương trình sang máy in 3D bằng thẻ SD, USB hoặc Wi-Fi.

7. In mô hình trên máy in 3D.

   

8. Khi máy in 3D hoàn thành việc xây dựng mô hình, hãy tháo nó ra và cũng có thể làm sạch nó. Phá bỏ mọi cấu trúc hỗ trợ và dùng giấy nhám mịn chà sạch những cục còn sót lại.

Các loại máy in 3D khác

Ngoài máy in FDM, các phương pháp in 3D còn bao gồm kỹ thuật in nổi (SLA), Xử lý ánh sáng kỹ thuật số (DLP), thiêu kết laser chọn lọc (SLS), nung chảy laser có chọn lọc (SLM), sản xuất vật thể nhiều lớp (LOM) và nung chảy tia kỹ thuật số (EBM) .

SLA là công nghệ in 3D lâu đời nhất và vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay. DLP sử dụng ánh sáng cũng như polyme, trong khi SLS sử dụng tia laser làm nguồn cung cấp năng lượng để tạo ra các vật thể in 3D mạnh mẽ. SLM, LOM và EBM phần lớn không được ưa chuộng.

Tương lai của In 3D

Liệu in 3D có dẫn đến một tương lai của các sản phẩm theo yêu cầu, được tùy chỉnh ngay lập tức theo thông số kỹ thuật chính xác của chúng tôi không? Trong khi điều này vẫn chưa rõ ràng, công nghệ in 3D đang phát triển nhanh chóng và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực.

Việc in 3D nhà cửa, các cơ quan trong cơ thể như thận và tứ chi, và những tiến bộ khác có tiềm năng cải thiện cuộc sống của chưa kể nhiều người trên khắp thế giới.