In 3D là công nghệ in tái tạo lại vật thể trong không gian 3 chiều từ các file thiết kế số, đây là một nhánh nhỏ của công nghệ tạo mẫu, được phát triển từ những năm 1980. Với quá trình in ấn thông thường, sau khi in, mực sẽ khô và để lại các vệt màu trên giấy. Còn máy in 3D sẽ “đắp” từng mảng vật liệu theo từng lớp trong thời gian siêu ngắn để tạo thành mô hình tương ứng.

Trước đây, máy in 3D có giá lên tới hàng chục nghìn USD, kích thước cồng kềnh nên chủ yếu chỉ dành cho mục đích nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên, với sự tiến bộ khoa học công nghệ, máy in 3D hiện chỉ có giá từ 200 USD, kích cỡ chỉ như lò vi sóng gia đình. In 3D đang trở thành một trong những công nghệ hỗ trợ chế tạo chính với khả năng ứng dụng sâu rộng từ xây dựng, mỹ thuật, công nghiệp sản xuất ô tô, chế tạo máy bay đến y học.

Trong sản xuất công nghiệp, công đoạn chế tạo vật mẫu thường chiếm khá nhiều thời gian, chi phí trong quy trình phát triển sản phẩm mới, vì quá trình gia công truyền thống tốn thời gian phụ, độ chính xác không đảm bảo chắc chắn và chi phí sản xuất đơn chiếc cao. Công nghệ in 3D giúp các nhà sản xuất không cần đầu tư khuôn, máy CNC chỉ để ép, tiện vài sản phẩm mẫu, phương pháp “đắp từng lớp” giúp tiết kiệm tối đa vật liệu cần chế tạo, thời gian tạo mẫu chỉ còn từ 3 - 24 giờ khi chế tạo các sản phẩm phức tạp, có nhiều lỗ, phần rỗng hoặc được ghép từ nhiều bộ phận. Theo thống kê, công nghệ in 3D giúp các nhà sản xuất tiết kiệm đến 60% chi phí sản xuất mẫu đơn chiếc. Bên cạnh đó, một số công nghệ in 3D cao cấp cho phép sản phẩm có những đặc tính riêng biệt do sự kết hợp của nhiều loại vật liệu trong quá trình “đắp lớp”.

Các tập đoàn công nghệ như Apple, Microsoft, Google đều sử dụng công nghệ 3D trong việc nghiên cứu sản phẩm, bằng cách liên tục chỉnh sửa thiết kế và in ra, các nhà thiết kế có thể so sánh và đánh giá mức độ hữu dụng, tính thực tế của mẫu sản phẩm.

Hãng sản xuất xe ô tô Ford đã dùng công nghệ in 3D để thiết kế, chế tạo những nguyên mẫu xe mới như thật. Hãng Ford cho biết có thể in những thành phần của xe bằng công nghệ 3D chỉ trong vài giờ đồng hồ, và chỉ với chi phí rất thấp. Ford hiện sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất hàng loạt các bộ phận lưới tản nhiệt, viền nhôm xe, chi tiết cửa xe…

Vào năm 2014, Cơ quan NASA (Hoa Kỳ) đã đưa một máy in 3D lên trạm Vũ trụ Quốc tế và ứng dụng thành công việc in một cái cờ lê với hơn 20 chi tiết thông qua file thiết kế được NASA gửi e-mail lên cho các phi hành gia. Tổ chức này cũng đã thử nghiệm thành công các bộ phận tên lửa từ in 3D và kỳ vọng sẽ xây dựng được các trạm thám hiểm vũ trụ trên Mặt trăng hoặc Sao Hỏa nhờ in 3D. Còn trên Trái đất, một số hãng xây dựng cũng đã “lắp ghép” được các căn nhà thương mại cao 5 tầng từ các bộ phận nhà được in 3D.

Các nhà sản xuất công nghiệp quân sự trên thế giới đã sử dụng máy in 3D công nghiệp để sản xuất các bộ phận xe tăng (Tập đoàn Uralvagonzavod, Nga) hay tên lửa dẫn đường phức tạp (Tập đoàn Raytheon, Hoa Kỳ). Một số thử nghiệm về sản xuất mạch điện tử từ in 3D cũng đã thành công.

Công nghệ in 3D còn đạt được nhiều thành tựu ấn tượng trong y học khi được ứng dụng thành công để sản xuất tai nhân tạo với đầy đủ các mạch máu và sụn tai vào cuối năm 2015. Máy in 3D đặc biệt đã giúp các nhà khoa học Hoa Kỳ in tế bào theo từng lớp, tạo thành mô hoặc các cơ quan trong cơ thể. Chiếc tai nhân tạo công nghệ 3D đã được thử nghiệm dưới da của chuột, sau 2 tháng, cái tai vẫn nguyên vẹn, đồng thời hình thành các mô sụn và mạch máu. Trước đó, các bác sĩ tại Anh đã tạo ra bản sao 3D mô phỏng quả tim của một bệnh nhân nhằm phát hiện ra khiếm khuyết và tiến hành phẫu thuật chính xác. Các nhà khoa học đang hướng đến một tương lai khi các mô sinh học thay thế cho con người sẽ được “in” hàng loạt với giá rất phải chăng, giúp cứu sống hàng triệu người.

Các chuyên gia công nghệ dự báo trong vòng 10 năm tới, công nghệ in 3D sẽ dần cạnh trạnh với kỹ thuật đúc phun ép, sản xuất vi mạch và ứng dụng chính trong các ngành sản xuất.

Máy in 3D hoạt động như nào?

1. Người dùng tạo bản thiết kế trên các phần mềm chuyên dụng như CAD trước khi nạp vào máy in 3D;

2. Dữ liệu thiết kế được nạp trực tiếp vào máy in 3D hoặc qua các dịch vụ chuyển dữ liệu online và máy in bắt đầu hoạt động;

3. Tùy thuộc vào kích cỡ và độ phức tạp, máy in sẽ mất từ vài phút đến vài giờ để hoàn thành một mẫu vật.

Filament: Thoi vật liệu

Heating Coil: Ống làm nóng chảy vật liệu

Print Head: Đầu in

Vật liệu in được làm nóng chảy, chảy qua đầu dẫn để đắp theo từng lớp

Dưới đây là một số loại vật liệu có thể sử dụng trong in 3D:

Kim loại: Giá đắt nhưng có độ bền cao

Nhựa: Chi phí thấp, có nhiều màu khác nhau, có thể đánh bóng, kéo giãn và tạo ra các vật thể trong suốt

Các loại sành sứ

Các loại đá sa thạch có thể được in với nhiều màu khác nhau, các loại gốm cũng được dùng trong in 3D.

3 Chiều

Không giống như các máy in phun thông thường, đầu in phun chỉ có thể di chuyển trên một mặt phẳng, cơ chế hoạt động của máy in 3D cho phép đầu in phun di chuyển trong cả 3 chiều: dọc, ngang, lên xuống.

Khay

Vật liệu in được phun theo từng lớp xếp chồng lên nhau để tạo hình sản phẩm. Sau khi sản phẩm thành hình, một số loại hóa chất có thể được dùng để đánh bóng, loại bỏ các phần dư thừa.

Ứng dụng của công nghệ in 3D

Hàng không vũ trụ: Một số bộ phận phức tạp của máy bay, tàu vũ trụ có thể được sản xuất nhanh chóng và dễ dàng.

Y học: Công nghệ 3D được ứng dụng để sản xuất các loại bộ phận cơ thể giả phù hợp với từng bệnh nhân với giá thành thấp.

Tạo mẫu: Các nguyên mẫu thiết kế có thể được sản xuất nhanh chóng với giá thành rẻ để thử nghiệm, phát hiện lỗi trước khi sản xuất hàng loạt.

Chế tác kim hoàn: Các đồ trang sức được thiết kế tinh xảo phù hợp với từng khách hàng được sản xuất dễ dàng bằng in 3D.

Theo tapchicongthuong.vn