1. Công nghệ in 3D kim loại là gì?
Sản xuất bồi đắp, còn được gọi là in 3D, là một quá trình liên kết các vật liệu từ lớp này đến lớp khác để tạo thành vật thể, trái ngược với phương pháp cắt gọt CNC.
In 3D kim loại, hay nấu chảy bằng Laser có chọn lọc (SLM), là một công nghệ sản xuất tiên tiến kết hợp tính linh hoạt trong thiết kế của in 3D với các đặc tính cơ học vượt trội của vật liệu kim loại. Công nghệ này sử dụng tia laser cường độ cao để nấu chảy và kết dính từng lớp bột kim loại, tạo ra những chi tiết độc đáo, mạnh mẽ và bền.
In 3D kim loại titan bằng phương pháp SLM
Không chỉ lý tưởng cho việc tạo ra các nguyên mẫu hoàn hảo, in 3D kim loại còn ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực phức tạp như hàng không vũ trụ, y tế, công nghiệp ô tô, kỹ thuật năng lượng,... Công nghệ này còn giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời giảm thiểu lãng phí vật liệu, tạo ra các sản phẩm kỹ thuật có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt, đáp ứng theo yêu cầu thiết kế phức tạp của khách hàng, vượt xa khả năng của phương pháp truyền thống.
1.1. Nguyên lý hoạt động của in 3D kim loại
Một lớp bột kim loại mỏng được trải trên bàn in và một tia laser công suất cao quét ngang làm tan chảy (hoặc kết dính) các hạt kim loại lại với nhau và tạo ra lớp tiếp theo. Sau khi quét laser, hệ thống cấp bột (recoater) lại sẽ rải một lớp bột kim loại mỏng khác, quá trình này được lặp lại cho đến khi toàn bộ chi tiết hoàn thành.
Quá trình nấu chảy kim loại bằng laser của máy SLM 280
1.2. Quy trình in 3D kim loại
🔸 Thiết kế và tính toán mô phỏng 3D
Thiết kế 3D: Người dùng cần tạo ra một mô hình 3D chi tiết của sản phẩm mong muốn bằng các phần mềm CAD (Computer-Aided Design) chuyên dụng như SolidWorks, Autodesk Inventor hoặc CATIA. Ngoài ra, chúng ta có thể sử dụng thêm công nghệ quét 3D (Scan 3D) để thu thập dữ liệu về hình dạng, bề ngoài và màu sắc của đối tượng, sau đó chuyển đổi sang mô hình số với độ chính xác rất cao.
Tính toán mô phỏng: Sử dụng phần mềm mô phỏng để dự đoán các yếu tố như ứng suất, biến dạng, cong vênh và nhiệt độ trong quá trình in, giúp tối ưu hóa thiết kế đảm bảo độ chính xác và hạn chế lỗi in. Tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích sử dụng mà các kỹ sư có thể lựa chọn các phần mềm thiết kế và tính toán mô phỏng như Materialise, Simufact, Ansys, nTop hoặc Siemens.
Thiết kế và tính toán mô phỏng tấm tản nhiệt của Vinnotek
🔸 Lựa chọn vật liệu
Đây là bước quan trọng trước khi in, cần lựa chọn vật kiệu phù hợp để tạo ra các sản phẩm có độ bền cao ứng dụng riêng cho từng ngành công nghiệp. Một số loại vật liệu phổ biến như thép không gỉ, siêu hợp kim, titan, đồng và nhôm (đọc chi tiết ở phần bên dưới)
🔸 Chuẩn bị máy in
Kiểm tra hoạt động của các bộ phận quan trọng như hệ thống laser, hệ thống làm mát, buồng in, hệ thống cấp liệu, hệ thống khí nén và hệ thống khí trơ đảm bảo các bộ phận được hiệu chỉnh chính xác, Sau đó thiết lập các thông số in phù hợp với vật liệu, kích thước và độ phức tạp của chi tiết.
🔸 In 3D kim loại
Cung cấp dữ liệu thiết kế cho máy in và theo dõi quá trình in để phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố như bị rỗ, bong tróc, biến dạng hoặc sai lệch kích thước. Để hạn chế sự cố xảy ra, cần chuẩn bị và kiểm tra máy in cẩn thận trước khi in, cũng như thực hiện tính toán mô phỏng bộ phận in.
🔸 Xử lý hậu kỳ
Sau khi hoàn thành quá trình in 3D kim loại, xử lý hậu kì đóng vai trò hoàn thiện sản phẩm, tăng độ chính xác và xử lý bề mặt chi tiết để loại bỏ bột kim loại còn dính lại và đánh bóng nếu cần. Loại bỏ các cấu trúc hỗ trợ được in cùng chi tiết bằng tay, dụng cụ chuyên dụng hoặc phương pháp hóa học.
2. Các Phương Pháp In 3D Kim Loại
2.1. Powder Bed Fusion
Kết dính bột nền (PBF) là một loại công nghệ phổ biến của sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing) trong đó nhiệt từ một nguồn năng lượng như tia laser và chùm electron để làm tan chảy hoặc hợp nhất các vật liệu (ở dạng bột) với nhau, quá trình đó diễn ra lặp đi lặp lại cho đến khi tạo ra một vật thể 3D hoàn chỉnh.
Quá trình in 3D kim loại được thực hiện bằng việc đặt vật liệu bột lên bàn in, sau đó nguồn năng lượng được quét có chọn lọc để làm tan chảy hoặc kết dính bột trên đường đi của nó theo dữ liệu kỹ thuật số CAD 3D. Tiếp theo, bàn in được hạ xuống theo độ dày lớp mong muốn, con lăn sẽ san phẳng một lớp bột khác và bột được rải lên lớp kết dính trước đó, nguồn nhiệt lại tiếp tục quét có chọn lọc trên lớp bột. Quá trình này được lặp lại cho đến khi quá trình xây dựng hoàn tất; cuối cùng, bộ phận in xong được lấy ra khỏi lớp bột và được làm sạch hoặc xử lý thêm
Công nghệ PBF tiêu chuẩn bao gồm Thiêu kết laser kim loại trực tiếp (DMLS), Nung chảy laser chọn lọc (SLM) và Nung chảy chùm electron (EBM):
Selective Laser Melting (SLM)
Selective Laser Melting (SLM), còn được gọi là Nung chảy laser chọn lọc, là một trong những công nghệ in 3D kim loại được sử dụng phổ biến và tiên tiến nhất hiện nay. Quá trình này rất giống với quá trình SLS nhưng năng lượng của chùm tia cao hơn nhiều. SLM sử dụng tia laser năng lượng cao để làm nóng chảy chọn lọc các hạt bột kim loại theo từng lớp, tạo thành các sản phẩm 3D phức tạp và chính xác.
Tia laser di chuyển theo đường dẫn được lập trình sẵn trên tệp tin 3D, làm nóng chảy các hạt bột tại các vị trí cần thiết, tạo thành khối rắn theo từng lớp. SLM chủ yếu được sử dụng để in kim loại, chẳng hạn như thép không gỉ, hợp kim titan và nhôm
Directed Energy Deposition (DED)
DED được định nghĩa là một quá trình trong đó năng lượng nhiệt tập trung được sử dụng để nung chảy các vật liệu dưới dạng bột kim loại hoặc dây bằng cách nấu chảy khi chúng được lắng đọng
Công nghệ này bao gồm một vòi phun được gắn trên một cánh tay đa trục và đôi khi được kết hợp với phay CNC. Vòi phun có thể di chuyển xung quanh một vật thể cố định theo nhiều hướng để lắng đọng vật liệu trên các bề mặt mong muốn có hình học theo mô hình CAD, chùm tia năng lượng cao làm tan chảy vật liệu và vật liệu sẽ ngay lập tức được làm cứng trên nền. Sau khi lớp đầu tiên được lắng đọng, nguồn năng lượng và vòi phun được di chuyển lên trên để lắng đọng lớp tiếp theo
Ngoài việc in các bộ phận mới, DED có thể sửa chữa các bộ phận bị hư hỏng bằng cách đặt vật liệu trực tiếp lên chúng.
Electron Beam Melting (EBM)
Công nghệ nung chảy chùm tia điện tử electron là một phương pháp Sản xuất Bồi đắp tương tự như SLM, với điểm khác biệt chính là EBM làm nóng chảy bột kim loại bằng cách sử dụng chùm tia electron trong môi trường chân không cao
Trong quá trình này, các electron tốc độ cao đập vào lớp bột và động năng được chuyển thành năng lượng nhiệt (Nguồn). Do EBM tạo ra mật độ năng lượng cao hơn nên tốc độ sản xuất đạt được cao hơn so với phương pháp nung chảy bằng chùm tia laser
Sơ đồ kỹ thuật EBM (Bansal et al., 2023)
2.2. Metal Binder Jetting
Phun kết dính kim loại (MBJ) là một quy trình sản xuất bồi đắp (AM) trong đó bột kim loại được rải dọc theo một hướng chính để tạo thành một lớp và các giọt chất kết dính được lắng đọng trên lớp bột để kết hợp với vật liệu bột. Sau đó, tấm in hạ xuống và rải một lớp bột khác. Công nghệ này sử dụng đầu phun để phun một chất kết dính lên bột kim loại, tạo thành sản phẩm 3D, tốc độ sản xuất các bộ phận phức tạp cao mà không cần gia nhiệt đáng kể trong quá trình in
Ngoài kim loại, phương pháp phun chất kết dính có thể áp dụng với nhiều loại vật liệu khác, như cát và gốm sứ
Bạn có thể tìm hiểu thêm về in 3D kim loại tại đây: SO SÁNH CÁC CÔNG NGHỆ IN 3D KIM LOẠI SLM, EBM, VÀ BINDER JETTING
3. Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng in 3D kim loại
3.1. Thuận lợi
Linh hoạt trong thiết kế: In 3D kim loại tạo ra các sản phẩm phức tạp, loại bỏ hoàn toàn giới hạn về hình dạng theo khuôn mẫu, cho phép tạo ra những sản phẩm có kết cấu phức tạp, kích thước nhỏ, chi tiết tinh xảo mà không thể thực hiện được bằng các phương pháp truyền thống. Hơn thế, in 3D kim loại giúp cá nhân hóa sản phẩm theo yêu cầu và sở thích của người dùng, tạo ra những sản phẩm tùy chỉnh với từng người và mang đậm dấu ấn cá nhân
Tối ưu hóa sản phẩm: Công nghệ in 3D kim loại giúp tối ưu hóa thiết kế, tận dụng tối đa vật liệu và giảm trọng lượng sản phẩm, tăng hiệu quả hoạt động. Sản phẩm tạo ra có độ bền và độ chính xác cao, giúp tăng tuổi thọ và hiệu suất sử dụng.
Rút ngắn thời gian sản xuất: Công nghệ này có thể tạo ra sản phẩm nhanh chóng hơn so với các phương pháp sản xuất truyền thống, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, giúp rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.
Giảm chi phí sản xuất: Giúp giảm chi phí gia công, giảm phế phẩm và giảm chi phí vận chuyển so với các phương pháp truyền thống. In 3D kim loại chỉ sử dụng lượng vật liệu cần thiết cho sản phẩm, giảm thiểu lãng phí và bảo vệ môi trường.
Mở ra tiềm năng ứng dụng rộng lớn: Với khả năng tạo các chi tiết phức tạp, tùy chỉnh theo từng cá nhân và độ bền vượt trội, in 3D kim loại vượt qua mọi rào cản về thiết kế, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: hàng không vũ trụ, y tế, chế tạo máy móc, ô tô, năng lượng, xây dựng, ...
Xem thêm tại: LỢI ÍCH KÉP CHO KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA CÔNG NGHỆ IN 3D KIM LOẠI
3.2. Khó khăn
Song song với những lợi ích vượt trội, in 3D kim loại cũng đặt ra một số vấn đề cần được khắc phục để đảm bảo hiệu quả và tính bền vững
Yêu cầu kỹ thuật cao: Việc vận hành máy in đòi hỏi kỹ năng và kiến thức chuyên sâu về công nghệ in 3D kim loại và gia công kim loại.
Tốc độ in chậm: So với các công nghệ in 3D nhựa, tốc độ in kim loại thường chậm hơn do quy trình này bao gồm nhiều bước như nung chảy vật liệu và bồi đắp từng lớp
Chi phí đầu tư cao: Chi phí đầu tư cho máy in 3D kim loại và vật liệu in cao hơn so với các máy in 3D nhựa, đòi hỏi nguồn vốn đầu tư lớn.
Chất lượng bề mặt: Bề mặt sản phẩm in 3D kim loại có thể không mịn và cần xử lý thêm để đạt được độ hoàn thiện mong muốn
Dễ xảy ra sai sót: In 3D kim loại có thể đạt độ chính xác cao nhưng vẫn có thể xảy ra sai sót do các yếu tố như cài đặt máy, vật liệu in, môi trường xung quanh
Dù còn một số rào cản cần vượt qua, in 3D kim loại không ngừng phát triển, bứt phá mạnh mẽ, mở ra tiềm năng to lớn cho sản xuất đa ngành
Xem thêm tại: TOP 6 ĐIỀU BẠN CẦN BIẾT VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D KIM LOẠI
4. Vật liệu sử dụng trong công nghệ in 3D kim loại
Vật liệu in 3D kim loại đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các sản phẩm có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt, và phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp. Các loại vật liệu phổ biến bao gồm thép không gỉ, siêu hợp kim, titan, đồng và nhôm, mỗi loại có những đặc tính và ứng dụng riêng biệt.
4.1. Thép không gỉ và thép công cụ
Thép không gỉ và thép công cụ là hai trong số những vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ in 3D kim loại.
Thép không gỉ:
Thép không gỉ Martensitic: Cứng nhưng giòn, ít chống ăn mòn. Thép 17-4 PH là một ví dụ phổ biến, có thể xử lý nhiệt để phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Thép không gỉ Austenitic: Độ dẻo dai cao, chống ăn mòn tốt hơn, thường được sử dụng trong môi trường ăn mòn
Thép không gỉ là một trong các vật liệu phổ biến nhất trong in 3D kim loại
Thép công cụ:
Thép công cụ dòng A: Cân bằng giữa chống mài mòn và độ dẻo dai, thường dùng để chế tạo đột dập và khuôn dập.
Thép công cụ dòng D: Tối ưu hóa cho chống mài mòn, phổ biến nhất là thép D2, dùng cho các dụng cụ cắt.
Thép công cụ dòng H: Sử dụng ở nhiệt độ cao, phổ biến nhất là H13, tối ưu hóa cho việc cắt và định hình vật liệu nóng.
4.2. Siêu hợp kim
Siêu hợp kim là các loại hợp kim được thiết kế để hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt, như nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn. Chúng có độ bền vượt trội và khả năng chống ăn mòn, thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cơ học và độ ổn định nhiệt cao.
Inconel:
Đặc điểm: Inconel là một nhóm siêu hợp kim dựa trên niken và crom, nổi bật với khả năng chống ăn mòn và nhiệt độ cao.
Ứng dụng: Inconel thường được sử dụng trong các động cơ phản lực, hệ thống xả và các tuabin khí. Đặc biệt, Inconel 718 là loại phổ biến nhất trong ngành hàng không vũ trụ và sản xuất năng lượng do khả năng chịu nhiệt độ lên đến 700°C mà vẫn giữ được độ bền cơ học cao.
Cobalt Chrome:
Đặc điểm: Cobalt Chrome là một loại siêu hợp kim dựa trên cobalt, với khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt, cùng với tính tương thích sinh học cao.
Ứng dụng: Cobalt Chrome được sử dụng rộng rãi trong y tế, đặc biệt là trong việc sản xuất các bộ phận cấy ghép như răng giả, khớp hông, và các thiết bị chỉnh hình khác. Nhờ tính tương thích sinh học, vật liệu này ít gây phản ứng dị ứng và thúc đẩy sự phát triển xương tự nhiên khi cấy ghép.
In 3D tubin khí với siêu hợp kim
4.3. Titan
Titan là một kim loại có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao, nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt tốt. Được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, titan không chỉ bền mà còn rất nhẹ, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi cả độ bền và trọng lượng nhẹ.
Ứng dụng hàng không vũ trụ:
Chi tiết máy bay và động cơ: Titan được sử dụng để chế tạo các bộ phận quan trọng của máy bay và động cơ như cánh quạt, ống xả, và vỏ động cơ. Đặc biệt, hợp kim titan (như Ti-6Al-4V) được sử dụng phổ biến trong các thành phần kết cấu và các bộ phận chịu nhiệt độ cao của máy bay.
Ứng dụng y tế:
Bộ phận cấy ghép: Titan được sử dụng để chế tạo các bộ phận cấy ghép như khớp gối, khớp hông, và ốc vít xương nhờ tính tương thích sinh học cao, nhẹ và bền. Titan không gây phản ứng với cơ thể người, giúp các bộ phận cấy ghép tồn tại lâu dài mà không gây ra biến chứng .
In 3D kim loại mão răng bằng vật liệu titan
4.4. Đồng
Đồng là một kim loại có khả năng dẫn nhiệt và điện tuyệt vời, thường được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật điện và quản lý nhiệt. Đặc tính này làm cho đồng trở thành lựa chọn lý tưởng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
Ứng dụng điện tử:
Chế tạo cuộn cảm, điện cực, bộ trao đổi nhiệt: Đồng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các thiết bị điện tử như cuộn cảm, điện cực và bộ trao đổi nhiệt nhờ khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Đồng còn được sử dụng trong mạch in và các linh kiện điện tử khác .
Các hợp kim phổ biến:
CuNi2SiCr, CuCrZr, CuCP: Các hợp kim này cải thiện tính chất cơ học của đồng, giúp tăng độ bền và khả năng chống mài mòn. CuNi2SiCr được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao, CuCrZr thường được dùng trong sản xuất điện cực hàn, còn CuCP được dùng trong các ứng dụng đòi hỏi độ dẫn điện cao .
4.5. Nhôm
Nhôm và các hợp kim nhôm là vật liệu nhẹ, có độ bền cao và dễ gia công, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ vào các đặc tính cơ học ưu việt và khả năng chống ăn mòn tốt.
Hợp kim phổ biến:
AlSi10Mg: Đây là một trong những hợp kim nhôm phổ biến nhất được sử dụng trong công nghệ in 3D. AlSi10Mg có tính chất cơ học vượt trội, đặc biệt là độ bền và độ cứng cao, cùng với khả năng chịu nhiệt tốt, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ chính xác và độ bền cao .
Ứng dụng:
Ngành ô tô, hàng không và sản xuất các chi tiết cơ khí có trọng lượng nhẹ: Nhôm được sử dụng để chế tạo các chi tiết xe ô tô, máy bay và các bộ phận cơ khí nhờ vào đặc tính nhẹ nhưng bền. Điều này giúp giảm trọng lượng của phương tiện, tăng hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải.
Porsche đã phát triển vỏ nhôm in 3D cho một chiếc xe điện (Nguồn: Porsche)
ĐỌC THÊM: ĐỘT PHÁ TRONG IN 3D KIM LOẠI: SLM SOLUTIONS VÀ PORSCHE CHẾ TẠO VỎ HỘP
5. Ứng dụng của in 3D kim loại
In 3D kim loại đang mở ra nhiều cơ hội mới cho các ngành công nghiệp nhờ khả năng sản xuất các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao và thời gian ngắn. Công nghệ này không chỉ giảm chi phí và phế liệu mà còn cho phép tùy chỉnh sản phẩm theo yêu cầu cụ thể của từng lĩnh vực như y tế, ô tô, năng lượng, hàng không vũ trụ, điện tử và công nghiệp sản xuất.
5.1. Y tế
In 3D kim loại đang cách mạng hóa ngành y tế với các giải pháp sáng tạo và tùy chỉnh. Công nghệ này tạo ra các cấy ghép như xương nhân tạo, khớp giả, giúp cải thiện tương thích sinh học và giảm thời gian phục hồi. Các thiết bị y tế phức tạp như dụng cụ hỗ trợ phẫu thuật và máy trợ thính cũng được sản xuất với độ tin cậy và hiệu suất cao. Hơn nữa, in 3D cho phép cá nhân hóa sản phẩm y tế, tối ưu hóa điều trị và nâng cao chất lượng cuộc sống của bệnh nhân. Ngoài ra, in 3D kim loại còn hỗ trợ tạo mô hình giải phẫu phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu y khoa.
Cấy ghép bộ phận hông chỉnh hình in 3D kim loại
5.2. Ô tô
Trong ngành ô tô, in 3D kim loại giúp sản xuất các bộ phận phức tạp và tùy chỉnh theo yêu cầu cụ thể. Các nhà sản xuất ô tô sử dụng công nghệ này để tạo mẫu thử, sản xuất các công cụ và bộ phận lắp ráp đặc biệt. Thậm chí, một số doanh nghiệp đã sản xuất xe hoàn chỉnh bằng công nghệ in 3D.
ĐỌC THÊM: ĐƯA CADILLAC ELDORADO CỔ ĐIỂN VÀO KỶ NGUYÊN IN 3D KIM LOẠI
5.3. Năng lượng
In 3D kim loại được áp dụng trong ngành năng lượng để chế tạo các bộ phận cho máy móc và thiết bị năng lượng, giúp giảm thời gian sản xuất và tăng hiệu quả sử dụng. Các bộ phận in 3D có thể được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và độ bền, đặc biệt trong các môi trường khắc nghiệt như nhà máy điện và giàn khoan dầu khí.
Cánh quạt máy nén được thiết kế và in 3D bởi WÄRTSILÄ
5.4. Hàng không vũ trụ
Ngành hàng không vũ trụ tận dụng công nghệ in 3D kim loại để sản xuất các bộ phận nhẹ nhưng cực kỳ bền và chính xác, đáp ứng yêu cầu khắt khe về chất lượng và an toàn. In 3D cho phép sản xuất các linh kiện với thiết kế phức tạp mà phương pháp truyền thống khó thực hiện được. Điều này giúp giảm trọng lượng của máy bay và tàu vũ trụ, từ đó tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu suất bay.
Bộ phận buồng đẩy được in 3D kim loại nguyên khối cho tên lửa
5.5. Điện tử
Trong ngành điện tử, in 3D kim loại được sử dụng để sản xuất các bộ phận làm mát và thiết bị điện tử. Công nghệ này giúp giảm thiểu sự hư hỏng do quá nhiệt của các thiết bị điện tử và tăng tính linh hoạt trong thiết kế sản phẩm, đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thay đổi của thị trường điện tử.
Cold plate được thiết kế và mô phỏng bởi Vinnotek
Tham khảo chi tiết ứng dụng của in 3D kim loại tại: COLD PLATE VỚI CẤU TRÚC GYROID - TĂNG HIỆU SUẤT LÀM VIỆC LÊN ĐẾN 30%
5.6. Công nghiệp sản xuất
In 3D kim loại mở ra nhiều cơ hội cho công nghiệp sản xuất bằng cách cho phép tạo ra các sản phẩm với hình dạng phức tạp, tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí. Công nghệ này giúp các doanh nghiệp sản xuất nhanh chóng các mẫu thử, cải tiến thiết kế và sản phẩm một cách linh hoạt, đồng thời giảm lượng phế liệu so với các phương pháp truyền thống.
ĐỌC THÊM: ỨNG DỤNG CỦA MÁY IN 3D KIM LOẠI TRONG 4 LĨNH VỰC HÀNG ĐẦU
6. Các dòng máy in 3D kim loại phổ biến
Các máy in 3D kim loại sử dụng công nghệ Selective Laser Melting (SLM) đang trở thành lựa chọn hàng đầu trong nhiều ngành công nghiệp nhờ khả năng tạo ra các sản phẩm có độ chính xác và chất lượng cao. Dưới đây là một số dòng máy in 3D kim loại phổ biến:
6.1. Nikon SLM Solutions
Nikon SLM Solutions là một trong những thương hiệu hàng đầu trong lĩnh vực in 3D kim loại. Các dòng máy như SLM 125 và SLM 280 đều nổi bật với khả năng in các chi tiết kim loại phức tạp với độ chính xác cao và hiệu suất vượt trội.
6.1.1. Máy in SLM 125
Máy SLM®125, với kích thước nhỏ gọn, độ chính xác cao và hiệu suất vượt trội, là sự lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng sử dụng ít bột kim loại. Là dòng sản phẩm nhỏ nhất của SLM Solutions, SLM®125 đáp ứng đầy đủ các nhu cầu từ tạo mẫu nhanh, sản xuất số lượng nhỏ đến sản xuất hàng loạt và nghiên cứu khoa học.
Thông số chi tiết máy in
Thể tích buồng in (LxWxH) | 125 x 125 x 125 mm |
Cấu trúc quang học laser | Đơn (1x400W) Laser sợi quang IPG |
Tốc độ in | Lên đến 25 cm3/h |
Độ dày lớp in | 20µm - 75 µm |
Chi tiết in nhỏ nhất | 140 µm |
Đường kính laser | 70 - 100 µm |
Tốc độ quét tối đa | 10 m/s |
Tiêu hao khí trơ khi in (Argon) | 0.6 l/phút (Argon) |
Tiêu hao khí trơ khi khởi động | 70 l/phút (Argon) |
Khí nén yêu cầu | ISO 8573-1:2010 [1:4:1] 7 bar |
Kích thước máy (LxWxH) | 1400 x 900 x 2460 mm |
Ứng dụng của máy in SLM 125
Ứng dụng trong lĩnh vực y tế:
In các bộ phận cấy ghép: Máy in SLM 125 có khả năng tạo ra các chi tiết nhỏ và chính xác, hỗ trợ sản xuất các bộ phận cấy ghép như khớp nối, đinh vít xương và các thiết bị y tế khác.
Dụng cụ phẫu thuật: Khả năng in với độ phân giải cao (độ dày lớp 20 micron) cho phép sản xuất các dụng cụ phẫu thuật tinh xảo, đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác và bề mặt mịn.
Ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ:
Chi tiết máy bay: Máy SLM 125 có thể in các bộ phận nhỏ và có khả năng chịu lực tốt từ các vật liệu như titanium và nhôm, giúp sản xuất các chi tiết máy bay nhẹ và bền bỉ.
Ứng dụng trong bộ phận trao đổi nhiệt:
Bộ phận làm mát: ABB đã thiết kế lại chế độ làm mát với các kênh phù hợp bằng công nghệ SLM, giảm thời gian làm mát TPE đáng kể lên đến 80%, từ 30 giây xuống còn 6 giây. Điều này tương đương với việc giảm 75% chu kỳ sản xuất tổng thể, từ 19,6 giây xuống còn 14,7 giây.
6.1.2. Máy in SLM 280
SLM®280 Production Series là một dòng máy in kim loại 3D tiên tiến thế hệ thứ ba của SLM Solutions, mang lại hiệu suất vượt trội cho các doanh nghiệp cần các hệ thống sản xuất có năng suất cao. Được trang bị hệ thống nhiều tia laser, hệ thống xử lý bột tự động và cải tiến quy trình điều khiển SLM®280 Production Series tối ưu hóa tốc độ in, chất lượng sản phẩm và tiết kiệm vật liệu.
Thông số chi tiết máy in
Thể tích buồng in (LxWxH) | 280 x 280 x 365 mm |
Cấu trúc quang học laser | Single (1x400W hay 1 x 700W; Twin (2 x 400W hay 2 x 700 W) |
Tốc độ in | Lên đến 113 cm3/h |
Độ dày lớp in | 20µm - 90 µm |
Chi tiết in nhỏ nhất | 150 µm |
Đường kính laser | 80 - 115 µm |
Tốc độ quét tối đa | 10m/s |
Tiêu hao khí trơ khi in (Argon) | 13 l/phút (Argon) |
Tiêu hao khí trơ khi khởi động | 160 l/phút (Argon) |
Khí nén yêu cầu | ISO 8573-1:2010 7 bar |
Kích thước máy (LxWxH) | 4150 x 1200 x 2525 mm |
Ứng dụng của máy in SLM 280
Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp:
Bộ phận động cơ: SLM 280 được sử dụng để in các chi tiết động cơ phức tạp, có khả năng chịu nhiệt và lực tốt, từ đó cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.
Khuôn mẫu: Máy SLM 280 có khả năng in các chi tiết lớn với độ chính xác cao, hỗ trợ tạo ra khuôn mẫu chính xác cho các quy trình đúc và sản xuất khác.
Ứng dụng trong ngành ô tô:
Phụ tùng xe hơi: SLM 280 có thể in các bộ phận cho xe hơi như các chi tiết trong hệ thống động cơ, hệ thống phanh và các thành phần chịu lực khác, đảm bảo độ bền và an toàn cao.
Xem thêm các dòng máy in 3D kim loại tốt nhất hiện nay: CÁC DÒNG MÁY IN 3D KIM LOẠI SLM PHỔ BIẾN HIỆN NAY
6.2. Meltio
Meltio là một công ty chuyên về công nghệ in 3D kim loại bằng dây laser. Họ sử dụng phương pháp in Directed Energy Deposition (có nhắc ở trên), được cho là an toàn và đáng tin cậy hơn các phương pháp in 3D kim loại khác vì nó không sử dụng bột kim loại dễ cháy nổ. Meltio có thể in nhiều loại vật liệu kim loại, bao gồm thép không gỉ, thép mềm và hợp kim titan.
Trong đó, nổi bật với dòng máy in 3D kim loại Meltio M450, được thiết kế cho ngành công nghiệp mà không cần cơ sở hạ tầng công nghiệp, với mức giá phải chăng, an toàn và dễ sử dụng. Lý tưởng cho chế tạo các bộ phận có kích thước từ nhỏ đến trung bình, Meltio M450 cho phép người dùng sản xuất các bộ phận kim loại có mật độ rất cao chỉ trong một bước trên một diện tích rất nhỏ gọn
Thông số chi tiết máy in
Kích thước | 560 × 600 × 1400mm |
Kích thước in | 145 x 168 x 390mm |
Khối lượng hệ thống | 250kg |
Loại Laser | 6 x 200 W laser điot trực tiếp |
Bước sóng laser | 976nm |
Công suất đầu vào | Tương thích với điện áp ba pha 208/230V và điện áp ba pha 400V |
Công suất tiêu thụ | 2 – 5 kW đỉnh tùy thuộc vào các tùy chọn đã chọn |
Kiểm soát quy trình | Điều chế vòng kín, laser và dây |
Bảo vệ | Không khí được kiểm soát, kín và an toàn với tia laser |
Giao diện | USB, Ethernet, liên kết dữ liệu không dây |
Làm mát | Bao gồm máy làm lạnh nước chủ động |
Đường kính dây cấp liệu | 0,8 – 1,2mm |
Cuộn dây cấp liệu | BS300 hoặc tang dây |
Ứng dụng của máy in 3D kim loại Meltio M450
Sản xuất công nghiệp:
Chi tiết máy bay: Sử dụng trong ngành hàng không để sản xuất các chi tiết phức tạp và chịu lực tốt từ các vật liệu như titanium và hợp kim niken.
Một số bộ phận tiêu biểu như giá đỡ máy bay, vòi phun tên lửa, ống vật liệu kép, cánh quạt Turbo, thanh kết nối, ....
Nghiên cứu và phát triển:
Phát triển vật liệu mới: Khả năng xử lý các vật liệu mới và phức tạp, giúp các trung tâm nghiên cứu và phát triển thử nghiệm và tạo ra các vật liệu mới có tính năng vượt trội. Meltio M450 có thể in 3D với nhiều loại vật liệu kim loại khác nhau, bao gồm thép không gỉ, thép mềm và hợp kim titan
Tạo mẫu nhanh: Giúp các nhà nghiên cứu và kỹ sư phát triển và thử nghiệm các mẫu nhanh chóng trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt.
Sản xuất hàng loạt:
Chi tiết nhỏ đến trung bình: Meltio M450 có thể in các bộ phận kim loại có kích thước tối đa 145 x 168 x 390 mm. Máy in này phù hợp để sản xuất các bộ phận cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm hàng không vũ trụ, y tế, ô tô và năng lượng.
6.3. TiTomic
TiTomic là một hãng công nghệ của Úc nổi bật với công nghệ Kinetic Fusion hay còn được biết đến là Cold Spray, cho phép in 3D kim loại mà không có sự tác động của nhiệt.
D523 của Titomic là một dòng máy chuyên dùng cho việc sửa chữa. Với kích thước nhỏ gọn (550 x 1420 x 266mm) và đầu phun kim loại cần tay, máy cho phép bạn tự thực hiện các công việc sửa chữa chính xác trên các bộ phận. Máy này được trang bị hai nguồn cấp bột và sử dụng điện áp 230V AC 50/60Hz cùng các thông số sau:
Thông số chi tiết máy in
Số máy cấp bột | 2 |
Nguồn điện vào | 230V AC 50/60Hz |
Nguồn điện | 230V AC 50/60Hz |
Cài đặt nhiệt độ | 20-600ºC |
Ghi thông số (nhiệt độ, áp suất và lưu lượng) | Có |
Tích hợp chế độ vòng lặp kín | Có (Tùy chỉnh) |
Thư viện tham số phun | Có |
Khí mang: Khí/N2 | Có |
Yêu cầu về khí | 6 bar/400L/phút |
Khí hỗn hợp / N2 | Có (Tùy chỉnh) |
Vận tốc hạt | -600m/sec |
Vận tốc phun | -30gr/min |
Kiểm soát/điều chỉnh áp suất khí/N2 | Có |
Màn hình cảm ứng HMI có màu | Có |
Mạch nối hoặc kết nối ethernet/IP | Có |
Đề xuất cho các ứng dụng robot công nghiệp | Có |
Trọng lượng và kích thước | 43kg/550x1420x266mm |
Ứng dụng của máy in D523
Máy D523 có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản xuất bồi đắp (additive manufacturing), nhờ vào công nghệ phun lạnh tiên tiến và thiết kế linh hoạt. Dưới đây là một số ứng dụng chính:
Sửa chữa và bảo trì:
Sửa chữa tại chỗ: D523 được sử dụng để sửa chữa các bộ phận kim loại ngay tại chỗ mà không cần tháo rời hay vận chuyển đến nhà máy, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và chi phí.
Bảo trì thiết bị công nghiệp: Khả năng sửa chữa các bề mặt và chi tiết bị mòn hoặc hỏng hóc, giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị và máy móc.
Sản xuất các chi tiết kim loại:
Tạo mẫu nhanh: D523 có thể sản xuất các mẫu kim loại với độ chính xác cao, cho phép thử nghiệm và tinh chỉnh thiết kế trước khi sản xuất hàng loạt.
Sản xuất bộ phận nhỏ và phức tạp: Khả năng in các chi tiết nhỏ và phức tạp với độ bền cao, phù hợp cho các ngành công nghiệp yêu cầu chi tiết tinh vi và chính xác.
Lớp phủ và bảo vệ bề mặt:
Lớp phủ chống ăn mòn: Máy có thể tạo ra các lớp phủ chống ăn mòn, bảo vệ các bộ phận kim loại khỏi môi trường khắc nghiệt, đặc biệt hữu ích trong ngành hàng không, dầu khí và hàng hải.
Lớp phủ cải thiện tính năng: Tạo ra các lớp phủ cải thiện tính năng như độ cứng, độ bền, và khả năng chịu nhiệt, giúp nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của các bộ phận.
6.4. HP
HP là một tập đoàn công nghệ đa quốc gia của Mỹ, nổi tiếng với các sản phẩm như máy tính cá nhân, máy in và máy tính xách tay. Theo sự phát triển của công nghệ sản xuất, HP cũng đón đầu xu hướng với dòng máy in 3D kim loại công nghiệp sử dụng công nghệ Metal Jet để tạo ra các bộ phận kim loại phức tạp với độ chính xác cao.
HP Metal Jet S100 - Máy in 3D kim loại công nghiệp cho sản xuất hàng loạt, giúp giảm thiểu chi phí, tăng tốc độ sản xuất và tạo ra các sản phẩm kim loại nhẹ hơn và chắc chắn hơn. Công nghệ in 3D kim loại HP Metal Jet sử dụng phương pháp in phun chất kết dính (binder jetting) để tạo ra các bộ phận kim loại 3D
Thông số chi tiết máy in
Công nghệ | HP Metal Jet |
Kích thước bàn in | 430 x 309 x 200 mm |
Kích thước bàn in hiệu quả | 430 x 309 x 170 mm |
Tốc độ in | 1990 cc/hr9 |
Độ dày lớp | 35 – 140 um |
Độ phân giải xử lý công việc (x,y) | 1200 dpi |
Độ phân giải máy in (x,y) | 1200 dpi |
Hệ thống đầu in | 2 thanh in/ Đầu in phun nhiệt 6 HP (63360 đầu phun)/Bộ khử nhiệt đầu phun tự động và thay thế đầu phun |
Dự phòng in | Dự phòng vòi phun 4 lần ở độ phân giải 1200 dpi |
Kích thước máy in | 2937 x 1409 x 2478 mm |
Kích thước vận chuyển | 3330 x 1500 x 2340 mm |
Kích thước khu vực vận hành | 4775 x 3850 x 2500 mm |
Khối lượng máy in | 851kg |
Bộ xử lý | HP Metal Jet S100 Printer: Intel* Xeon* W-2255 3.7GHz 10C 165W |
HP Metal Jet S100 Curing Station: Intel* Celeron* J3455 1.5GHz Quad-Core |
Xem chi tiết: HP Metal Jet S100 Printing Solution
Máy in 3D kim loại HP Metal Jet S100 có nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau:
Ô tô: Sản xuất các bộ phận trong ô tô, đưa ra thị trường những sản phẩm chất lượng, thiết kế tối ưu và tiết kiệm thời gian như cuộn van, móc chìa khóa, núm chuyển số, gia cố kết cấu cho trụ A, ... đặc biệt cung cấp cho thương hiệu lớn như Volkswagen
Sản xuất công nghiệp: Sử dụng cho sản xuất các bộ phận công nghiệp với thiết kế linh hoạt giúp truyền nhiệt/chất lỏng hiệu quả, giảm trọng lượng và chi phí. Một số bộ phận nổi bật như linh kiện động cơ kỹ thuật số, ống phân phối chất lỏng, bộ lọc khí,...
Bộ lọc khí/Bộ ngắt mạch 690V
Thủy lực: Cải thiện hiệu suất hoạt động của các bộ phận thủy lực như Van servo S4 Pro (cho phép chảy nhiều chất lỏng hơn trong không gian nhỏ và phức tạp hơn), ống nhiên liệu (ứng dụng phức tạp hình dạng gần lưới), ...
Hàng tiêu dùng: Tạo các sản phẩm chất lượng, bề mặt hoàn thiện, thiết kế sáng tạo và cá nhân hóa chi từng khách hàng như vỏ đồng hồ đeo tay, nhẫn, mặt dây chuyền, gậy đánh golf, ...
Xem thêm tại: Top 10 Những Câu Hỏi Thường Gặp Về Công Nghệ In 3D Kim Loại
Vinnotek: Đối Tác Đáng Tin Cậy Cho Giải Pháp Thiết Kế Và Tính Toán Mô Phỏng In 3D
Công nghệ in 3D kim loại đóng vai trò chủ chốt trong việc nâng tầm chất lượng ở nhiều lĩnh vực và tối ưu hóa chi phí sản xuất cho doanh nghiệp. Tuy nhiên, để khai thác tối đa tiềm năng của in 3D, cần có dịch vụ thiết kế và tính toán mô phỏng chuyên nghiệp.
Tại đây, Vinnotek tự hào là đối tác đáng tin cậy, cung cấp dịch vụ thiết kế và tính toán mô phỏng in 3D cho các bộ phận quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp.
Chúng tôi không chỉ đem lại lợi ích của công nghệ in 3D tiên tiến, mà còn là đại diện chính thức của Nikon SLM Solutions - một trong những hãng máy in 3D kim loại hàng đầu thế giới và Titomic - nhà tiên phong trong ứng dụng sản xuất bồi đắp quy mô lớn, như dụng cụ, phụ tùng và bộ phận máy móc, thay thế các hình thức sản xuất truyền thống.
Với sự kết hợp giữa tinh thần sáng tạo và chuyên nghiệp, chúng tôi cam kết đồng hành cùng doanh nghiệp của bạn để tối ưu hóa thiết kế, giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu suất công việc.
Hãy liên hệ với Vinnotek ngay hôm nay để trải nghiệm sự đổi mới và tiên tiến trong ngành công nghiệp của bạn.
--------------------------
THÔNG TIN LIÊN HỆ:
☎Số điện thoại: (+84)905300382
📩Email: sales@vinnotek.com
💻Website: https://vinnotek.com/
⚡LinkedIn: https://tinyurl.com/VINNOTEKlinkedin
⚡Facebook: https://tinyurl.com/VINNOTEK