Sau phần một của bài viết về các loại công nghệ in 3D kim loại được sử dụng ngày nay gồm 3 loại công nghệ SLS, SLA và SLM, thì trong phần hai hôm nay, 3 loại công nghệ tiếp theo sẽ là FDM, LOM và công nghệ phun sinh học (bioprinting). Mời bạn tìm hiểu cách 3 loại công nghệ này hoạt động, ưu và nhược điểm cũng như ứng dụng của chúng trong đời sống.
4. In 3D FDM (Fused Deposition Modeling)
Đây là loại công nghệ in 3D phổ biến và đơn giản nhất, dưới đây là những thông tin bạn cần biết về in 3D FDM.
4.1. Nguyên lý hoạt động của công nghệ in FDM
In 3D FDM (Fused Deposition Modeling) hoạt động dựa trên nguyên lý nung chảy và đùn vật liệu nhựa nhiệt dẻo thành từng lớp để tạo hình 3D. Quá trình diễn ra như sau:
Cấu tạo máy in 3D FDM
4.1.1. Cắt lớp
Mô hình 3D được cắt thành các lớp mỏng (thường từ 0.1mm đến 0.5mm) bằng phần mềm chuyên dụng.
4.1.2. Gia nhiệt
Vật liệu in dạng sợi được đưa vào máy in và nung chảy ở nhiệt độ cao.
4.1.3. Đùn
Nhựa nóng chảy được đùn qua một vòi phun nhỏ, tạo thành từng đường nhựa mịn.
4.1.4. In từng lớp
Vòi phun di chuyển theo các đường dẫn được lập trình sẵn, xếp chồng các lớp nhựa lên nhau để tạo hình 3D theo mô hình đã cắt.
4.1.5. Cấu trúc hỗ trợ
Với các chi tiết có cấu trúc phức tạp, cần sử dụng vật liệu hỗ trợ để đảm bảo độ chính xác và tránh biến dạng. Vật liệu hỗ trợ sẽ được loại bỏ sau khi in xong.
4.2. Vật liệu in và độ chính xác của in FDM
4.2.1. Vật liệu
In FDM sử dụng nhiều loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo phổ biến như ABS, PLA, PETG, TPU, PC, Nylon, v.v. Mỗi loại vật liệu có đặc tính và ứng dụng riêng.
4.2.2. Độ chính xác
Độ chính xác của in FDM phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ dày lớp in, độ phân giải của vòi phun, chất lượng vật liệu và kỹ thuật in. Thông thường, độ chính xác in FDM dao động từ 0.1mm đến 0.3mm.
Máy in 3D công nghệ FDM
4.3. Ưu điểm và nhược điểm của in FDM
4.3.1. Ưu điểm
- Giá thành rẻ: Máy in FDM có giá thành rẻ hơn so với các công nghệ in 3D khác.
- Vật liệu đa dạng: In FDM sử dụng nhiều loại vật liệu in với nhiều tính năng khác nhau.
- Dễ sử dụng: In FDM tương đối dễ sử dụng, phù hợp với người mới bắt đầu.
- Tốc độ in nhanh: In FDM có tốc độ in nhanh hơn so với các công nghệ in 3D khác như SLA.
- Khả năng in chi tiết phức tạp: In FDM có thể in được các chi tiết có cấu trúc phức tạp.
4.3.2. Nhược điểm:
- Độ chính xác thấp: In FDM có độ chính xác thấp hơn so với các công nghệ in 3D khác như SLA.
- Bề mặt in không mịn: Bề mặt in FDM thường có các đường vân do từng lớp in chồng lên nhau.
- Cần hỗ trợ: Các chi tiết có cấu trúc phức tạp cần sử dụng vật liệu hỗ trợ, gây tốn thời gian và công sức để loại bỏ.
- Độ bền thấp: In FDM có độ bền thấp hơn so với các phương pháp gia công truyền thống.
Sản phẩm công nghệ in 3D FDM
4.4. Ứng dụng của in FDM
Công nghệ in 3D FDM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, mang đến những lợi ích và giải pháp sáng tạo cho các ngành công nghiệp và đời sống. Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu:
Tạo mẫu nhanh chóng và chính xác để kiểm tra thiết kế, chức năng và khả năng sản xuất trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt. Giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm.
Tạo mẫu cho nhiều lĩnh vực như: sản phẩm tiêu dùng, đồ chơi, thiết bị y tế, linh kiện ô tô, v.v.
Tạo các mô hình 3D để giảng dạy các môn khoa học, kỹ thuật, nghệ thuật và toán học. Thúc đẩy sáng tạo và tư duy thiết kế.
In các tác phẩm nghệ thuật độc đáo như tượng, tranh, đồ trang sức. Tạo ra các mô hình kiến trúc, đồ chơi, quà tặng. Mở ra những khả năng sáng tạo mới cho các nghệ sĩ và nhà thiết kế.
Đọc ngay: (P1) Bạn biết được bao nhiêu loại công nghệ in 3D được sử dụng ngày nay
5. In 3D LOM (Laminated Object Manufacturing)
5.1. Nguyên lý hoạt động của công nghệ in LOM
In LOM (Laminated Object Manufacturing) là một công nghệ in 3D sử dụng các lớp vật liệu mỏng, được liên kết với nhau bằng keo hoặc nhiệt, để tạo ra một mô hình 3D. Quá trình in diễn ra theo các bước sau:
Cấu trúc máy in 3D công nghệ LOM (Nguồn ảnh: pick3dprinter)
5.1.1. Chuẩn bị vật liệu:
Vật liệu in LOM thường là các tấm giấy, nhựa hoặc kim loại mỏng, được phủ keo hoặc có sẵn lớp kết dính.
5.1.2. Cắt lớp:
Dữ liệu CAD của mô hình 3D được chia thành các lớp mỏng. Máy in LOM sử dụng dao cắt hoặc laser để cắt các lớp vật liệu theo hình dạng của từng lớp.
5.1.3. Dán lớp:
Mỗi lớp vật liệu được dán lên nền tảng in, sau đó được liên kết với lớp trước bằng keo hoặc nhiệt.
5.1.4. Lặp lại:
Quá trình cắt và dán lớp được lặp lại cho đến khi hoàn thành mô hình 3D.
5.2. Vật liệu in và độ chính xác của in LOM
Vật liệu in trong công nghệ LOM rất đa dạng, từ giấy, nhựa, kim loại, đến gốm và vật liệu composite. Độ chính xác của máy in LOM có thể đạt được tốt hơn 0,25 mm, nhờ vào khả năng cắt chính xác của tia laser, giữ được đặc tính ban đầu của vật liệu.
Độ chính xác của công nghệ in 3D LOM phụ thuộc vào độ phân giải của máy in và độ dày của lớp vật liệu. Máy in LOM có độ phân giải cao có thể tạo ra các mô hình 3D với độ chính xác cao hơn. Lớp vật liệu mỏng hơn cũng giúp tạo ra các mô hình 3D chi tiết hơn.
5.3. Ưu điểm và nhược điểm của in LOM
5.3.1. Ưu điểm của in LOM
- Vật liệu đa dạng và rẻ tiền: Công nghệ LOM cho phép sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau như giấy, chất dẻo, kim loại, composites và gốm.
- Không cần kết cấu hỗ trợ: Quá trình in không yêu cầu cấu trúc hỗ trợ phức tạp, giảm thiểu chi phí và thời gian chuẩn bị.
- Tốc độ in nhanh: Nhờ vào việc chỉ cắt theo chu vi bên ngoài, LOM có thể hoàn thành các mô hình nhanh chóng, đặc biệt là với các bộ phận có kích thước lớn.
- Thân thiện với môi trường: Quá trình in không gây độc hại hay ô nhiễm môi trường, làm cho LOM trở thành lựa chọn bền vững.
Sản phẩm của công nghệ in 3D LOM (Nguồn ảnh: MKS Technologies Pvt Ltd)
5.3.2. Nhược điểm của in LOM
- Không thu hồi được vật liệu dư: Vật liệu không sử dụng đến sau quá trình in không thể tái sử dụng, dẫn đến lãng phí.
- Sản phẩm có thể bị cong vênh: Do sự chênh lệch nhiệt độ và áp lực trong quá trình in, sản phẩm có nguy cơ bị cong vênh.
- Độ bóng bề mặt không cao: So với các công nghệ in 3D khác, bề mặt của sản phẩm in bằng LOM thường không có độ bóng cao và có thể cần qua xử lý bề mặt sau in.
5.4. Ứng dụng của in LOM
Công nghệ in LOM được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các bộ phận kích thước lớn, từ điện thoại, bút, đồ trang sức, đến các sản phẩm thiết kế riêng. Nó cũng được sử dụng trong việc tạo mẫu nhanh và sản xuất hàng loạt với chi phí thấp.
6. In 3D phun sinh học
3D Bioprinting là một bước tiến đột phá trong công nghệ in 3D, nơi mà các tế bào sống, yếu tố sinh trưởng, và các vật liệu tương thích sinh học được sử dụng như “mực sinh học” để tạo ra các mô và cơ quan nhân tạo. Quy trình này không chỉ mở ra khả năng tái tạo các bộ phận cơ thể mà còn cải thiện đáng kể quy trình nghiên cứu và phát triển thuốc.
6.1. Quy Trình In 3D Bioprinting
6.1.1. Thiết Kế và Chuẩn Bị
- Mô hình 3D được thiết kế thông qua phần mềm hoặc dựa trên dữ liệu từ CT và MRI.
- Tế bào được trộn lẫn với chất lỏng giàu oxy và dinh dưỡng, tạo thành Bio-Inks.
6.1.2. Quá Trình In
- Bio-Inks được đặt trong máy in và in theo từng lớp để tạo ra cấu trúc 3D.
- Cấu trúc được nuôi cấy trong điều kiện lý tưởng để phát triển thành mô hoàn chỉnh.
6.1.3. Hậu Kỳ
Áp dụng kích thích cơ học và hóa học để bảo toàn và tăng cường chức năng của mô.
In 3D phun sinh học trái tim người
6.2. Các Kỹ Thuật In 3D Bioprinting Phổ Biến
- Phun Nhiệt và Áp Điện: Sử dụng nhiệt hoặc kích thích điện để phun Bio-Inks.
- Stereographic: Dùng ánh sáng để trùng ngưng polyme, tạo ra cấu trúc 3D.
- Đùn: Vận chuyển hydrogel qua vòi phun để tạo ra cấu trúc 3D.
6.3. Vật Liệu Trong In 3D Bioprinting
- Polyme Tổng Hợp: Như PEG, PLGA, PCL, có độ bền cơ học cao nhưng ít tương thích sinh học.
- Polyme Tự Nhiên: Protein (Collagen, Gelatin), Cacbohidrat (Chitosan, Alginate), Axit Nucleic (ADN, ARN), có tính khả dụng cao và thân thiện với mô sống.
6.4. Ứng dụng của 3D Bioprinting
- Trong Nghiên Cứu Thuốc: Tạo ra mô hình thử nghiệm thuốc hiệu quả và tương thích với cơ thể người.
- Trong Y Sinh: Sản xuất stent và hệ thống dẫn truyền thuốc tiên tiến.
- Trong Công Nghệ Sinh Học: In 3D các bộ phận cơ thể từ tế bào của chính bệnh nhân, giảm thiểu biến chứng và tăng cường khả năng hồi phục.
Tìm hiểu thêm: Cấy ghép nha khoa in 3D: Cá nhân hóa trải nghiệm cho từng bệnh nhân
In tai người bằng công nghệ phun sinh học
6.5. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ phun sinh học
6.5.1. Ưu điểm
- Tùy chỉnh cao: Khả năng tạo ra các cấu trúc mô phù hợp với từng cá nhân.
- Giảm thời gian và chi phí: So với các phương pháp truyền thống, bioprinting có thể giảm đáng kể thời gian và chi phí sản xuất mô và cơ quan.
- Tiềm năng trong y học tái sinh: Có khả năng tạo ra mô và cơ quan có thể ghép trực tiếp vào cơ thể người.
6.5.2. Nhược điểm
- Thách thức về kỹ thuật: Việc in 3D các cấu trúc phức tạp với độ chính xác cao vẫn còn nhiều hạn chế.
- Vấn đề về sinh học: Sự tương thích sinh học và việc duy trì sự sống của tế bào sau khi in là một thách thức lớn.
- Chi phí ban đầu cao: Mặc dù có tiềm năng giảm chi phí lâu dài, nhưng chi phí ban đầu cho máy móc và vật liệu vẫn còn khá cao.
Vừa rồi là những thông tin cần biết về 3 loại công nghệ FDM, LOM và Bioprinting. Hy vọng qua 2 phần của bài viết về các loại công nghệ in 3D được sử dụng phổ biến ngày nay sẽ mang lại cho bạn những thông tin hữu ích và cần thiết.
Chinh phục công nghệ in 3D cùng Vinnotek
Bạn đang muốn bước chân vào thế giới công nghệ in 3D nhưng không biết bắt đầu từ đâu? Hay bạn đã có kiến thức nền tảng nhưng muốn nâng cao kỹ năng để ứng dụng vào công việc và cuộc sống?
Hãy để Vinnotek đồng hành cùng bạn với máy in 3D FDM (BigRep, Raise3D, Mingda) hiện đại và khóa học in 3D từ cơ bản đến chuyên sâu, được thiết kế dành riêng cho mọi đối tượng, từ người mới bắt đầu đến các chuyên gia trong lĩnh vực.
Hãy liên hệ ngay với Vinnotek để trải nghiệm máy in 3D FDM chất lượng cao và tham gia khóa học in 3D chuyên nghiệp nhất hiện nay!
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
