Công nghệ in 3D FDM đang dẫn đầu trong việc sản xuất prototype và sản phẩm kỹ thuật với chi phí thấp và hiệu quả cao. Khám phá các dòng máy in FDM công nghiệp phổ biến nhất và ứng dụng của chúng trong nhiều ngành.
1. Công nghệ in 3D FDM là gì?
1.1. Sự ra đời của công nghệ FDM
Công nghệ in 3D FDM được phát triển bởi S. Scott Crump năm 1980 của hãng Stratasys. Hãng này đã bán bán chiếc máy sử dụng công nghệ FDM đầu tiên có tên “3D Modeler” năm 1992. Vật liệu sử dụng trong FDM là các loại nhựa nhiệt dẻo: ABS, polyamid, nylon, sáp.
Tốc độ in của công nghệ FDM phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của một đối tượng in. Các đồ vật nhỏ có thể in tương đối nhanh chóng trong khi các bộ phận phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian hơn.
Tìm hiểu thêm:
1.2. In 3D FDM là gì?
Công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM (Fused Deposition Modeling) hay còn được gọi là FFF (Fused Filament Fabrication) là một công nghệ in 3D sử dụng vật liệu polymer nhiệt dẻo dạng sợi để tạo ra các vật thể 3D bằng cách chồng các lớp vật liệu lên nhau để tạo ra một vật thể hoàn chỉnh. Vật liệu sẽ được sử dụng nhiệt để làm chảy nóng chảy vật liệu, và sau đó được đùn theo mẫu lên cạnh hoặc lên trên các lần ép đùn trước đó, tạo ra từng lớp từng lớp của sản phẩm.
Cấu trúc máy in 3D công nghệ FDM
Nói cách đơn giản là lấy một sợi nhựa và ép nó qua một đầu nóng, làm tan chảy nó và sau đó lắng đọng thành từng lớp trên bàn in. Bạn có thể nghĩ FDM như một chiếc máy bắn keo nóng, nhưng thay vì keo, nó sử dụng sợi nhựa. Máy sẽ làm nóng chảy sợi nhựa và đùn nó thành từng lớp mỏng lên một bề mặt, lớp này chồng lên lớp kia để tạo thành vật thể 3D.
2. Nguyên lý hoạt động của công nghệ in FDM
2.1. Cấu tạo của hệ thống in FDM
2.1.1. Khung máy in 3D:
- Là bộ phận khung đỡ cho toàn bộ hệ thống, bao gồm các trục X, Y, Z.
- Cung cấp độ ổn định và độ cứng cho máy in.
2.1.2. Bàn in:
- Là bề mặt phẳng nơi vật thể 3D được tạo ra, đầu in sẽ ép đùn vật liệu lên bàn in.
- Trong quá trình in, hệ thống chuyển động trục Z di chuyển bàn in theo từng bước, bằng nhau để tạo ra các lớp cấu thành chi tiết in.
- Bàn in được làm bằng nhiều vật liệu khác nhau như kính, kim loại, nhựa, hoặc bề mặt gia nhiệt.
Cấu tạo của hệ thống in 3D FDM
2.1.3. Đầu in:
- Là bộ phận quan trọng nhất, chịu trách nhiệm gia nhiệt và đùn vật liệu nóng chảy thông qua một vòi phun để tạo thành sản phẩm
- Các yếu tố như kích thước vòi phun và tốc độ đùn nhựa sẽ tác động đến độ chính xác mà máy in có thể đạt được, cũng như tốc độ in
Gồm các thành phần chính:
- Vòi phun: Có kích thước khác nhau, ảnh hưởng đến độ phân giải của vật thể in. Độ rộng của đường đùn có thể thay đổi trong khoảng từ (0,193mm-0,965mm)
- Bộ phận gia nhiệt: Làm nóng chảy vật liệu nhựa.
- Cảm biến nhiệt độ: Giúp kiểm soát nhiệt độ của vòi phun.
- Motor bước: Điều khiển chuyển động của đầu in theo các trục X và Y
Đầu in của máy in 3D FDM
2.1.4. Hệ thống cung cấp vật liệu in 3D:
- Cung cấp vật liệu in (thường là sợi nhựa) cho đầu in.
- Có thể là hệ thống cấp liệu tự động hoặc thủ công.
2.1.5. Hệ thống điều khiển:
- Bao gồm bo mạch chủ, vi điều khiển và các linh kiện điện tử khác.
- Điều khiển toàn bộ quá trình in, từ việc đọc file 3D đến việc di chuyển đầu in và điều chỉnh nhiệt độ.
- Máy tính đọc được file 3D dưới dạng đuôi STL. Đây là định dạng tiêu chuẩn để thể hiện các vật thể rắn của ngành công nghiệp tạo mẫu
2.1.6. Phần mềm:
- Phần mềm cắt lớp: Chuyển đổi file 3D thành các lớp 2D điều chỉnh kích thước, vị trí và hướng đặt mô hình để phần mềm xuất ra file GCODE, từ đó máy in có thể hiểu và thực hiện
- Phần mềm điều khiển máy in: Giao diện người dùng để điều khiển các thông số in như tốc độ, nhiệt độ, độ dày lớp.
Giao diện phần mềm cắt lớp Materialise Magics
2.2. Quy trình in 3D FDM
2.2.1. Thiết kế Mô hình 3D:
Sử dụng phần mềm CAD: Các phần mềm như SolidWorks, Fusion 360, Blender được sử dụng để tạo ra các mô hình 3D chi tiết.
2.2.2. Cắt Lớp (Slicing):
- Chuyển đổi mô hình 3D thành các lớp 2D: Phần mềm cắt lớp (slicer) như Materialise Magics, Cura, PrusaSlicer sẽ chia nhỏ mô hình 3D thành hàng trăm hoặc hàng nghìn lớp 2D mỏng.
- Tùy chỉnh các thông số: Người dùng có thể điều chỉnh các thông số như độ dày lớp, tốc độ in, độ lấp đầy, nhiệt độ vòi phun để tối ưu hóa chất lượng in.
2.2.3. Chuẩn bị Máy in:
- Lắp đặt vật liệu in: Sợi nhựa (PLA, ABS, PETG...) được lắp vào máy in.
- Cân chỉnh: Đảm bảo đầu in và bàn in được căn chỉnh chính xác.
- Làm sạch bề mặt in: Bàn in được làm sạch để đảm bảo độ bám dính của lớp đầu tiên.
- Điều chỉnh thông số in quan trọng: Ngoài kích thước vòi phun và tốc độ đùn, các thông số khác như nhiệt độ đầu phun, tốc độ di chuyển của đầu in, độ làm đầy, và cách các thông số này ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.
In 3D FDM bộ phận xe đạp leo núi của Canyon bằng máy in 3D BigRep ONE
Đọc toàn bộ case study, tại đây
2.2.4. Tiến hành in 3D FDM:
- Đun nóng vòi phun: Vòi phun được đun nóng đến nhiệt độ phù hợp với loại vật liệu in
- Đùn vật liệu: Đầu in di chuyển theo các đường đi được xác định bởi phần mềm cắt lớp, đùn vật liệu nóng chảy từng lớp một lên bàn in cho đến khi tạo thành vật thể
- Bộ phận hỗ trợ: Nhiều chi tiết in 3D như các phần nhô ra hoặc các lỗ rỗng cần thêm bộ phận hỗ trợ để giữ vững cấu trúc khi in . Nên giải thích về các loại hỗ trợ in phổ biến (hỗ trợ hòa tan, hỗ trợ tách rời) và cách chúng được tạo ra
2.2.5. Hoàn thiện sản phẩm:
Loại bỏ vật liệu hỗ trợ (nếu có), chà nhám, sơn hoặc phủ lớp bề mặt của vật thể để cải thiện tính thẩm mỹ và độ bền.
3. Ưu và nhược điểm của công nghệ in 3D FDM
3.1. Ưu điểm
- Giá thành hợp lý: Máy in 3D FDM và vật liệu in thường có giá cả phải chăng hơn so với các công nghệ in 3D khác
- Dễ sử dụng: Máy in FDM tương đối dễ vận hành và bảo dưỡng, phù hợp cả với người mới bắt đầu.
- Tốc độ in nhanh: So với một số công nghệ in 3D khác, FDM có thể in các vật thể với tốc độ khá nhanh, có độ tin cậy cao. Công nghệ FDM được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ tạo mẫu nhanh đến sản xuất các bộ phận thay thế
- Vật liệu đa dạng: Có nhiều loại nhựa nhiệt dẻo khác nhau có thể sử dụng để in 3D, cho phép tạo ra các sản phẩm với nhiều tính chất khác nhau.
- Thiết bị hoạt động tạo ra ít tiếng ồn.
Sản phẩm in 3D FDM của Vinnotek
3.2. Nhược điểm
- Độ chính xác: Độ chính xác của các chi tiết nhỏ có thể bị hạn chế do độ dày của lớp vật liệu.
- Độ bền: Độ bền của vật thể in 3D bằng FDM có thể không bằng các vật thể được sản xuất bằng các phương pháp khác, đặc biệt là khi chịu lực tác động lớn.
- Bề mặt: Bề mặt của vật thể in 3D bằng FDM thường có các lớp vân và có thể cần xử lý hậu kỳ để mịn màng hơn.
- Hỗ trợ: Một số chi tiết phức tạp có thể cần vật liệu hỗ trợ, việc loại bỏ vật liệu hỗ trợ có thể tốn thời gian và công sức.
4. Các loại máy in 3D FDM công nghiệp phổ biến
In 3D FDM công nghiệp đang trở thành công cụ quan trọng cho các doanh nghiệp và tổ chức trong nhiều lĩnh vực. Dưới đây là chi tiết về những mẫu máy in 3D FDM công nghiệp phổ biến, từ các đặc điểm nổi bật đến ứng dụng cụ thể của chúng.
4.1. Mingda MD-400D
Mingda MD-400D là lựa chọn tuyệt vời cho các doanh nghiệp cần in nguyên mẫu phức tạp với hiệu suất in cao. Máy có hệ thống đầu đùn kép độc lập (IDEX), cho phép in hai mô hình cùng lúc, giúp tăng gấp đôi năng suất và giảm một nửa thời gian chờ.
4.1.1. Đặc điểm nổi bật:
- Hệ thống đầu đùn kép IDEX: Hai đầu đùn di chuyển độc lập, hỗ trợ in hai vật thể cùng lúc hoặc tạo ra mô hình phản chiếu (Mirror Mode), giúp tăng hiệu quả.
- Khối lượng in: 400 x 400 x 400 mm, phù hợp với các dự án in có kích thước trung bình đến lớn.
- Tốc độ in cao: Lên đến 300 mm/giây, giúp tăng hiệu quả in.
- Chế độ in phản chiếu và sao chép: Hoàn hảo cho việc in hàng loạt hoặc tạo ra các mô hình đối xứng.
- Tính năng tự động phát hiện sợi nhựa: Máy sẽ dừng in và cảnh báo khi hết sợi nhựa, tránh gián đoạn quá trình in.
4.1.2. Ứng dụng:
- Ngành thiết kế và tạo mẫu: Tạo các mô hình phức tạp và chi tiết với thời gian nhanh hơn.
- Sản xuất hàng loạt nhỏ: Phù hợp cho các studio thiết kế và doanh nghiệp muốn tăng năng suất in mẫu.
4.2. Mingda MD-1000D
Mingda MD-1000D là máy in 3D FDM quy mô lớn, lý tưởng cho các dự án công nghiệp đòi hỏi in các bộ phận lớn với độ chính xác cao. Đây là lựa chọn tốt nhất cho các doanh nghiệp cần sản xuất các mẫu có kích thước lớn hoặc các bộ phận chịu lực cao.
4.2.1. Đặc điểm nổi bật:
- Khối lượng in lớn: 1000 x 1000 x 1000 mm, cho phép in các sản phẩm lớn mà không cần chia nhỏ thành các phần.
- Tốc độ in nhanh: Lên đến 300 mm/giây, giúp giảm thời gian sản xuất.
- Hệ thống tản nhiệt kép: Đảm bảo in ổn định và chất lượng cao.
- Tự động cân bằng bàn in và nền tảng in linh hoạt: Giúp cải thiện độ chính xác và dễ dàng tháo các sản phẩm sau khi in.
4.2.2. Ứng dụng:
- Ngành xây dựng và kiến trúc: In các mô hình và chi tiết xây dựng kích thước lớn.
- Ngành sản xuất công nghiệp: Tạo ra các mẫu khuôn, đồ gá, và bộ phận cơ khí lớn.
- Sản xuất mẫu nguyên khối: Đặc biệt phù hợp với việc sản xuất mẫu có kích thước lớn và yêu cầu độ bền cao.
Tham khảo những loại máy in 3D công nghiệp của Mingda, tại đây
4.3. BigRep ONE
BigRep ONE là máy in 3D khổ lớn với mức giá hợp lý, được tin dùng bởi nhiều nhà thiết kế và nhà sản xuất trên toàn thế giới. Với khả năng in các vật thể lớn, BigRep ONE giúp tạo mẫu và hiện thực hóa các ý tưởng thiết kế nhanh chóng và chính xác.
4.3.1. Đặc điểm nổi bật:
- Khối lượng in lớn: 1000 x 1000 x 1000 mm, cho phép in các vật thể lớn mà không cần ghép nối.
- Đầu đùn công suất cao: Với các đầu phun có thể hoán đổi (0.6, 1.0, 2.0 mm), giúp in chính xác và tốc độ cao.
- Bàn in gia nhiệt: Đảm bảo độ bám dính tốt và hiệu suất in ổn định.
- Dễ sử dụng: Giao diện điều khiển trực quan, dễ thiết lập và vận hành, hỗ trợ kiểm tra tiến trình in từ xa qua webcam và phục hồi sau mất điện.
4.3.2. Ứng dụng:
- Ngành thiết kế sản phẩm: Tạo mẫu lớn cho ô tô, hàng không, và các sản phẩm tiêu dùng.
- Ngành sản xuất công nghiệp: In các chi tiết cơ khí và sản phẩm có kích thước lớn.
- Ngành kiến trúc: In các mô hình kiến trúc quy mô lớn
Tìm hiểu thêm các loại máy in 3D công nghiệp khác của BigRep, tại đây
4.4. Raise3D Pro3
Raise3D Pro3 là máy in 3D FDM chuyên nghiệp với hệ thống đầu in kép, thiết kế để in các mô hình phức tạp với độ chính xác cao. Máy có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất quy mô nhỏ và tạo mẫu nhanh với nhiều kích cỡ khác nhau.
4.4.1. Đặc điểm nổi bật:
- Hệ thống đầu in kép: Cho phép in hai vật liệu hoặc hai màu khác nhau mà không làm giảm chất lượng.
- Tự động cân bằng bàn in: Giúp lắp đặt nhanh chóng và dễ dàng, đảm bảo độ chính xác cao.
- Cảm biến sợi nhựa và phục hồi mất điện: Máy sẽ lưu trạng thái in và tiếp tục in từ điểm dừng sau khi có điện lại hoặc thay sợi nhựa.
- Hệ thống quản lý luồng không khí và bộ lọc HEPA: Đảm bảo môi trường in ổn định và sạch sẽ.
4.4.2. Ứng dụng:
- Ngành sản xuất và tạo mẫu nhanh: Phù hợp cho việc sản xuất các chi tiết nhỏ hoặc tạo mẫu với nhiều loại vật liệu khác nhau.
- Giáo dục và nghiên cứu: Được sử dụng trong các trường học và viện nghiên cứu để thử nghiệm và phát triển các thiết kế mới.
- Sản xuất hàng loạt nhỏ: Đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất các linh kiện có độ chính xác cao.
Tìm hiểu thêm: Tạo mẫu nhanh bằng công nghệ in 3D FDM với Raise3D
4.5. Raise3D E2
Raise3D E2 là máy in 3D để bàn có hệ thống đầu in kép độc lập (IDEX), được thiết kế để dễ dàng bảo trì và vận hành. Máy phù hợp cho nhiều loại sợi nhựa khác nhau, đặc biệt là các vật liệu linh hoạt như TPU.
4.5.1. Đặc điểm nổi bật:
- Hệ thống đầu in kép IDEX: Cho phép in hai mô hình độc lập hoặc cùng một mô hình nhưng đối xứng (chế độ phản chiếu).
- Tự động cân bằng bàn in: Giúp điều chỉnh tự động để đảm bảo chất lượng in tốt nhất.
- BuildTak FlexPlate: Tấm in linh hoạt giúp dễ dàng tháo rời các mô hình in mà không gây hư hỏng.
- Phục hồi mất điện và cảm biến sợi nhựa: Đảm bảo lệnh in không bị gián đoạn và có thể tiếp tục sau khi mất điện.
4.5.2. Ứng dụng:
- Ngành giáo dục và đào tạo: Rất phù hợp để dạy học và thực hành in 3D với nhiều loại vật liệu khác nhau.
- Ngành thiết kế sản phẩm: Phù hợp cho các nhà thiết kế muốn thử nghiệm và phát triển các mô hình nhanh chóng và dễ dàng.
- Sản xuất các chi tiết kỹ thuật nhỏ: Đặc biệt phù hợp cho việc sản xuất các linh kiện cơ khí yêu cầu độ chính xác cao.
Thông tin liên quan:
5. Vật liệu in 3D FDM được sử dụng nhiều
Công nghệ in 3D FDM sử dụng đa dạng các loại sợi nhựa nhiệt dẻo (filament), mang đến sự linh hoạt cho nhiều ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số vật liệu phổ biến nhất:
5.1. PLA (Polylactic Acid)
PLA là loại nhựa thân thiện với môi trường, dễ in và được ưa chuộng nhờ vào giá thành rẻ và khả năng phân hủy sinh học. Nó phù hợp cho các dự án mô hình, tạo mẫu không đòi hỏi tính cơ học cao.
5.2. ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)
ABS bền và có khả năng chịu nhiệt tốt hơn PLA, phù hợp với các sản phẩm kỹ thuật, vỏ thiết bị, và các linh kiện cần độ bền và khả năng chịu lực.
5.3. PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)
PETG kết hợp giữa tính dẻo của PLA và độ bền của ABS, cho phép in các sản phẩm chịu va đập và có độ trong suốt nhất định. Nó cũng kháng hóa chất, phù hợp với các dự án cần sự linh hoạt và bền vững.
5.4. Nylon
Nylon là loại vật liệu kỹ thuật cao, có độ bền vượt trội và khả năng chống mài mòn tốt, lý tưởng cho các chi tiết máy và linh kiện cơ khí đòi hỏi độ bền cao.
5.5. Carbon Fiber Reinforced Filaments
Đây là loại nhựa kết hợp với sợi carbon, mang lại độ cứng và nhẹ vượt trội. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là các bộ phận cần độ bền nhưng phải nhẹ.
Xem thêm vật liệu in 3D nhựa: TẤT TẦN TẬT VỀ VẬT LIỆU IN 3D: NHỰA
6. Các lĩnh vực ứng dụng của công nghệ FDM
Công nghệ in 3D FDM ngày càng chứng tỏ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhờ vào tính linh hoạt, chi phí thấp và khả năng tạo ra các sản phẩm phức tạp. Dưới đây là một số lĩnh vực ứng dụng phổ biến:
6.1. Sản xuất nguyên mẫu (Prototyping)
In 3D FDM là lựa chọn hàng đầu cho việc tạo mẫu nhanh (rapid prototyping), giúp các doanh nghiệp rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm. Nhờ khả năng tạo ra nguyên mẫu với chi phí thấp và độ chính xác cao, công nghệ này cho phép các nhà thiết kế và kỹ sư dễ dàng thử nghiệm và điều chỉnh sản phẩm trước khi sản xuất hàng loạt.
6.2. Sản xuất công nghiệp
FDM được ứng dụng để in các linh kiện kỹ thuật, công cụ hỗ trợ sản xuất, và các bộ phận thay thế. Với khả năng in bằng các vật liệu kỹ thuật như nylon và sợi carbon, các doanh nghiệp có thể sản xuất các chi tiết máy có độ bền và khả năng chịu lực tốt ngay tại chỗ, tiết kiệm thời gian và chi phí
6.3. Giáo dục và nghiên cứu
In 3D FDM đã trở thành công cụ quan trọng trong giáo dục, giúp sinh viên và giáo viên có thể học và thực hành trực tiếp với các mô hình 3D. Ứng dụng này giúp thúc đẩy sáng tạo, từ thiết kế cơ bản đến phát triển các dự án phức tạp trong các lĩnh vực như cơ khí, kiến trúc, và y học.
Công nghệ in 3D FDM đang ngày càng chứng tỏ vai trò quan trọng trong sản xuất và thiết kế với khả năng tạo mẫu nhanh, chính xác và tiết kiệm chi phí.
Nếu doanh nghiệp của bạn đang tìm kiếm giải pháp in 3D FDM phù hợp, hãy liên hệ với Vinnotek ngay hôm nay để được tư vấn chi tiết và nhận các giải pháp tối ưu cho nhu cầu sản xuất 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
