Ứng dụng In 3D Ngành Hàng Không Vũ Trụ

Công nghệ in 3D ngành hàng không vũ trụ giúp rút ngắn quy trình thử nghiệm, giảm chi phí sản xuất và tối ưu hóa thiết kế. Từ chế tạo linh kiện máy bay đến sản xuất vệ tinh cỡ nhỏ, in 3D mang đến những đột phá trong chế tạo và cá nhân hóa sản phẩm. Vậy công nghệ này đang được ứng dụng như thế nào, và đâu là xu hướng phát triển trong tương lai? Cùng Vinnotek khám phá ngay!

1. Tổng quan về ngành hàng không vũ trụ

Công nghệ in 3D, hay còn gọi là sản xuất phụ gia, đang trở thành một yếu tố cách mạng trong ngành hàng không vũ trụ. Nhờ khả năng chế tạo các bộ phận phức tạp, trọng lượng nhẹ và thiết kế tùy chỉnh với tốc độ vượt trội, in 3D giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và cải thiện hiệu suất thiết bị.

Các kỹ thuật tiên tiến như Stereolithography (SLA) cho phép tạo ra các linh kiện có độ chính xác cao, bề mặt mịn lý tưởng cho những bộ phận như vỏ cảm biến hay mô hình thử nghiệm khí động học. Bên cạnh đó, công nghệ in 3D cũng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận động cơ tên lửa, vòi phun nhiên liệu, bộ trao đổi nhiệt và các thành phần cấu trúc quan trọng, mở ra cơ hội đột phá cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ.

2. Ứng dụng in 3D trong hàng không vũ trụ

Công nghệ 3D đang tạo nên bước đi trong ngành hàng không vũ trụ khi được phép sản xuất các bộ phận máy bay và tàu vũ trụ một cách nhanh chóng, chính xác và nhẹ nhàng hơn đáng kể. Từ các cơ sở linh kiện cho đến cấu trúc phức tạp

Chế tạo tên lửa và vệ tinh cỡ nhỏ

Công ty Relativity Space chế tạo thành công Terran 1—tên lửa đầu tiên gần như hoàn toàn in 3D, cho thấy khả năng tạo bộ phận phức tạp, nhẹ hơn, hiệu suất cao. Các chi tiết như vòi phun nhiên liệu và khoang chứa oxy lỏng cũng có thể được in với thiết kế tiên tiến.

Với vệ tinh cỡ nhỏ, in 3D giúp tạo thiết kế nhẹ, hiệu suất cao, giảm chi phí phóng và tăng khả năng hoạt động trong không gian. Đồng thời, rút ngắn thời gian sản xuất từ vài năm xuống vài tháng, đẩy nhanh triển khai dự án.

Sản xuất trang thiết bị chuyên dụng

Công nghệ in 3D không chỉ dùng để chế tạo phương tiện bay mà còn ứng dụng trong sản xuất thiết bị nghiên cứu và hoạt động ngoài không gian.

In 3D giúp tạo ra ăng-ten, giá đỡ, thiết bị quang học nhẹ, bền, đồng thời sản xuất nhanh bộ phận thay thế, giảm rủi ro trong các nhiệm vụ dài hạn.

Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), phi hành gia có thể in trực tiếp công cụ và linh kiện thay thế.

Tạo ra linh kiện và bộ phận máy bay

In 3D giúp chế tạo các linh kiện với độ chính xác cao, trọng lượng nhẹ và độ bền vượt trội.
So với phương pháp truyền thống, linh kiện này nhẹ hơn 25%, đồng thời có tuổi thọ cao gấp 5 lần, giúp tăng hiệu suất và độ tin cậy cho động cơ.

Công nghệ in 3D kim loại còn được ứng dụng trong sản xuất các bộ phận kết cấu như khung máy bay.

Các ứng dụng mở rộng khác

In 3D mở ra cơ hội mới trong khám phá không gian và tối ưu tài nguyên. NASA và ESA nghiên cứu dùng vật liệu tại chỗ trên Mặt Trăng, Sao Hỏa để in căn cứ, nhà ở, giảm phụ thuộc Trái Đất, mở đường cho định cư lâu dài.

In 3D còn hỗ trợ kinh tế tuần hoàn bằng cách tái sử dụng vật liệu phế thải để in bộ phận mới, giảm lãng phí, tiết kiệm chi phí và tăng bền vững cho sứ mệnh tương lai.

3. Tại sao nên đưa in 3D vào lĩnh vực hàng không vũ trụ?

In 3D mang lại nhiều lợi thế vượt trội cho ngành hàng không vũ trụ nhờ khả năng sản xuất linh kiện nhẹ, bền và chính xác.

4. Các công nghệ in 3D phổ biến trong hàng không vũ trụ

 Khi ngành hàng không vũ trụ ngày càng hướng đến tối ưu hóa trọng lượng và hiệu quả nhiên liệu, in 3D trở thành chìa khóa mở ra một thế hệ mới của thiết kế và sản xuất.

Kỹ thuật in li-tô lập thể (SLA) 

Ban đầu, công nghệ SLA (Stereolithography) được ứng dụng chủ yếu để tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực khí cụ học, đặc biệt trong các thử nghiệm hầm gió nơi yêu cầu các mô hình có hình dạng chính xác để mô phỏng và phân tích luồng không khí. Với khả năng tạo bề mặt mịn và độ phân giải cực cao, SLA ngày nay vẫn được ưa chuộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Ưu điểm vượt trội của SLA nằm ở độ chính xác cao, khả năng tạo chi tiết siêu mịn, độ hoàn thiện bề mặt xuất sắc và khả năng tương thích với nhiều loại nhựa kỹ thuật chuyên dụng.

Thiêu kết Laser chọn lọc (SLS)

Đầu tiên, SLS chủ yếu được sử dụng để sản xuất nhanh chóng các bộ phận thử nghiệm và các mẫu phức tạp khó tạo bằng phương pháp truyền thống. Với khả năng tạo ra các chi tiết có độ bền cao và chính xác, ngày nay SLS đã được ứng dụng để sản xuất các bộ phận chức năng như ống dẫn khí, chi tiết chịu nhiệt và các thiết bị cơ khí chuyên dụng trong ngành hàng không.

Ưu điểm nổi bật của công nghệ SLS là khả năng tạo ra chi tiết hình học phức tạp, cơ sở học tập bền vững, không cần thiết. Mang lại nhiều giá trị cho ngành hàng không vũ trụ.

5. Vật liệu in 3D trong hàng không vũ trụ

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, mỗi gam trọng lượng, mỗi chi tiết vật liệu đều có thể ảnh hưởng đến hiệu suất, độ an toàn và tiêu chuẩn chất liệu. Công nghệ trong 3D đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong công việc tối ưu hóa thiết kế và rút ngắn chu kỳ sản xuất bằng cách sử dụng những vật liệu chuyên dụng được thiết kế để hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt, ứng suất cao và nhiệt độ cực đoan. Dưới đây là các vật liệu phổ biến của in 3D trong hàng không vũ trụ.

 Đồ gốm – Tiềm năng vật liệu trong in 3D

Đồ sứ là vật liệu vô cơ, phi kim loại, nổi bật nhờ khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn và mài mòn tốt, lại có sức giảm nhẹ. Những đặc tính này làm gốm sứ rất phù hợp cho các ứng dụng công nghệ cao, đặc biệt là trong ngành hàng không.

 Vì quá cứng và giòn nên gốm sứ rất khó gia công theo phương pháp truyền thống. Trong 3D, chính là giải pháp tối ưu để tạo ra các chi tiết phức tạp từ vật chất. Các loại gốm như cao lanh và đất sét sứ hiện có thể được sử dụng trong 3D để tạo ra các kỹ thuật kỹ thuật, điển hình là kính bảo vệ tinh làm từ silicon Carbide giúp giảm khối lượng tổng thể

Sợi carbon – Vật liệu nhẹ nhưng siêu bền trong in 3D

Sợi carbon được hình thành từ các nguyên tử carbon sắp xếp chặt chẽ thành các mạch sợi siêu mảnh, tạo ra một loại vật liệu có tỷ trọng cực thấp nhưng độ bền và độ cứng vượt trội. Khi kết hợp với nhựa nhiệt dẻo hoặc nhựa nhiệt rắn để tạo thành vật liệu composite, sợi carbon mang lại đặc tính cơ học ấn tượng: cứng tương đương thép nhưng nhẹ hơn nhôm, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng, đặc biệt trong các ứng dụng hàng không, ô tô cao cấp và robot công nghiệp.

Nhờ sự hỗ trợ của công nghệ in 3D tiên tiến, các chi tiết từ composite sợi carbon có thể được sản xuất trực tiếp theo thiết kế tùy chỉnh, rút ngắn chu kỳ sản xuất, giảm chi phí khuôn mẫu và hạn chế lãng phí vật liệu. Đây là một trong những giải pháp vật liệu đột phá giúp hiện thực hóa các sản phẩm có kết cấu bền nhẹ chính xác trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại.

Kim loại – Vật liệu cốt lõi trong công nghệ 3D

Kim loại nổi bật với khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt vượt trội cùng độ bền cơ học cao, trở thành vật liệu chủ chốt trong nhiều ngành công nghiệp. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, các kim loại như nhôm, titan và siêu hợp kim (superalloy) được sử dụng rộng rãi nhờ tỷ lệ bền nhẹ tối ưu, khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn vượt trội.

Công nghệ in 3D kim loại (Metal Additive Manufacturing) đang mở ra hướng đi đột phá cho sản xuất hiện đại. Kỹ thuật này cho phép tạo ra các chi tiết phức tạp, độ chính xác cao và tùy biến linh hoạt, giúp giảm khối lượng vật liệu, tiết kiệm thời gian gia công và rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm.

Hiện nay, in 3D kim loại được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo khung kết cấu hàng không, chi tiết động cơ, bộ phận y sinh, khuôn đúc chính xác và linh kiện điện tử chuyên dụng, đóng vai trò then chốt trong việc phát triển các sản phẩm thế hệ mới.

Polime – Vật liệu nhẹ nhàng, bền vững cho ứng dụng

Polymer là vòng lặp dài phân tử chuỗi, tạo ra vật liệu nhựa với đa dạng tính chất và hoạt động đặc biệt. Trong ngành hàng không vũ trụ, các loại nhiệt dẻo nhiệt cao cấp như nylon, PEEK và ULTEM 9085

Ứng dụng công nghệ trong 3D, polyme trở thành đơn vị hàng đầu để sản xuất các chi tiết nội thất như tựa lưng góc, tấm ốp trong khoảng máy bay, hay các hệ thống ống dẫn khí. Những chi tiết này không chỉ giúp giảm khối lượng tổng thể mà vẫn đảm bảo các yêu cầu nghiêm trọng

Inconel® – Siêu hợp kim tốt trong in 3D

Inconel® không chỉ nổi bật với khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn mà còn có khả năng duy trì tính chất cơ học dưới các điều kiện cực đoan như áp suất cao, môi trường hóa học khắc nghiệt và dao động nhiệt mạnh. Chính vì vậy, vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong các bộ phận động cơ phản lực, tua bin khí và các thiết bị chịu tác động mạnh mẽ.

Được hỗ trợ công nghệ trong loại kim 3D, các chi tiết từ Inconel® có thể được sản xuất với dạng phức tạp mà các phương pháp gia công truyền thống khó có thể thực hiện được. Điều này không chỉ giúp giảm sự kiện mà vẫn tăng hiệu suất

Vật liệu hợp chất (Composite) – Kết hợp ưu điểm, tối ưu 

Vật liệu tổng hợp là sự kết hợp của hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau, mỗi thành phần đều có những tính năng đặc biệt để bổ sung và nâng cao tổng hiệu năng. Vì vậy, composite thường có độ bền cao ,trọng lượng và khả năng chống mài mòn vượt trội.

Trong ngành hàng không vũ trụ, vật liệu tổng hợp trong 3D giúp tạo ra các bộ phận nhẹ nhàng hơn so với kim loại truyền thống, đồng thời có khả năng phục hồi cấu trúc tốt nhờ sự phối hợp đặc tính từ các thành phần vật liệu. Nhờ đó, máy bay trở nên hiệu quả hơn tầm quan trọng.

6. Quy trình in thiết kế hàng không vũ trụ

Các nhà thiết kế và kỹ sư trong ngành hàng không vũ trụ có thể áp dụng công nghệ in 3D ở tất cả các giai đoạn trong quy trình thiết kế. Dưới đây là những bước quan trọng trong quy trình này:

Bước 1: Truyền đạt và trao đổi thiết kế

Trong ngành hàng không vũ trụ, các thiết kế thường bắt đầu dưới dạng mô hình ý tưởng, thể hiện một bộ phận cụ thể của máy bay hoặc tàu vũ trụ. Những mô hình này thường được sử dụng trong các thử nghiệm khí động học, một yếu tố quan trọng đối với các phương tiện bay.

Công nghệ in 3D như SLA (Stereolithography) và Material Jetting giúp tạo ra các mô hình có độ chi tiết cao, bề mặt mịn, giúp truyền đạt chính xác ý tưởng thiết kế và thể hiện rõ ràng hình dạng tổng thể của sản phẩm. Những mô hình chính xác này còn giúp các bên liên quan đánh giá ý tưởng một cách trực quan.

Bước 2: Kiểm tra và đánh giá thiết kế

Việc tạo mẫu thử bằng công nghệ in 3D hiện đã trở thành tiêu chuẩn trong ngành hàng không vũ trụ. Từ vỏ bọc thiết bị hạ cánh kích thước thực tế được in bằng công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling) với chi phí thấp, cho đến mô hình bảng điều khiển chi tiết cao in đầy đủ màu sắc mỗi nhu cầu tạo mẫu đều có một công nghệ in 3D phù hợp.

Ngoài ra, các vật liệu kỹ thuật tiên tiến được sử dụng trong in 3D còn cho phép thử nghiệm và đánh giá hiệu suất của nguyên mẫu, giúp các kỹ sư kiểm tra khả năng chịu lực, tính khí động học và các yếu tố kỹ thuật quan trọng khác trước khi bước vào giai đoạn sản xuất.

Bước 3: Giai đoạn thử nghiệm trước sản xuất

Một trong những lĩnh vực mà in 3D mang lại giá trị đột phá nhất là sản xuất dụng cụ thử nghiệm và đồ gá với chi phí thấp cho các quy trình như ép phun, tạo hình nhiệt và gia công lắp ráp.

Trong ngành hàng không vũ trụ cho phép chế tạo nhanh chóng các dụng cụ hỗ trợ sản xuất với chi phí tối ưu, giúp kiểm chứng thiết kế trước khi đầu tư vào các công cụ sản xuất đắt đỏ. Từ đó có thể giảm thiểu rủi ro khi chuyển sang giai đoạn sản xuất thực tế. Hơn nữa, với số lượng từ 5.000 đến 10.000 linh kiện.

Bước 4: Quá trình sản xuất thực tế

Ngành hàng không vũ trụ có thể sản xuất hơn 70.000 linh kiện mỗi năm, do đó, in 3D trước đây chủ yếu được sử dụng trong giai đoạn tạo mẫu. Tuy nhiên, sự cải tiến về kích thước máy in công nghiệp, tốc độ in và sự đa dạng của vật liệu đã giúp in 3D trở thành một giải pháp khả thi cho sản xuất trung bình, đặc biệt là đối với các bộ phận nội thất cao cấp trong máy bay.

Những tiến bộ này giúp ngành hàng không vũ trụ có thể sử dụng in 3D để sản xuất trực tiếp các bộ phận phức tạp, giảm thời gian chế tạo và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

7. Xu hướng tương lai

Xu hướng tương lai của ngành hàng không vũ trụ không chỉ nằm ở những bước tiến về tốc độ hay độ cao, mà còn đến từ việc ứng dụng công nghệ in 3D để tái định nghĩa cách thiết kế, chế tạo và tối ưu hóa mọi chi tiết bay

Sản xuất linh kiện trực tiếp trong không gian:
Công nghệ in 3D không chỉ giới hạn trên Trái Đất mà còn có thể triển khai ngay trên các trạm vũ trụ, bề mặt Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí vận chuyển vật liệu từ Trái Đất, đồng thời tăng khả năng tự cung tự cấp cho các sứ mệnh dài hạn ngoài không gian.

Tối ưu hóa thiết kế và giảm trọng lượng:
In 3D cho phép tạo ra các linh kiện với thiết kế tối ưu và trọng lượng nhẹ hơn mà vẫn đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động. Điều này góp phần nâng cao hiệu quả bay và tiết kiệm nhiên liệu yếu tố then chốt trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Ứng dụng trong bảo trì và sản xuất phụ tùng:
Thay vì phải lưu trữ số lượng lớn linh kiện thay thế, các hãng hàng không và tổ chức không gian có thể in 3D các bộ phận theo nhu cầu thực tế. Giải pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn rút ngắn thời gian bảo trì. Đặc biệt, đây là lựa chọn lý tưởng cho các sứ mệnh vũ trụ, nơi việc thay thế linh kiện không thể thực hiện một cách dễ dàng như trên Trái Đất.

8. Top các máy in 3D ngành hàng không vũ trụ phổ biến nhất hiện nay

Ngành hàng không vũ trụ đang bước vào kỷ nguyên mới với sự hỗ trợ đạt năng lượng từ công nghệ nghệ thuật trong 3D. Những chiếc máy trong tiên tiến nhất không chỉ rút ngắn thời gian sản xuất mà còn tạo ra các linh kiện siêu nhẹ, siêu bền điều từng chỉ có trong tưởng tượng. Cùng Vinnotek khám phá top các máy trong 3D đang ‘làm mưa làm gió’ trong lĩnh vực chinh phục bầu trời

9. Vinnotek – Công ty cung cấp máy in 3D trường học hàng đầu

Vinnotek còn là đơn vị uy tín hàng đầu trong lĩnh vực in 3D trong hàng không và vũ trụ tại Việt Nam. Từ các thiết bị phục vụ nghiên cứu, chế tạo nguyên mẫu khí động học, sản xuất chi tiết kết cấu nhẹ cho máy bay, cho đến các dòng máy chuyên dụng tạo linh kiện chịu nhiệt, chống ăn mòn hay thiết bị trong môi trường phi trọng lực — Vinnotek đều mang đến những giải pháp in 3D hiện đại, chính xác và phù hợp với nhu cầu thực tế của từng tổ chức trong ngành hàng không và vũ trụ.

Công nghệ tiên tiến – Tăng cường trải nghiệm học tập thực hành

• Danh mục máy in 3D phong phú, phù hợp đào tạo đa ngành: Vinnotek cung cấp các công nghệ in 3D hàng đầu thế giới, đáp ứng nhu cầu giảng dạy STEM, thiết kế công nghiệp, cơ khí, y sinh, kiến trúc…
• Độ chính xác cao, mô phỏng sát thực tế: Thiết bị giúp học sinh, sinh viên tạo ra các mô hình chi tiết phục vụ thí nghiệm, đồ án và nghiên cứu, nâng cao năng lực học đi đôi với hành.

Giải pháp toàn diện – Dễ triển khai và vận hành tại trường

• Tư vấn trọn gói từ thiết bị đến chương trình đào tạo: Vinnotek không chỉ bán máy mà xây dựng giải pháp phù hợp với chương trình giảng dạy, giúp các trường dễ dàng tích hợp in 3D vào môn học.
• Giảm thời gian chuẩn bị, tăng hiệu quả triển khai: Mô hình “dịch vụ từ A-Z” giúp trường học tiết kiệm thời gian và nhân lực khi triển khai công nghệ mới.

Hợp tác với các hãng lớn – Đảm bảo chất lượng & cập nhật công nghệ

• Đối tác chính thức của các thương hiệu toàn cầu: Vinnotek là đại diện của Nikon SLM Solutions, Materialise, Hexagon… – mang đến thiết bị & phần mềm tiêu chuẩn công nghiệp.
• Kỹ sư hỗ trợ chuyên sâu, bám sát chương trình đào tạo: Đội ngũ kỹ thuật của Vinnotek hỗ trợ xây dựng nội dung mô phỏng, thực hành và các hoạt động ứng dụng công nghệ trong giảng dạy.

Chuyển giao vận hành toàn diện – Trường học tự chủ công nghệ

• Đào tạo sử dụng máy, phần mềm và xử lý sau in: Vinnotek cung cấp hướng dẫn đầy đủ giúp giảng viên và sinh viên dễ dàng làm chủ quy trình in 3D ngay tại trường.
• Giảm phụ thuộc bên ngoài – tăng tính chủ động đào tạo: Với mô hình “chìa khóa trao tay”, nhà trường có thể khai thác công nghệ lâu dài mà không cần hỗ trợ kỹ thuật thường xuyên từ bên thứ ba.

Kết nối học thuật qua diễn đàn METAMAN

• Tham gia sự kiện công nghệ 3D lớn nhất Việt Nam: Trường học có cơ hội kết nối với chuyên gia, doanh nghiệp, giảng viên đầu ngành thông qua diễn đàn METAMAN do Vinnotek tổ chức hàng năm.
• Cập nhật xu hướng – thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong đào tạo: METAMAN là cầu nối để nhà trường tiếp cận công nghệ mới, mở rộng mạng lưới hợp tác nghiên cứu và đổi mới giáo dục.