Trong bối cảnh sản xuất hiện đại, việc tạo ra các mẫu thử và khuôn chính xác đóng vai trò then chốt, đặc biệt với các sản phẩm yêu cầu độ tinh xảo cao. Công nghệ khuôn chân không in 3D cho phép tạo ra các khuôn nhựa hoặc composite với hình dạng phức tạp, bề mặt mịn và độ chính xác cao. Hãy cùng Vinnotek chi tiết qua bài viết bên dưới
1. Giới thiệu về khuôn chân không in 3D
Khuôn chân không in 3D là loại khuôn được tạo ra bằng công nghệ in 3D, thường được sử dụng để hỗ trợ quy trình đúc chân không trong sản xuất các chi tiết nhựa hoặc cao su có kích thước nhỏ và trung bình.
Nhờ công nghệ in 3D, các nhà sản xuất có thể tạo ra những khuôn với hình dạng phức tạp, các chi tiết tinh xảo và hoa văn khó thực hiện bằng các phương pháp truyền thống như gia công cơ khí hay đúc kim loại.
Đồng thời, việc in 3D khuôn giúp rút ngắn thời gian tạo mẫu, giảm thiểu công đoạn gia công thủ công, tiết kiệm chi phí sản xuất và cho phép thử nghiệm nhiều thiết kế nhanh chóng trước khi sản xuất hàng loạt. Công nghệ này đặc biệt hữu ích cho các sản phẩm tùy chỉnh, số lượng ít hoặc các chi tiết cần độ chính xác cao, mở ra nhiều cơ hội sáng tạo trong thiết kế và sản xuất.
2. Vật liệu dùng trong khuôn chân không in 3D
PLA là lựa chọn phổ biến để in khuôn chân không nhờ đặc tính cứng, bền và dễ tiếp cận. Nó giúp khuôn giữ hình dạng chính xác, phù hợp cho các bộ phận nhựa hoặc cao su kích thước nhỏ và trung bình.
Các lựa chọn filament khác cần lưu ý:
- ABS: dễ cong vênh nếu điều kiện in không tối ưu, nhưng nhờ khả năng chịu nhiệt cao, khuôn in bằng ABS có tuổi thọ lâu hơn.
- PETG: khuôn in bằng PETG dễ bám vào tấm nhựa nóng, đặc biệt khi tấm nhựa cũng là PETG. Trong quá trình tạo hình, nhựa nóng có thể hợp nhất với khuôn, gây khó khăn khi tách khuôn ra.
Việc chọn đúng vật liệu filament đảm bảo khuôn chân không in 3D hoạt động ổn định, bền bỉ và dễ sử dụng, đồng thời giảm thiểu sai lệch hình dạng trong quá trình sản xuất.
>> Xem thêm: một vài ứng dụng in 3D tiêu biểu:
3. Hướng dẫn thiết kế khuôn chân không in 3D
Thiết kế khuôn là bước then chốt để đảm bảo quy trình đúc chân không diễn ra hiệu quả và sản phẩm đạt chất lượng cao. Một thiết kế chuẩn giúp giảm sai số, dễ dàng tách sản phẩm và hạn chế biến dạng.
3.1 Kiểu khuôn
Trong đúc chân không, có hai kiểu khuôn cơ bản: male (khuôn dương) và female (khuôn âm). Khuôn male có hình dạng lồi, thường được sử dụng để tạo các chi tiết dạng vòm hoặc nổi, trong khi khuôn female có hình dạng lõm, thích hợp cho các chi tiết cần khuyết hoặc âm.
Lựa chọn kiểu khuôn phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt, độ chính xác và khả năng tháo sản phẩm sau khi tạo hình. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa hai kiểu này giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo kết quả đúc chân không hiệu quả.
3.2 Góc nghiêng và tháo chi tiết
Góc nghiêng (draft angle) đóng vai trò quan trọng trong việc dễ dàng tháo chi tiết khỏi khuôn và đảm bảo bề mặt sản phẩm đồng đều. Mặc dù một số chi tiết có thể tạo hình mà không cần góc nghiêng, việc áp dụng draft giúp nâng cao chất lượng và giảm nguy cơ hỏng hóc khi lấy sản phẩm ra.
Với khuôn male, góc nghiêng khuyến nghị thường là 4–5 độ, trong khi khuôn female chỉ cần 1,5–3 độ. Đối với những chi tiết sâu, tăng thêm góc nghiêng sẽ giúp sản phẩm dễ tháo và đạt chất lượng cao hơn.
Ngoài ra, khi thiết kế bề mặt có kết cấu hoặc hoa văn, yêu cầu về góc nghiêng sẽ tăng lên để đảm bảo chi tiết không bị kẹt và giữ được độ sắc nét của các chi tiết trên bề mặt. Việc cân nhắc các yếu tố này từ đầu sẽ giúp thiết kế khuôn chân không in 3D hiệu quả và tiết kiệm thời gian gia công.
3.3 Hốc, góc, bán kính
Khi thiết kế các hốc hoặc chi tiết lõm bên trong khuôn, việc thêm các lỗ thông hơi (vent holes) là rất quan trọng. Các lỗ này cho phép không khí được hút ra từ mọi vị trí trong khuôn, giúp nhựa nóng chảy bám sát và tạo hình chính xác theo các chi tiết bên trong.
Nếu không có lỗ thông hơi, nhựa sẽ chỉ trùm lên các bề mặt lõm mà không bám sát, dẫn đến chi tiết không đạt hình dạng mong muốn và bề mặt kém chất lượng. Việc bố trí các lỗ thông hơi đúng vị trí giúp quá trình chân không diễn ra hiệu quả, đảm bảo các chi tiết bên trong được tạo hình đầy đủ.
Ngoài ra, các góc nhọn trên khuôn nên được bo tròn hoặc tạo vát (chamfer/radius). Điều này không chỉ giúp giảm tập trung ứng suất trên chi tiết hoàn thiện, mà còn giảm nguy cơ rách nhựa hoặc hình thành vết nhăn (webbing) trong quá trình đúc chân không.
Thiết kế hợp lý các hốc, góc và bán kính là bước quan trọng để tạo ra sản phẩm chất lượng cao, bền đẹp và dễ tháo khỏi khuôn.
3.4 Độ sâu và tỷ lệ kéo
Khi thiết kế khuôn chân không, giữ chi tiết càng nông càng tốt giúp tấm nhựa ít bị kéo căng, giảm biến dạng và rách. Tỷ lệ kéo (draw ratio) — diện tích bề mặt chi tiết chia cho diện tích chân đế — giúp xác định độ dày tối thiểu của tấm nhựa. Tỷ lệ kéo tối đa thường là 3:1. Để chọn độ dày tấm, nhân tỷ lệ kéo với độ dày mong muốn của chi tiết hoàn thiện.
Ngoài ra, chi tiết sâu hoặc có hình dạng phức tạp có thể cần tấm dày hơn hoặc nhiều bước tạo khuôn để đảm bảo nhựa phủ đều và đạt chất lượng bề mặt tốt. Hiểu rõ draw ratio giúp dự đoán trước các vấn đề trong quá trình đúc chân không, tiết kiệm thời gian và vật liệu.
3.5 Thiết lập in 3D male và female molds
Khi in 3D khuôn chân không, việc thiết lập in sẽ khác nhau giữa khuôn male (convex) và female (concave) do lực tách (peel forces) tác động lên chi tiết trong bồn nhựa khác nhau tùy thuộc vào kích thước và hình học.
Khuôn female có thể tạo ra một khoang khép kín, đặc biệt nếu đặt song song với bàn in, dẫn đến hiện tượng “cupping” — lực căng bên trong khoang nhựa tăng, gây ứng suất cao trong quá trình in và dễ làm cong hoặc nứt chi tiết. Ngược lại, khuôn male thường đặc và không có khoang kín, ít gặp hiện tượng cupping, nên có thể in trực tiếp trên bàn in một cách ổn định hơn.
4. Hậu xử lý khuôn chân không in 3D
Sau khi hoàn tất quá trình in 3D, bước tiếp theo là rửa sạch các dư lượng nhựa trên bề mặt và tiến hành hậu xử lý bằng ánh sáng (post-cure) để đạt được các đặc tính cơ lý tối ưu. Đối với nhựa High Temp v2, có nhiều phương pháp hậu xử lý khác nhau; tham khảo bảng thông số kỹ thuật để chọn phương pháp phù hợp với ứng dụng.
Để đạt nhiệt độ chịu biến dạng cao nhất 238 °C @ 0.45 MPa, cần hậu xử lý 120 phút ở 80 °C và tiếp tục hậu xử lý nhiệt trong lò không dùng cho thực phẩm 3 giờ ở 160 °C. Với các ứng dụng không yêu cầu nhiệt độ tối đa, chỉ cần hậu xử lý 60 phút ở 60 °C cũng đảm bảo chất lượng khuôn.
>> Tham khảo: các dòng máy in 3D công nghiệp phổ biến khác:
Kết luận
Công nghệ in 3D khuôn chân không mang đến giải pháp linh hoạt, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời tạo ra các sản phẩm nhựa và cao su với độ chính xác cao và chi tiết tinh xảo mà phương pháp truyền thống khó đạt được. Từ việc lựa chọn vật liệu, thiết kế khuôn phù hợp, đến hậu xử lý tối ưu, mỗi bước đều góp phần đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Hãy cùng Vinnotek áp dụng những hướng dẫn và mẹo thiết kế khuôn chân không in 3D để tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và mở rộng khả năng sáng tạo trong ngành công nghiệp của bạn.
