Bạn đang tìm hiểu về vật liệu in 3D và chưa biết bắt đầu từ đâu? Bài viết này của Vinnotek sẽ giúp bạn nắm vững mọi thông tin từ cơ bản đến chuyên sâu về các loại vật liệu in 3D, bao gồm nhựa, kim loại và các công nghệ phổ biến như FDM, SLA, SLS. Hãy cùng khám phá đặc tính, ưu nhược điểm của từng loại vật liệu in 3D để chọn ra giải pháp tối ưu nhất cho nhu cầu in ấn của bạn!
1. Các nhóm vật liệu in 3D phổ biến
Dạng lỏng
Nhóm vật liệu này được sử dụng trong các công nghệ in 3D như SLA, UV, LCD, DLP. Loại mực in phổ biến nhất là Resin (nhựa lỏng), có khả năng hóa rắn nhanh chóng khi tiếp xúc với tia cực tím hoặc tia laser có bước sóng từ 400 – 550 nm. Nhờ đặc tính này, Resin được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất mô hình chi tiết, trang sức, nha khoa và các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao.
Dạng sợi
Đây là nhóm vật liệu chính cho công nghệ in 3D FDM. Nhựa sợi được đóng thành cuộn với đường kính phổ biến là 1.75mm hoặc 3mm, phù hợp với các loại đầu phun khác nhau. Khi nung nóng ở nhiệt độ từ 180°C – 240°C, nhựa sợi nóng chảy và được đùn qua đầu phun để tạo thành từng lớp vật liệu. Trong đó, nhựa sợi 1.75mm được sử dụng rộng rãi nhất nhờ tính ổn định và dễ thao tác.
Dạng bột
Công nghệ in 3D SLS sử dụng vật liệu dạng bột mịn, thường là bột kim loại hoặc bột nylon. Khi chịu tác động của nhiệt độ cao, các hạt bột sẽ được thiêu kết lại với nhau để tạo thành vật thể rắn. Nhờ khả năng tạo ra các sản phẩm bền chắc và có độ chi tiết cao, vật liệu dạng bột đặc biệt phù hợp với ngành công nghiệp chế tạo, y tế và hàng không.
2. Các loại vật liệu nhựa
Có hai loại nhựa chính:
Nhựa nhiệt dẻo (Thermoplastics)
Nhựa nhiệt dẻo là loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất. Điểm khác biệt chính giữa nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn là khả năng nóng chảy và đông đặc nhiều lần mà không bị thay đổi cấu trúc hóa học.
- Khi được đun nóng, nhựa nhiệt dẻo có thể dễ dàng định hình theo mong muốn. Quá trình này có thể đảo ngược do không có liên kết hóa học vĩnh viễn, giúp tái chế hoặc nấu chảy và tái sử dụng dễ dàng hơn.
Một ví dụ minh họa cho nhựa nhiệt dẻo là bơ, có thể tan chảy, đông đặc lại và tiếp tục nóng chảy nhiều lần, tuy nhiên, sau mỗi chu kỳ nóng chảy, tính chất của nhựa có thể thay đổi đôi chút.
Nhựa nhiệt rắn (Thermosetting plastics – Thermosets)
Nhựa nhiệt rắn sẽ giữ nguyên trạng thái rắn vĩnh viễn sau khi trải qua quá trình lưu hóa (curing). Trong quá trình này, các chuỗi polymer của nhựa nhiệt rắn liên kết chéo với nhau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, ánh sáng hoặc bức xạ phù hợp.
Vật liệu nhựa rắn in 3D
- Khi bị nung nóng, nhựa nhiệt rắn không tan chảy mà sẽ bị phân hủy, và không thể trở lại trạng thái ban đầu sau khi làm nguội. Điều này khiến việc tái chế nhựa nhiệt rắn trở nên bất khả thi.
Một phép so sánh đơn giản là bột bánh: sau khi nướng thành bánh, nó không thể quay lại trạng thái bột ban đầu.
3. Các loại vật liệu kim loại
In 3D kim loại mở ra nhiều ứng dụng trong công nghiệp nhờ vào độ bền, khả năng chịu nhiệt và tính chất cơ học vượt trội của vật liệu. Mỗi loại kim loại có những đặc điểm riêng, phù hợp với các yêu cầu sản xuất khác nhau.
- Titanium là kim loại nhẹ nhưng cực kỳ bền, có khả năng chống nhiệt, oxy hóa và ăn mòn cao, thường được sử dụng trong hàng không vũ trụ, y tế và công nghiệp cao cấp.
- Thép không gỉ (Stainless Steel) có độ bền cao, dẻo dai và chống ăn mòn tốt, phù hợp với các linh kiện cơ khí, y tế và dụng cụ công nghiệp.
- Nhôm (Aluminum) là vật liệu nhẹ, bền và có tính dẫn nhiệt tốt, thường dùng trong công nghiệp ô tô, hàng không và điện tử.
- Thép công cụ (Tool Steel) có độ cứng cao, chống mài mòn tốt, được sử dụng để in các công cụ, khuôn đúc và các bộ phận yêu cầu độ bền cơ học lớn.
- Hợp kim Nickel có độ bền kéo cao, chịu nhiệt và chống ăn mòn tốt, phù hợp với các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt như động cơ máy bay hoặc hệ thống trao đổi nhiệt.
Với khả năng tạo ra các chi tiết phức tạp và độ chính xác cao, in 3D kim loại ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
4. Vật liệu in 3D FDM phổ biến
Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling) sử dụng các loại nhựa nhiệt dẻo đa dạng, mỗi loại có những đặc tính riêng, phù hợp với từng ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số vật liệu phổ biến nhất:
Vật liệu in 3D FDM
- PLA dễ in, bề mặt mịn, thân thiện với môi trường nhưng giòn và không chịu nhiệt tốt. Thích hợp để in mô hình ý tưởng, sản phẩm trang trí.
- ABS bền, chịu va đập và nhiệt cao, có thể xử lý bề mặt bằng acetone nhưng khó in hơn do dễ bị cong vênh. Được sử dụng nhiều trong nguyên mẫu chức năng, vỏ thiết bị điện tử, linh kiện xe hơi.
- PETG có độ bền cao, chịu hóa chất, an toàn thực phẩm nhưng dễ bị xước. Phù hợp để in hộp đựng thực phẩm, linh kiện chống nước, chai lọ.
- Nylon bền, nhẹ, linh hoạt, chịu mài mòn và nhiệt tốt nhưng hút ẩm cao, cần bảo quản cẩn thận. Thường dùng cho các bộ phận cơ khí, bánh răng, khớp nối.
- TPU dẻo dai, đàn hồi cao, có thể uốn cong mà không gãy, nhưng khó in hơn nhựa cứng. Thích hợp để in vỏ điện thoại, giày dép, ống mềm, khớp nối linh hoạt.
- Composites (sợi carbon, sợi thủy tinh) cứng, nhẹ, chịu lực tốt, phù hợp với các ứng dụng kỹ thuật cao như công nghiệp ô tô, hàng không, jig gá lắp. Tuy nhiên, cần đầu phun chịu mài mòn khi in.
5. Vật liệu in 3D SLA phổ biến
Công nghệ SLA (Stereolithography) thường sử dụng nhựa lỏng (resin), cho độ chính xác cao và bề mặt mịn, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi chi tiết tinh xảo.
- Resin thông dụng như Grey Resin, Clear Resin thường được dùng cho mô hình ý tưởng và nguyên mẫu yêu cầu độ chi tiết cao.
- Resin kỹ thuật bao gồm: Tough Resin, có độ bền cao, chịu va đập tốt, tương tự ABS; Rigid Resin, chịu nhiệt và hóa chất tốt, phù hợp với các bộ phận cần độ cứng cao; Flexible Resin, linh hoạt như cao su hoặc silicone, thường dùng cho sản phẩm y tế hoặc mô hình cần uốn cong; High Temp Resin, có khả năng chịu nhiệt độ cao, lý tưởng cho khuôn mẫu hoặc linh kiện kỹ thuật chịu nhiệt.
- Resin chuyên dụng gồm Silicone Resin, có thể in bằng vật liệu silicone thật, và Flame Retardant Resin, có tính năng chống cháy, phù hợp với môi trường công nghiệp.
6. Vật liệu in 3D SLS phổ biến
Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering) sử dụng bột polymer để tạo ra các bộ phận có độ bền cao mà không cần kết cấu hỗ trợ.
- Nylon (PA12) là vật liệu phổ biến nhất, có đặc tính nhẹ, bền, chịu hóa chất và nhiệt tốt, phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp.
- Nylon PA11 có độ dẻo dai cao hơn PA12, chịu nhiệt tốt hơn, phù hợp với các sản phẩm cần độ bền cơ học cao và khả năng chịu uốn tốt.
- Composites Nylon kết hợp với sợi carbon hoặc sợi thủy tinh để tăng độ cứng, chịu lực tốt hơn, thích hợp cho các bộ phận kỹ thuật yêu cầu độ bền cao.
- TPU Elastomer có độ đàn hồi như cao su, chịu mài mòn tốt, thường dùng cho sản phẩm cần độ linh hoạt như gioăng, ống mềm hoặc đế giày.
- Polypropylene (PP) là vật liệu nhẹ, chịu hóa chất tốt và có độ bền cơ học cao, thích hợp để in các bộ phận chức năng cuối cùng.
7. So sánh vật liệu và quy trình in 3D bằng nhựa của FDM, SLA, SLS
Các vật liệu in 3D khác nhau và các quy trình in 3D bằng nhựa đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, quyết định mức độ phù hợp của chúng đối với từng ứng dụng cụ thể. Bảng dưới đây cung cấp một bản tóm tắt tổng quan về một số đặc điểm và yếu tố quan trọng cần cân nhắc
| Công nghệ | Ưu điểm | Nhược điểm | Ứng dụng | Vật liệu |
| FDM (Fused Deposition Modeling) | – Chi phí thấp, phổ biến cho người dùng cá nhân. – Nguyên liệu dễ tìm, đa dạng. | – Độ chính xác thấp, chi tiết kém. – Hạn chế thiết kế do độ phân giải thấp. – Máy in công nghiệp có giá cao nếu muốn đạt độ chính xác cao. | – Sử dụng các loại nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn như ABS, PLA trên máy in phổ thông. – Các vật liệu composite hiệu suất cao trên máy in công nghiệp. | – Nhựa nhiệt dẻo tiêu chuẩn (ABS, PLA) và các biến thể. – Composite hiệu suất cao trên máy in công nghiệp. |
| SLA (Stereolithography) | – Giá trị tốt so với chất lượng. – Độ chính xác cao, bề mặt mịn. – Có nhiều loại vật liệu chức năng khác nhau. | – Nhạy cảm với tia UV, dễ bị ảnh hưởng khi tiếp xúc lâu với ánh sáng mặt trời. | – Tạo mẫu chức năng. – Chế tạo khuôn mẫu, dụng cụ, mô hình. – Ứng dụng trong nha khoa, chế tác trang sức, đúc mẫu. – Sản xuất mô hình, đạo cụ. | – Nhựa nhiệt rắn (Resin) với nhiều loại: tiêu chuẩn, kỹ thuật (ABS-like, PP-like, dẻo, chịu nhiệt), đúc (castable), nha khoa & y tế (biocompatible), silicone nguyên chất, gốm sứ. |
| SLS (Selective Laser Sintering) | – Sản phẩm có độ bền cao, tính năng vượt trội. – Thiết kế linh hoạt, không cần cấu trúc hỗ trợ. | – Chi phí phần cứng cao. – Hạn chế về lựa chọn vật liệu. | – Tạo mẫu chức năng. – Sản xuất ngắn hạn, cầu nối hoặc chế tạo tùy chỉnh. | – Nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật: Nylon 11, Nylon 12, composite nylon gia cố bằng sợi thủy tinh hoặc carbon, polypropylene, TPU (nhựa đàn hồi). |
8. Tạm kết
Vật liệu in 3D đóng vai trò quan trọng trong chất lượng và tính ứng dụng của sản phẩm in. Từ nhựa PLA, ABS đến kim loại cao cấp như titanium, mỗi loại đều có đặc điểm riêng phù hợp với từng nhu cầu. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về các vật liệu in 3D và có lựa chọn tốt nhất cho dự án của mình. Nếu bạn cần tư vấn thêm hoặc tìm kiếm vật liệu in 3D chất lượng cao, Vinnotek luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn!
