Các công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling)

Thuật ngữ khác: Chế tạo sợi filament (FFF Fused Filament Fabrication), FDM

Cách thức hoạt động: FDM ép đùn nhựa nhiệt dẻo nóng cháy qua một vòi phun từng lớp từng lớp một để tạo thành các chi tiết. Công nghệ FDM có thể sử dụng nhiều đầu phun cho vật liệu của sản phẩm và vật liệu hỗ trợ. Sau mỗi một lớp in, khay đựng sẽ di chuyển xuống, tạo khoảng không cho lớp in tiếp theo. FDM có thể in các lớp dày hoặc mỏng tuỳ thuộc bạn muốn tăng tốc độ in (lớp in dày hơn) hoặc giảm thời gian xử lý thủ công sau khi in (lớp in mỏng hơn) do bề mặt mượt hơn. FDM đòi hỏi vật liệu hỗ trợ để có thể in các góc độ, góc nhô và các lỗ hổng, vì không thể in được trên không khí.

Vật liệu: Vật liệu FDM có thể mờ đục tới bán trong suốt với nhiều màu sắc bao gồm xanh, đỏ, vàng, trắng, đen và màu nâu vàng. Nhựa nhiệt dẻo của FDM bao gồm các loại nhựa nhiệt dẻo có khả năng tương thích sinh học cao và đạt xếp hạng FAR, và nhiều loại vật liệu để tạo khuôn cho ép nhựa như ABS và ASA.

Ứng dụng: FDM thường được sử dụng để chế tạo các thành phần nội thất của máy bay và đường ống dẫn, các nguyên mẫu hoặc sản phẩm trong y tế, hàng tiêu dùng, trong công nghiệp và giao thông.

Ưu điểm vượt trội: FDM có thể sử dụng đồng thời các vật liệu trong ngành hàng không vũ trụ, y tế và công nghiệp khuôn đúc phun; có khả năng tạo hình dáng phức tạp và sử dụng vật liệu ít hơn. Bởi vì FDM tạo lớp theo lớp, các tính năng và nhiều thành phần có thể được kết hợp thành một thiết kế, giảm thiểu việc lắp ráp. Đường chạm trổ, nội thất bên trong, phụ kiện đính kèm được kết hợp vào một chi tiết. FDM đã trở nên vô giá đối với các ngành đòi hỏi linh kiện nhựa nhẹ, chắc chắn và giá cả phải chăng mà không cần phải sử dụng công cụ hoặc gia công.

Video mô phỏng phương thức hoạt động của công nghệ FDM:

Công nghệ in 3D Polyjet

Thuật ngữ khác: Phun vật liệu (Material jetting), photocuring, in phun (inkjet printing)

Cách thức hoạt động: Hãy tưởng tượng công nghệ PolyJet như máy in giấy 2-D ở nhà của bạn. Máy in màu 2-D của bạn sẽ quét các giọt nhỏ màu nhỏ xíu lên giấy của bạn, tạo thành chữ và hình ảnh. Một cách gần như tương tự, PolyJet sử dụng vòi phun in để phun đè các giọt chất dẻo với độ dày 16 micron để tạo nên chi tiết sản phẩm 3 chiều. Qua mỗi lớp phun vật liệu, đồng thời tia UV sẽ xử lý làm cứng lớp vật liệu ấy chồng đè lên lớp dưới.

Các sản phẩm PolyJet yêu cầu cấu trúc vật liệu hỗ trợ để in các hình dáng cong, hoặc hốc lỗ. Nếu không có vật liệu hỗ trợ, vật liệu in sẽ bị xô lệch khỏi định dạng ban đầu, làm cho các chi tiết tạo ra không chính xác. Vật liệu hỗ trợ của công nghệ PolyJet là một thành phần riêng biệt được tạo ra để dễ dàng loại bỏ khi xả mạnh dưới nước. Các công nghệ in 3D phun nhiên liệu khác giống như PolyJet thì có sử dụng chất hỗ trợ sáp cần phải có lò nung để nung chảy và gỡ ra.

Vật liệu: Vật liệu in PolyJet giống như nhựa photopolymer. Photopolymers hoặc vật liệu photocurable có nhiều loại khác nhau dựa vào thành phần, từ co dãn đến cứng rắn, trong suốt đến mờ đục. PolyJet là một trong hai công nghệ in 3D có thể in màu và đó là công nghệ duy nhất có khả năng in nhiều vật liệu đồng thời trong một lần in cung cấp sản phẩm từ cứng đến co dãn chỉ trong một lần in

Ứng dụng: Bởi vì PolyJet sử dụng năng lượng tia cực tím để xử lý các chất lỏng, các bộ phận có thể biến dạng và thay đổi màu sắc khi tiếp xúc kéo dài với nhiệt và ánh sáng, điều này có nghĩa là các bộ phận của PolyJet không được sử dụng cho các ứng dụng kiểm tra cơ tính, cần dùng lực nhiều. Các ứng dụng lý tưởng của PolyJet bao gồm: Các mẫu dành cho tạo khuôn lạnh (Đúc cát) hoặc có nhiệt độ thấp; mô hình hiển thị; nguyên mẫu giống thực, và mô hình chức năng, kiểm tra tính vừa vặn, cầm nắm….

Ưu điểm vượt trội: In PolyJet 3D là công nghệ in 3D nhanh nhất có sẵn trên thị trường. Các sản phẩm có kích thước trong vòng 5 inch có thể in trong khoảng 2 giờ. Một khối lớn hơn 5 inch, sẽ phải in chậm hơn (vì vòi phun phải di chuyển qua lại trên khay chứa và phun một lớp mỏng vật liệu, do đó, vòi phun di chuyển càng rộng, càng chậm tiến trình in). Độ dầy của lớp in PolyJet là mỏng nhất so với bất kỳ công nghệ in 3D nào, và điều đó có nghĩa là các lớp in ít bị nhìn thấy hơn, cho ra các thành phẩm mịn, chính xác. Tốc độ, độ phân giải và chi phí của nó làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng cần phản hồi nhanh, từ mô hình tổng thể để hiển thị các mô hình mẫu cho đến nguyên mẫu thiết kế sản phẩm ban đầu.

Video mô phỏng phương thức hoạt động của công nghệ Polyjet:

Công nghệ in 3D SLA – Stereoliography

Thuật ngữ khác: Vat photopolymerization, photocuring, SLA, SL

Cách thức hoạt động: Sử dụng tia laser UV để xử lý nhựa lỏng từng lớp từng lớp một. Khay in theo phương pháp SLA sẽ nằm trên đỉnh một bồn dung dịch nhựa lỏng. Khay được phủ một lớp nhựa lỏng. Tia UV sẽ chiếu trực tiếp qua những gương phản chiếu tia cực tím trên khay đỡ, xử lý chất lỏng thành các mô hình chính xác một mặt cắt ngang cùng một lúc. Sau khi mỗi lớp được xử lý, khay in sẽ dịch chuyển lên trên trong dung dịch lỏng, và lưỡi quét lại phân phối nhựa lên trên mỗi lớp mới.

Như với PolyJet, Stereolithography cũng cần phải xây dựng khung hỗ trợ. Vật liệu hỗ trợ dùng trong công nghệ SLA là vật liệu giống như chi tiết in. Không giống như PolyJet, chi tiết không được xử lý hoàn toàn trong quá trình in. Trong quá trình in, chất nhựa trong buồng in có thể bị kẹt tại chi tiết hoặc lắng lại tại một số điểm. Nếu chất nhựa còn sót lại không bị loại bỏ, nó sẽ thấm lại vào chi tiết được in – gây ra sự méo mó và sai lệch so với thiết kế. Vì vậy, sau khi in xong, nhựa dư thừa được làm khô và cấu trúc vật liệu hỗ trợ được loại bỏ. Mẫu in sau đó được đặt vào một lò UV để hoàn thiện.

Vật liệu: Stereolithography sử dụng nhựa bắt sang (photocurable) để tạo ra các chi tiết cứng, đục và trong suốt với màu trắng, xám và không màu. Các vật liệu Stereolithography, có thể biến dạng hoặc thay đổi màu sắc khi tiếp xúc với ánh sáng và nhiệt kéo dài, không lý tưởng cho các ứng dụng nặng.

Ứng dụng: Stereolithography có thể được biết đến nhiều nhất với khả năng để xây dựng các thành phần rỗng bên trong, với vỏ ngoài dày và phần bên trong có hình tổ ong. Ứng dụng phổ biến nhất với các chi tiết có hình trụ rỗng sử dụng phương pháp Stereolithography là các mẫu đúc trong đúc mẫu chảy. Các ứng dụng phổ biến khác của SLA gồm có: các mô hình giải trí lớn, nguyên mẫu và mẫu chủ cho khuôn lạnh hoặc khuôn dùng nhiệt độ thấp.

Ưu điểm vượt trội: Trong khi Stereolithography là công nghệ chủ yếu trong việc tạo mẫu và mô hình trong suốt, lớn và nhẹ, công nghệ SLA đóng vai trò quan trọng cho các ứng dụng của sản xuất, chủ yếu là khả năng in các mẫu đúc rỗng và nhẹ. SLA là một phương thức thay thế của các cách làm mẫu đúc của công nghệ đúc mẫu chảy thông thường. Mô hình sáp truyền thống để đúc mẫu chảy có thể mất hàng tuần để dựng được và, nếu có lỗi hoặc thay đổi thiết kế, công cụ này phải được khắc và làm lại. Ngược lại, Stereolithography không đòi hỏi dụng cụ và dựng được mẫu chỉ trong một lần in, không cần phải lắp ráp nhiều bộ phận. Mẫu thiết kế của chi tiết mẫu trong đúc mẫu chảy có thể đi trực tiếp từ nhà thiết kế đến máy in 3D và tới nhà máy đúc mà không cần đầu tư nhiều thời gian và tiền bạc liên quan đến dụng cụ sáp.

Video mô phỏng phương thức hoạt động của công nghệ Stereolithography (SLA):

Công nghệ SLS – Laser Sintering

Thuật ngữ khác: Powder bed fusion, Selective Laser Sintering, LS, SLS

Cách thức hoạt động: Laser Sintering đòi hỏi một buồng in kèm theo để sưởi ấm và thêu dệt chi tiết từng lớp từng lớp một. Phương thức SLS bắt đầu bằng cách làm ấm khoang chứa bột ở nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của bột nhựa. Một tia laser CO2 chạm và đốt cháy bột tại điểm nóng chảy theo các mẫu thiết kế được xác định, do đó đưa các khu vực cụ thể được đốt nóng thành thể rắn, tạo thành sản phẩm, từng lớp một. Laser Sintering là quá trình in 3D duy nhất hoàn toàn không cần có cấu trúc hỗ trợ. Bột không được làm cứng trong buồng in đủ dày để hỗ trợ cho sản phẩm khi nó được làm ra.

Vật liệu: Phương thức Laser Sintering sử dụng Nylon 11 và 12, nguyên liệu thô và nguyên liệu đã qua xử lý, để cung cấp các loại nhựa có độ bền và tương thích với FAR. Nylon được xử lý với Laser Sintering là một hỗn hợp gồm một hoặc hai vật liệu, bao gồm thủy tinh, cacbon hoặc nhôm. Nylon đã qua xử lý có thể tăng độ cứng, sức mạnh, độ chịu nhiệt hoặc bề mặt nhẵn hoàn thiện.

Ứng dụng: Laser Sintering là một trong những công nghệ nhựa 3D được sử dụng rộng rãi nhất cho ngành hàng không vũ trụ và các ứng dụng tương đương khắc nghiệt và nhiệt độ cao. Nó cũng được sử dụng trong ngành ô tô, y tế, hàng tiêu dùng, nghệ thuật và kiến ​​trúc cho hàng ngàn sản phẩm.

Ưu điểm vượt trội: Sự thiêu kết bằng laser là một trong những quy trình in 3D sớm nhất được đưa vào sử dụng cho sản xuất sản phẩm cuối cùng, có thể dùng được như sản phẩm thật. Đây là một trong những công nghệ in 3D đầu tiên được dùng trong hàng không vũ trụ thông qua sản xuất ống dẫn không gian. Công nghệ SLS không yêu cầu người sử dụng phải bỏ các cấu trúc hỗ trợ; chất liệu bột chỉ cần đơn giản rung hoặc lắc ra khỏi sản phẩm. Do đó SLS có thể tạo ra chi tiết phức tạp mà không gây tốn kém. Nó được sử dụng trong sản xuất đường ống phức tạp vì công nghệ SLS có thể tạo ra các khoảng không bên trong, không xảy ra các rảnh hoặc hốc gây rò rỉ trong suốt cả đường ống trong khi sử dụng vật liệu chịu nhiệt cao, chống hóa chất. Nó sử dụng vật liệu nhẹ và chịu lực tốt, để chứa được nhiên liệu, cánh nhỏ của máy bay, kiểm soát bề mặt, và nhiều tính năng quan trọng khác của UAV.

Video mô phỏng phương thức hoạt động của công nghệ Laser Sintering (SLS):