Công nghệ in 3d được hình thành như thế nào? Thảo luận trong 'Khoa học' bắt đầu bởi mr.thanduc, Chủ nhật lúc 16:18.

1. 
   
   

   
   

   
   Đầu tiên mình xin cám ơn các bạn đã quan tâm đến Bài viết Công nghệ in 3d là gì, máy in 3d hoạt động ra sao? của mình. Mình muốn viết 1 series bài về công nghệ in 3d và bài viết trước là bài tổng quan nhất về công nghệ in 3d. Tinhte là 1 cộng đồng về công nghệ và hầu hết các bạn ở đây đều là dân công nghệ nhưng không phải ai cũng thật sự quan tâm chi tiết đến công nghệ in 3d. Vì vậy bài viết trc mình muốn khái quát nhất để tất cả mọi người khi chém gió về công nghệ in 3d thì có thể trả lời đc nó là jì, hoạt động ra sao,  còn về chi tiết nó như thế nào, nó khai sinh từ đâu, nó gồm những loại nào v.v... thì những ai quan tâm hơn sẽ tìm hiểu sâu hơn từ bài viết số 2 này.
   
   Ở bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu công nghệ in 3d bắt nguồn từ đâu và tại sao người ta lại gọi là "in 3d" thay vì gọi là "tạo mẫu nhanh", gây nhầm lẫn cho a e tinhte nè ^^.
   
   TẠO MẪU CÓ TỪ BAO GIỜ?
   
   Quá trình tạo mẫu được phân ra làm ba thời kỳ.
   
   1. Thời kỳ đầu: tạo mẫu bằng tay
   
   Thời kỳ đầu tiên ra đời cách đây vài thế kỷ. Trong thời kỳ này, các mẫu điển hình không có độ phức tạp cao và chế tạo một mẫu trung bình mất khoảng 4 tuần. Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề và thực hiện công việc một cách cực kỳ nặng nhọc. Cho đến ngày nay phương pháp tạo mẫu thủ công này vẫn còn sử dụng khá phổ biến, trong các trường ĐH về mỹ thuật có ngành Tạo Dáng, thì chính là nó đó. Hiện nay phương pháp tạo mẫu này mang hơi hướm nghệ thuật, hàng chế tác riêng nhiều hơn là tạo mẫu trong sản xuất hàng loạt.
   
   

   

   Tạo mẫu thủ công

   
   

   2. Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo
   
   Thời kỳ thứ hai của tạo mẫu phát triển rất sớm, khoảng giữa thập niên 70. Thời kỳ này đã có phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo. Việc ứng dụng CAD/CAE/CAM đã trở nên rất phổ biến. Phần mềm tạo mẫu sẽ phát họa trên máy vi tính những suy tưởng, ý tưởng mới. Các mẫu này như là một mô hình vật lý: được kiểm tra, phân tích cũng như đo ứng suất và sẽ được hiệu chỉnh cho phù hợp nếu chúng chưa đạt yêu cầu. Thí dụ như phân tích ứng suất và sức căng bề mặt chất lỏng có thể dự đoán chính xác được bởi vì có thể xác định chính xác các thuộc tính và tính chất của vật liệu.
   
   Hơn nữa, các mẫu trong thời kỳ này trở nên phức tạp hơn nhiều so với thời kỳ đầu (khoảng trên hai lần). Vì thế, thời gian yêu cầu cho việc tạo mẫu có khuynh hướng tăng lên khoảng 16 tuần, tính chất vật lý của mẫu vẫn còn phụ thuộc vào các phương pháp tạo mẫu cơ bản trước. Tuy nhiên, việc vận dụng các máy gia công chính xác đã cải thiện tốt hơn các tính chất vật lý của mẫu.
   
   

   

   Tạo mẫu thời kỳ 2

   
   

   3. Thời kỳ thứ ba: quá trình tạo mẫu nhanh
   
   Việc phát minh ra các thiết bị tạo mẫu nhanh là một phát minh quan trọng. Những phát minh này đã đáp ứng được yêu cầu của giới kinh doanh trong thời kỳ này: giảm thời gian sản xuất, tăng độ phức tạp của mẫu, giảm chi phí. Ở thời điểm này người tiêu dùng yêu cầu các sản phẩm cả về chất lượng lẫn mẫu mã, nên mức độ phức tạp của chi tiết cũng tăng lên, gấp ba lần mức độ phức tạp mà các chi tiết đã được làm vào những năm của thập niên 70. Nhưng nhờ vào công nghệ tạo mẫu nhanh nên thời gian trung bình để tạo thành một chi tiết chỉ còn lại 3 tuần so với 16 tuần ở thời kỳ thứ hai. Năm 1988, hơn 20 công nghệ tạo mẫu nhanh đã được nghiên cứu.
   
   

   

   Công nghệ in 3d

   
   

   Ta thấy rằng nhu cầu tạo nên mẫu sản phẩm ban đầu là một nhu cầu thiết yếu trong quá trình sản xuất, trước khi sản xuất hàng loạt một sản phẩm nào cũng phải cần tạo mẫu sản phẩm trước để kiểm tra tính hiện thực và khả thi. Nếu mẫu sản phẩm càng chính xác bao nhiêu, càng nhanh bao nhiêu thì sẽ càng tránh được những lỗi mắc phải trong quá trình sản xuất sau này và càng tiết kiệm được chi phí sản xuất bấy nhiêu.
   
   Những ai đã đọc quyển sách về Steve Job thì sẽ thấy rằng Ive đã phải làm rất nhiều mẫu Iphone bằng bọt biển để S.Job xem trước khi sản xuất ra chiếc Iphone ngày nay.
   
   Nên "công nghệ tạo mẫu nhanh" mang toàn bộ ý nghĩa của nó, "công nghệ": đảm bảo độ chính xác, "tạo mẫu nhanh" đảm bảo thời gian nhanh chóng .
   
   CÔNG NGHỆ IN 3D BẮT ĐẦU TỪ LÚC NÀO?
   
   Chiếc máy in 3D đầu tiên được phát minh vào năm 1986 bởi Charles Hull, được chế tạo dựa trên một kỹ thuật gọi là steriolithography (SLA). (Mình sẽ nói rõ hơn về kỹ thuật này ở bài sau, giờ ta cứ biết có nó trên đời đã ^^)
   
   

   

   Charles Hull cha đẻ của công nghệ in 3d

   
   

   Cho đến ngày nay, công nghệ in 3d SLA của Hull vẫn còn là một trong các phương pháp in 3D chính xác nhất, với độ dày mỗi lớp nhỏ nhất có thể thực hiện lên đến 0.015mm (15 microns). Quy trình in 3D đã mở rộng rất nhiều kể từ khi nguyên mẫu của Hull, đặc biệt là trong 10 năm qua.
   
   Công nghệ này vẫn còn tương đối xa lạ đối với công chúng cho đến thập kỷ thứ hai của thế kỷ 21 ( tức là từ năm 2010). Chính phủ Mỹ đã kết hợp đầu tư và khởi động những dự án thương mại công nghệ in 3d và kể từ thời điểm đó đã tạo nên một làn sóng mới phát triển chưa từng có cho sự phổ biến của công nghệ in 3d ngày nay.
   
   Đầu tiên, chính quyền Tổng thống Barack Obama đã đầu tư 30 triệu USD để thành lập National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII) (VIỆN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHỤ TRỢ MỚI (không biết dịch vậy đúng ko  )) vào năm 2012 như là một cách để giúp đỡ nhằm khôi phục ngành công nghiệp sản xuất tại Mỹ. NAMII hoạt động như một tổ chức bảo trợ cho một mạng lưới các trường đại học và các công ty nhằm mục đích cải tiến công nghệ in 3D để nhanh chóng triển khai sản phẩm mới trong lĩnh vực sản xuất.
   
   Thứ hai, trên thế giới bắt đầu hình thành một làn sóng mới phổ biến công nghệ máy in 3d tập trung vào phong trào DIY (do it yourself ) đang phát triển mạnh mẽ hiện nay. Và hiện nay có rất nhiều công ty cung cấp dịch vụ in 3D hoặc bán máy in 3D giá rẻ, với mức giá chỉ vào khoảng vài trăm đến vài ngàn đô la.
   
   

   

   Công nghệ máy in 3d giá rẻ

   
   

   
   

   Như vậy in 3d (3d printing) là cụm từ chỉ mới được sử dụng phổ biến khoảng vài năm trở lại đây từ khi công nghệ này được phổ biến hóa mà thôi. Cụm từ này đã xuất hiện từ rất sớm nhưng lúc đó nó chỉ được xem là một ngách nhỏ của ngành công nghệ tạo mẫu nhanh ( bài sau mình sẽ nói rõ hơn).
   
   Qua comment của các bạn ở bài viết trc chúng ta có câu hỏi là tại sao phổ biến hóa mà lại dùng cái từ "in 3d" để dễ gây nhầm lẫn như vậy? Thật ra do tất cả các ae ở đây đều là dân công nghệ, các bạn hiểu công nghệ in (2d) là gì, các bạn hiểu phương thức gia công ( làm khuôn, cnc , chế tạo ... ) là gì, chính những kiến thức đó đã gây nhiễu khiến bạn bị nhầm lẫn với từ này. Còn đối với 1 người không biết gì về công nghệ, nói về in 3d họ liên tưởng ngay đến in 2d truyền thống rồi in nhiều lớp 2d chồng lên nhau ra 3d, rất dễ hình dung, và thực chất in 3d chính là sự nâng cấp từ nguyên lý tạo hình của máy in 2d. Còn với cụm từ "tạo mẫu nhanh" họ sẽ thắc mắc sao lại là mẫu, tại sao lại nhanh v.v...
   
   

   

   Máy in 3d bắt nguồn từ máy in 2d

   
   

   Và một điều quan trọng nữa là cụm từ "tạo mẫu nhanh" mang trong nó mục đính nó ra đời để đáp ứng cho ngành sản xuất, còn đối với sản xuất đơn lẻ nó ko còn mang nhiều ý nghĩa nữa và cụm từ "in 3d" (3d printing) phù hợp với mục đích DIY tự sản xuất những sản phẩm đơn lẻ cho nhu cầu tự sướng hơn
   
   ĐỐI VỚI CÔNG NGHỆ IN 3D THÌ KHÔNG GÌ CÓ THỂ GIỚI HẠN ĐƯỢC SỰ SÁNG TẠO CỦA BẠN, CÓ CHĂNG CŨNG CHỈ LÀ TRÍ TƯỞNG TƯỢNG CỦA BẠN MÀ THÔI.
   
   Có một bạn cho rằng thiết kế 3d mới là giới hạn nhưng thật ra thiết kế 3d cũng chỉ là công cụ để hình tượng hóa ý tưởng sáng tạo của bạn mà thôi. Giống như khi bạn viết thư cho ai đó chẳng hạn, thì chữ viết chỉ là công cụ truyền đạt thôi, những người mù chữ ngày xưa họ vẫn đọc ra nội dung cho người ta chép lại rồi gửi đi đấy thôi.
   
   

   Vì in 3d là in từng lớp 1 nên đối với những móc câu hoặc những chi tiết mà bên dưới ko có jì thì sao in đc bên trên ? Vấn đề này gặp rất nhiều trong thực tế và để giải quyết người ta sẽ thiết kế thêm những phần hỗ trợ (support), những phần này sẽ được loại bỏ đi trên sản phẩm hoàn thiện. Với mỗi công nghệ in 3d khác nhau thì phần support này cũng khác nhau, có thể dùng chính vật liệu in sp luôn, và khi hoàn thiện thì cắt bỏ đi, hoặc được dùng bằng vật liệu khác, sau khi in xong thì cho vào dung mội hoặc hóa chất để loại bỏ đi.
   
   

   

   
   

   
   
   

   Ngày nay, việc in 3d bằng vật liệu kim loại đã có rất nhiều, in cả vàng (14K) cả bạc nữa. Với loại vật liệu kim loại thì người ta in 3d theo dạng bột bụi, các bột kim loại đc liên kết bằng keo hoặc hóa chất kết dính, sau khi in xong, phải qua một quá trình xử lý phía sau mới hoàn thiện được. Mình sẽ nói rõ hơn về in vật liệu kim loại này trong một bài viết sau này ^^.

   
   Trong bài viết có tham khảo bài viết của anh ME trên topic CN tạo mẫu nhanh tại diễn đàn Meslab.vn
   
   

   (Viết bởi Mr.thanduc)