IN 3D LÀ GÌ? – XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ THAY ĐỔI TƯƠNG LAI SẢN XUẤT VÀ SÁNG TẠO

Trong kỷ nguyên công nghệ số, in 3D được xem là bước tiến đột phá giúp biến ý tưởng thành hiện thực một cách nhanh chóng và chính xác. Không chỉ phục vụ nghiên cứu, sản xuất, mà in 3D còn mở ra nhiều ứng dụng đa dạng trong y tế, giáo dục, thiết kế và đời sống hằng ngày. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ in 3D là gì, nguyên lý hoạt động, các công nghệ và dịch vụ in 3D phổ biến, cùng những lưu ý cần thiết để tận dụng hiệu quả công nghệ tiên tiến này.

1. In 3D là gì?

In 3D là gì?

In 3D (Three Dimensional Printing) hay còn gọi là công nghệ bồi đắp vật liệu, là một chuỗi kết hợp các công đoạn khác nhau để tạo ra một vật thể ba chiều. Người đã phát minh ra công nghệ in này là Chuck Hull. In 3D là quá trình sản xuất bồi đắp, trong đó vật liệu được đắp t lớp.

Trong in 3D, các lớp vật liệu được đắp chồng lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm soát của máy tính để tạo ra vật thể. Thay vì cắt bỏ vật liệu thừa như các phương pháp truyền thống, in 3D là quy trình đắp dần, cho phép tạo ra các vật thể có hình dạng phức tạp từ nhiều loại vật liệu khác nhau như nhựa, kim loại hoặc thậm chí tế bào sống. Các đối tượng này có thể có hình dạng bất kỳ và được tạo ra từ một mô hình 3D hoặc các nguồn dữ liệu điện tử khác.

2. In 3D hoạt động như thế nào?

In 3D pha trộn các lớp vật liệu để tạo nên một vật thể. Trong quá trình này, máy in 3D hoạt động theo sự điều khiển của phần mềm mô hình hóa 3D trên máy tính, giúp điều chỉnh quy trình với độ chính xác cao.

Công nghệ sản xuất in 3D bao gồm nhiều loại. Thay vì cắt gọt hay đúc khuôn như cách sản xuất truyền thống, máy in 3D sẽ “xây dựng” sản phẩm từ dưới lên trên, từng lớp một.Các bước quy trình như sau:

2.1 Tạo tệp CAD (Thiết kế hỗ trợ máy tính)

Bước đầu tiên để tạo ra một vật thể in 3D là tạo một thiết kế ảo bằng phần mềm máy tính hoặc máy quét 3D. Thiết kế này mô phỏng kích thước chính xác của vật thể cần chế tạo để xem nó sẽ trông như thế nào khi hoàn thiện.

Thiết kế vật thể 3D bằng CAD giúp giảm thiểu lỗi trong quá trình in ấn, và may mắn thay, những lỗi này có thể được khắc phục trước khi quá trình bắt đầu. File thiết kế sẽ được lưu dưới dạng STL, OBJ hoặc 3MF.

2.2.  Chuẩn bị máy in 3D phù hợp

Quá trình in chỉ bắt đầu sau khi tệp kỹ thuật số đã sẵn sàng và tất cả vật liệu đã được chuẩn bị. Khi tệp STL đã sẵn sàng, phần mềm cắt lát sẽ xử lý tệp để in 3D bằng cách chuyển đổi vật thể thành các lớp và cung cấp hướng dẫn cho máy in 3D.

2.3. Xây dựng mô hình và hậu xử lý 

Khi tiến hành vào quá trình in 3D, mỗi loại máy in sẽ có thời gian in ra sản phẩm khác nhau, phần lớn tuỳ thuộc mức độ phức tạp của bản thiết kế sản phẩm in. Tuy nhiên, phần lớn các máy in công nghiệp và thương mại thời gian in sẽ nhanh hơn.

Sau khi đã in xong và ra thành phẩm, cần phải trải qua các bước hậu xử lý cần có như bảo dưỡng, cắt những phần in dư, chà nhám, sơn màu để đảm bảo chức năng và nâng cao tính thẩm mỹ. 

2.4. Kiểm tra và thử nghiệm sản phẩm

Sau khi đã hoàn tất các bước hậu xử lý, những sản phẩm in 3D sẽ được trải qua nhiều lần kiểm tra thành phẩm so với thiết kế gốc về hình dáng, số đo,… và ngoài ra sẽ được thử nghiệm hiệu suất hoạt động của sản phẩm (nếu có). Khi hoàn tất các quá trình, sản phẩm in 3D đã hoàn thành. 

3. Công nghệ in 3D là gì?

Công nghệ in 3D không chỉ dừng lại ở một phương pháp duy nhất, mà được phát triển thành nhiều kỹ thuật khác nhau, phù hợp với từng nhu cầu sử dụng và vật liệu in. Dưới đây là những công nghệ in 3D được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Công nghệ in 3D là gì?

4. Các dịch vụ in 3D

4.1. In resin (SLA/DLP)

In resin, hay còn gọi là in nhựa lỏng bằng công nghệ SLA (Stereolithography) hoặc DLP (Digital Light Processing), là phương pháp sử dụng tia laser hoặc ánh sáng để đông cứng nhựa lỏng thành từng lớp mỏng. Cụ thể, hai công nghệ này sử dụng ánh sáng để biến nhựa resin từ dạng lỏng chuyển sang vật thể rắn. Các lớp in xếp chồng lên nhau được xây dựng lần lượt qua quá trình đông kết sẽ tạo ra mẫu in 3D hoàn chỉnh.

Thông thường, nhựa resin in 3D tồn tại ở dạng chất lỏng polymer, hay còn được gọi là chất lỏng quang hóa. Khi chúng tiếp xúc với ánh sáng tia UV, chất lỏng này sẽ đông kết lại theo lớp để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Có thể khi người dùng sử dụng cùng một mẫu in 3D nhưng với công nghệ và chất liệu nhựa khác nhau sẽ tạo ra các sản phẩm khác nhau. 

Căn cứ vào thành phần, nguồn gốc và chất lượng mà người ta đã chia nhựa in 3D resin thành 3 nhóm chính bao gồm:

• High-detail resin: Loại nhựa này thường được sử dụng để in ấn các sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao và đảm bảo các chi tiết sắc nét.
• Paintable resin: Loại nhựa này thường được sử dụng để in các sản phẩm có yêu cầu về độ bóng.
• Transparent resin: Loại nhựa này thường được dùng để in các sản phẩm đòi hỏi tương đương giống với mẫu thật và có độ trong suốt.

Nguyên lý hoạt động của resin trong in 3D

• Ưu điểm: Độ chính xác cực cao, bề mặt mịn, chi tiết sắc nét, phù hợp cho mô hình mini, trang sức, nha khoa, và sản phẩm yêu cầu độ tinh xảo.

• Nhược điểm: Nhựa resin có độ giòn, cần xử lý sau in (rửa, sấy, chiếu UV).

• Ứng dụng: Mô hình nhân vật, phụ kiện cosplay, chi tiết kỹ thuật, sản phẩm trang sức.

4.2. In FDM (Fused Deposition Modeling)

In FDM là công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay, sử dụng sợi nhựa nhiệt dẻo (PLA, ABS, PETG…) được nung chảy rồi đùn thành từng lớp để tạo ra sản phẩm.

Vật liệu thường được sử dụng phổ biến trong công nghệ in FDM là những loại nhựa in nhiệt dẻo như: ABS, PLA,… Đây là công nghệ in 3D cho khả năng in hoàn hảo những nguyên mẫu với hiệu suất cao. Thời gian tạo ra sản phẩm còn tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của vật thể cũng như chất lượng của máy in.

Những vật thể có nhiều chi tiết phức tạp thì thời gian in sẽ lâu hơn và ngược lại, các vật thể có kích thước nhỏ sẽ được hoàn thành nhanh chóng hơn. Hiện nay, công nghệ in FDM được ứng dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau với sự đa dạng về vật liệu in và giá thành khá rẻ.

Nguyên lý hoạt động của FDM trong in 3D 

• Ưu điểm: Chi phí thấp, dễ sử dụng, vật liệu đa dạng, phù hợp cho nguyên mẫu (prototype) và sản phẩm kích thước lớn.
• Nhược điểm: Độ mịn bề mặt kém hơn in resin, cần xử lý hậu kỳ để đạt thẩm mỹ cao.
• Ứng dụng: Mô hình sản xuất thử nghiệm, phụ kiện máy móc, đồ chơi, sản phẩm DIY.

4.3. In 3D theo yêu cầu (On-demand 3D Printing)

Dịch vụ in 3D theo yêu cầu cho phép khách hàng gửi file thiết kế hoặc yêu cầu hỗ trợ thiết kế. Sau đó, sản phẩm sẽ được in 3D và giao tận nơi. Đây là giải pháp linh hoạt, tiết kiệm chi phí cho cá nhân, startup, cũng như doanh nghiệp.

Quá trình in 3D thường trải qua các bước sau:

• Thiết kế mô hình 3D: Sử dụng phần mềm CAD (AutoCAD, SolidWorks, Fusion 360, Blender…) để tạo ra mô hình 3D.
• Chuyển đổi sang định dạng STL hoặc 3MF: Mô hình được xuất sang định dạng STL (Standard Triangle Language) hoặc 3MF để máy in có thể đọc được.
• Cắt lớp (Slicing): Phần mềm slicing (như Cura, PrusaSlicer, Simplify3D) chia mô hình thành các lớp mỏng và tạo đường đi cho đầu in.
• In từng lớp: Máy in sẽ đắp từng lớp vật liệu theo bản thiết kế, có thể là nhựa, kim loại, gốm sứ hoặc sinh học.
• Hoàn thiện sản phẩm: Gỡ sản phẩm khỏi máy in, xử lý bề mặt (làm mịn, sơn phủ) hoặc lắp ráp nếu cần. 

Các phương pháp xử lý hậu kỳ có thể bao gồm:

• Mài nhẵn và đánh bóng: Cải thiện bề mặt sản phẩm, giúp loại bỏ vết in hoặc đường nối giữa các lớp.
• Xử lý nhiệt: Ổn định kết cấu sản phẩm và tăng cường độ bền.
• Sơn phủ và nhuộm màu: Cải thiện tính thẩm mỹ, chống thấm nước hoặc tăng độ bền cơ học.
• Xử lý hóa học: Sử dụng dung môi để làm mịn bề mặt hoặc tăng độ bóng cho sản phẩm.
• Kiểm tra và kiểm định: Một số sản phẩm cần được kiểm tra độ chính xác kích thước, độ bền hoặc tính chất cơ học trước khi đưa vào sử dụng. Đối với các ứng dụng quan trọng như y tế hoặc hàng không, sản phẩm có thể phải trải qua quy trình kiểm định nghiêm ngặt.

Dịch vụ in 3D theo yêu cầu

• Ưu điểm: Không cần đầu tư máy móc, có thể sản xuất nhanh chóng số lượng ít hoặc nhiều.
• Ứng dụng: Quà tặng độc đáo, mô hình kiến trúc, chi tiết kỹ thuật, sản phẩm tùy chỉnh cá nhân hóa.

5. Những điều cần quan tâm khi sử dụng dịch vụ in 3D

5.1 Cần lưu ý gì khi sử dụng in 3D

Khi lựa chọn in 3D, khách hàng cần quan tâm đến 3 vấn đề cốt lõi như công nghệ, thiết kế và vật liệu.

• Công nghệ: Mỗi dịch vụ đều sử dụng in 3D khác nhau như SLA, FDM hay SLS,…Tuỳ nhu cầu về độ chi tiết, độ bền hay chi phí thì khách hàng cần trao đổi rõ để được tư vấn phù hợp với mẫu thiết kế. 
• Thiết kế: Không chỉ đơn thuần là lên ý tưởng mà nó còn ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả sản xuất. Khác với thiết kế mỹ thuật truyền thống, thiết kế in 3D đòi hỏi cần nhiều kỹ năng, kinh nghiệm và yếu tố kỹ thuật cao hơn. 
• Vật liệu: Tuỳ vào mục đích sử dụng (trưng bày, thử nghiệm hay sản xuất), khách hàng có thể chọn lựa được chia theo cấu trúc, phổ biến nhất là bao gồm có dạng sợi, dạng lỏng và dạng bột. Việc chọn đúng vật liệu sẽ quyết định độ bền, tính thẩm mỹ và chi phí sản phẩm

5.2 Tại sao nên chọn in 3D

In 3D có rất nhiều đặc điểm khiến phương pháp này trở thành một xu thế phát triển. Một số lý do khiến công nghệ phát triển mạnh mẽ như sau: 

• In 3D sẽ có đặc điểm vượt trội về thời gian hơn so với các loại hình in khác. Thời gian để tạo ra một sản phẩm sẽ dao động từ 3 giờ đến 72 giờ. Thời gian để sản xuất cũng sẽ phụ thuộc vào kích thước cũng như độ phức tạp của sản phẩm. So với các công nghệ chế tạo thông thường, in 3D sẽ có thời gian nhanh nhất. Vì vậy, những công ty sử dụng dịch vụ in 3D sẽ tiết kiệm được những chi phí và nhanh chóng ra mắt sản phẩm mới.
• Chế tạo được nhiều sản phẩm khác nhau. Công nghệ cũng áp dụng vào sản xuất từ nhiều loại nguyên vật liệu. Đặc biệt là những loại nhựa dẻo có tính đàn hồi tốt. Những loại nhựa này sẽ có khả năng tạo dáng nhiều kiểu khi chịu tác động của nhiệt. Bên cạnh đó, công nghệ sẽ chế tạo ra những đồ vật có nhiều chi tiết đầy đủ. Nói một cách khác, công nghệ này sẽ tạo ra những đồ vật có đặc điểm như thật.  Đây chính là đặc điểm cũng là ưu điểm mà những công nghệ của chế tạo khác không thể làm được.

Trong in 3D thì chất liệu nhựa là được sử dụng phổ biến nhất. Tùy vào công nghệ hay ứng dụng mà có các chất liệu khác nhau nữa. Đối với công nghệ in kim loại thì chắc chắn chất liệu sẽ là kim loại. Còn nếu ứng dụng in 3D vào xây nhà thì chất liệu sẽ là xi măng. Các loại nhựa phổ biến bao gồm một số như:

• PLA: Là loại nhựa phổ biến nhất. Khả năng in của chất liệu này khá nhanh và giá thành cũng rẻ nữa. Hơn nữa là vật liệu này làm bằng hữu cơ nên hoàn toàn thân thiện với môi trường. Đổi lại độ bền cơ học sẽ kém, chỉ nên dùng để in mẫu trưng bày.
• ABS: Một loại nhựa phổ biến trong cuộc sống hàng ngày. Các đặc tính của nhựa ABS trái ngược hẳn với PLA. Nhựa ABS khi in ở nhiệt độ cao có thể gây ra mùi khó chịu nhưng có được độ bền cao hơn.
• PETG: Loại nhựa này hay được nhìn thấy ở dạng vỏ chai. Chất liệu này cũng khá bền và có độ mịn cao.ABS: Một loại nhựa phổ biến trong cuộc sống hàng ngày. Các đặc tính của nhựa ABS trái ngược hẳn với PLA. Nhựa ABS khi in ở nhiệt độ cao có thể gây ra mùi khó chịu nhưng có được độ bền cao hơn.
• PEEK: Đối với riêng chất liệu này thì có độ bền vượt trội hơn. PEEK có thể chịu được độ mài mòn lớn, chịu nhiệt và chịu được các loại hóa chất. Loại nhựa này hay được dùng trong ngành hàng không, hóa chất,…

Công nghệ in 3D đang thay đổi theo cách con người chúng ta sáng tạo và sản xuất, mang lại những giải pháp nhanh chóng, tiết kiệm và hiệu quả hơn. Với kinh nghiệm và sự am hiểu, ToysUncle – Vietnam 3D Printing Lab là đối tác tin cậy, sẵn sàng đồng hành cùng bạn trong mọi dự án. Từ mô hình thử nghiệm đến sản phẩm trưng bày, Toys Uncle giúp ý tưởng của bạn trở thành hiện thực một cách hoàn hảo.

Xem thêm về in 3D tại đây