(Trang 42)
(Trang 42)
Sau khi học xong bài này, em sẽ:
Mô tả được một số công nghệ in 3D.
Hình 9.1. Phương pháp liên kết vật liệu
a) Xếp hình hạt nhựa
b) Trang trí bánh sinh nhật
c) Tạo gạch xi măng
I – PHÂN LOẠI CÁC CÔNG NGHỆ IN 3D
Công nghệ in 3D được chia thành ba nhóm như Hình 9.2 bao gồm:
– Quang hoá vật liệu.
– Đùn vật liệu.
– Liên kết vật liệu.
Hình 9.2. Các công nghệ in 3D phổ biến
Các công nghệ in 3D
Quang hoá vật liệu
Quang hoá bằng tia laser (SLA)
Quang hoá bằng ánh sáng kĩ thuật số (DLP)
Đùn vật liệu
Đùn nóng chảy (FDM)
Đùn dung dịch (LDM)
Liên kết vật liệu
Đùn kết bột (3DP)
Thiêu kết bột (SLS)
Khám phá
| Hãy tìm hiểu thông tin trên sách, báo hoặc internet và quan sát sơ đồ Hình 9.2, nhận xét trạng thái vật liệu ban đầu của các nhóm công nghệ in 3D. |
(Trang 43)
II – CÔNG NGHỆ IN QUANG HOÁ VẬT LIỆU
Nguyên lí cơ bản của công nghệ in quang hoá vật liệu là sử dụng ánh sáng để làm đông cứng vật liệu nhựa dạng lỏng. Ánh sáng chiếu đến đâu thì nhựa lỏng sẽ đông cứng đến đó.
Nếu công nghệ quang hoá bằng nguồn sáng laser (Stereolithography – SLA) sử dụng tia laser để đông cứng nhựa lỏng theo từng điểm (Hình 9.3a) thì công nghệ quang hoá bằng ánh sáng kĩ thuật số (Digital Light Processing – DLP) sử dụng nguồn sáng từ máy chiếu kĩ thuật số để đồng cứng toàn bộ lớp nhựa lỏng cùng lúc trong một lần chiếu sáng (Hình 9.3b). Sau khi hoàn thành một lớp in, bàn in nhựa lớp nhựa đã cứng được hạ xuống khoảng cách bằng chiều dày lớp in để tạo ra một lớp mới chồng lên lớp in trước. Quá trình tiếp tục như vậy đến khi lớp in cuối cùng được hoàn thành và bàn in được nâng lên để lấy sản phẩm ra (Hình 9.4).
Công nghệ in quang hoá vật liệu đòi hỏi kết cấu hỗ trợ khi in các sản phẩm phức tạp. Sản phẩm in sau khi làm sạch thường được chiếu tia UV để đảm bảo độ bền và ổn định cho sản phẩm in. Công nghệ in SLA được coi là công nghệ in tạo các sản phẩm in có độ phân giải cao nhất hiện nay. Độ phân giải của công nghệ in DLP phụ thuộc vào độ phân giải của máy chiếu và không cao bằng công nghệ in SLA.
Hình 9.3. Các công nghệ in quang hoá vật liệu
a) Quang hoá bằng tia laser (SLA)
b) Quang hoá bằng ánh sáng kĩ thuật số (DLP)
Hình 9.4. Vật thể cấu trúc lưới được in bằng công nghệ SLA
Thông tin bổ sung
| Phương pháp in SLA được dùng để chế tạo các hàm chỉnh nha trong suốt vừa có tác dụng chỉnh nha vừa có tính thẩm mĩ cao vì rất khó phát hiện khi đeo. Hàm chỉnh nha này có thể được thiết kế riêng cho từng cá nhân nhờ công nghệ in 3D (Hình 9.5). |
Hình 9.5. Hàm chỉnh nha thẩm mĩ sử dụng phương pháp in 3D SLA
Luyện tập
| Hãy so sánh đặc điểm của công nghệ in SLA và DLP. |
III – CÔNG NGHỆ IN ĐÙN VẬT LIỆU
Nguyên lí cơ bản của công nghệ đùn vật liệu là vật liệu được đùn trực tiếp qua đầu in và xếp chồng lên nhau theo lớp. Vật liệu sau khi ra khỏi đầu in sẽ đông cứng lại và liên kết với nhau tạo thành sản phẩm in.
Hình 9.6. Các công nghệ đùn vật liệu
a) Đùn vật liệu nóng chảy (FDM)
Cuộn dây nhựa
Gia nhiệt
Vật in
Bàn in
b) Đùn dung dịch (LDM)
Áp lực
Pít tông
Dung dịch
Vật in
Bàn in
| Nếu công nghệ đùn vật liệu nóng chảy (FDM) thì vật liệu là nhựa nhiệt dẻo dạng sợi sẽ được kéo tới đầu in nhờ động cơ điện và được gia nhiệt làm nhựa nóng chảy tại đầu in (Hình 9.6a) còn công nghệ đùn dung dịch (LDM) thì vật liệu dung dịch dạng gel hoặc hỗn hợp ceramic ở nhiệt độ phòng được đẩy tới đầu in nhờ áp lực khí nén hay cơ cấu đùn trục vít (Hình 9.6b). Sau khi hoàn thành một lớp in, bàn in được di chuyển xuống để thực hiện quá trình in lớp tiếp theo chồng lên lớp trước. |
Hình 9.7. Máy in 3D sử dụng công nghệ LDM |
(Trang 44)
Độ phân giải của sản phẩm in 3D sử dụng công nghệ in đùn vật liệu phụ thuộc vào kích thước của đầu in và thấp hơn công nghệ SLA. Công nghệ in đùn vật liệu đòi hỏi các kết cấu hỗ trợ riêng đối với các sản phẩm phức tạp. Công nghệ FDM có độ bền và nguyên lí đơn giản hơn các máy in 3D có tính phức tạp cao. Vật liệu in 3D sử dụng trong công nghệ FDM là nhựa nhiệt dẻo, có giá thành rẻ. Công nghệ FDM hiện đang là công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay. Do đặc tính khó định hình của dung dịch nên công nghệ LDM hạn chế về độ phức tạp, hình dáng và chất lượng của sản phẩm in. Công nghệ in này cho phép in được các sản phẩm có kích thước lớn hơn các công nghệ in khác. Công nghệ in LDM sử dụng đa dạng vật liệu in từ một loại vật liệu hoặc trộn nhiều loại vật liệu với nhau thành dung dịch dạng gel. Hình 9.7 mô tả một máy in 3D sinh học sử dụng công nghệ LDM.
IV – CÔNG NGHỆ IN LIÊN KẾT VẬT LIỆU
Nguyên lí cơ bản của công nghệ in liên kết vật liệu là sử dụng các tác nhân hoá học hay nhiệt để liên kết các vật liệu dạng bột với nhau. Đầu in đi đến đâu thì bột ở vị trí đó sẽ được dính kết lại với nhau.
Hình 9.8. Các công nghệ in liên kết vật liệu
a) Đính kết bột (3DP)
Chất kết dính
Cấp bột
Thanh cán
Bột
Đầu bơm
Bàn in
b) Thiêu kết bột (SLS)
Hệ thống quang học
Thanh cán
Cấp bột
Bột
Bàn in
| Nếu trong công nghệ in đính kết bột (Binder Jet 3D printing - 3DP) là phun keo dạng lỏng để đính kết vật liệu dạng bột (Hình 9.8a) thì công nghệ in thiêu kết bột (Selective Laser Sintering - SLS) là chiếu tia laser để làm nóng chảy và liên kết vật liệu dạng bột thành các vật thể rắn (Hình 9.8b). Kết cấu chung của hai công nghệ in này là có buồng vật liệu dạng bột bao gồm cấp liệu và buồng làm việc. Để tạo thành lớp đầu tiên, thanh cản sẽ phủ lớp bột từ buồng cấp liệu sang buồng làm việc và san phẳng nó. Đầu in sẽ di chuyển theo tiết diện của sản phẩm in và liên kết các hạt bột ở nơi đó. Đầu in phun keo hoặc chiếu tia laser (Hình 9.9). Sau khi một lớp in được hoàn thành, bàn in sẽ di chuyển xuống một đoạn để in lớp tiếp theo. Sản phẩm in sẽ được lấy ra từ trong buồng dung bột, phủi bột thừa. |
Hình 9.9. Chụp răng kim loại chế tạo bằng phương pháp SLS |
(Trang 46)
Sản phầm in của công nghệ in liên kết vật liệu thường có độ xốp bên trong. Với công nghệ này, các sản phầm in phức tạp có thể được tạo ra mà không cần kết cấu hỗ trợ riêng do được đỡ bởi lớp bột xung quanh. Ưu điềm của công nghệ 3DP là tạo ra dính kết các hạt bột ở nhiệt độ phòng và là nền tảng để tạo ra các sản phầm in có nhiều màu sắc. Công nghệ in SLS là công nghệ in kim loại phỗ biến hiện nay. Sản phầm in tiếp tục đi thiêu kết để gia tăng độ liên kết giữa các hạt bột. Cơ tính của sản phầm in vật liệu kim loại tốt nên thường được sử dụng như sản phẩm cuối cùng trong sản xuất.
Kết nối năng lực
| Tìm hiểu sự khác nhau giữa công nghệ in SLS và công nghệ in 3D trực tiếp từ vật liệu kim loại không cần sử dụng thùng bột trong Hình 9.10. |
Hình 9.10. Công nghệ in kim loại trực tiếp
Vận dụng
| Hình 9.11 mô tả công nghệ in 3D trong xây dựng nhà hiện nay. Trong đó, người ta đang sử dụng công nghệ in 3D nào? Hãy tìm hiểu và mô tả công nghệ đó tạo ra một ngôi nhà bằng in 3D. |
Hình 9.11. Mô hình ngôi nhà được xây dựng bằng công nghệ in 3D
