Previous
Next

Tin tức chung

Công nghệ in 3D - bước đột phá trong ngành công nghiệp chế tạo

1. Giới thiệu

In 3D xuất hiện vào những năm 1980, với công nghệ Sterolithography – đây là một quá trình làm đông đặc các lớp mỏng polyme được hóa lỏng bằng chùm tia laser. Ban đầu công nghệ in 3D được dùng với mục đích tạo mẫu nhanh. Ngày nay, in 3D được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ về công nghệ và vật liệu sử dụng. Do vậy in 3D không chỉ đơn thuần ứng dụng trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh mà còn cho phép chế tạo các chi tiết với mục đích sử dụng trực tiếp. Công nghệ này đã được thương mại hóa và sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp chế tạo ô tô, hàng không vũ trụ hay trong kỹ thuật y sinh.

Theo báo cáo của tổ chức Wohlers trong năm 2014, Số lượng máy in 3D được cung cấp trên thị trường thế giới tăng 38.9% tính từ năm 2013, và đạt doanh thu 3.1 tỷ USD/năm và đạt mức 21 tỷ USD vào năm 2020. Năm 2015, có khoảng 280000 máy in 3D được bán trên thị trường thế giới.

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ in 3D (đặc biệt công nghệ in 3D vật liệu kim loại) đang chứng tỏ là một bước đột phá trong ngành công nghệ chế tạo, đồng thời mở ra các hướng thiết kế tối ưu sản phẩm. Theo các chuyên gia về công nghệ, đây chính là “bước đột phá” về công nghệ và là một nhân tố quan trọng trong xu thế của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0.

2. Nguyên lý chế tạo sản phẩm của in 3D

Công nghệ in 3D cho phép chế tạo sản phẩm bằng cách đắp vật liệu theo từng lớp. Cụ thể các bước như sau: (1) mô hình 3D của chi tiết được thiết kế trên phần mềm CAD (ví dụ CATIA, CREO …) hoặc được đưa vào phần mềm thông qua việc sử dụng thiết bị quét laser được chuyển sang định dạng file *.STL à (2) phần mềm chuyên dụng cho in 3D sẽ chia nhỏ chi tiết 3D thành nhiều lớp 2D và chuyển thông tin đến máy in 3D à (3) máy in 3D sẽ tự chế tạo vật thể theo từng lớp một cho đến khi vật thể cần sản xuất được hoàn thiện.

Trên thị trường hiện này có rất nhiều công nghệ in 3D được cung cấp bởi các công ty khác nhau, ví dụ: hãng EOS của Đức, Arcam của Thụy Điển, 3D systems và Optomec của Mỹ. Công nghệ in 3D được phân chia thành nhiều nhóm khác nhau - dựa theo phương pháp chế tạo, hoặc dựa vào nguồn năng lượng sử dụng để nung chảy vật liệu (năng lượng chùm laser hay năng lượng chùm electron ...). Hiện nay, để chế tạo các chi tiết bằng vật liệu kim loại, có hai nhóm công nghệ in 3D sau đây:

Powder Bed Fusion (PBF) – chế tạo chi tiết theo lớp trên “giường” bột : từng lớp bột được dải trên bàn chế tạo và được nung nóng chảy theo vùng định nghĩa bởi chi tiết (tiết diện 2D của chi tiết) bằng nguồn năng lượng của chùm laser hoặc electron.

Derected Energy Deposition (DED) – Dùng đầu phun, phun bột kim loại trong chùm năng lượng laser, bột kim loại nóng chảy trong luồng khí trơ bảo vệ và được đắp trực tiếp theo từng lớp đến khi chi tiết được chế tạo hoàn chỉnh.

3. Ưu điểm của công nghệ in 3D so với công nghệ truyền thống

So với công nghệ truyền thống như gia công cắt gọt, công nghệ in 3D có những ưu điểm vượt trội sau :

(1) Dựa vào nguyên lý trên, công nghệ in 3D cho phép chế tạo các chi tiết (sản phẩm) có độ phức tạp cao về hình dạng hình học mà công nghệ truyền thống như gia công cắt gọt rất khó hoặc không thể thực hiện được. Công nghệ in 3D cho phép nhà thiết kế mở rộng ý tưởng thiết kế, thiết kế tối ưu và tích hợp sản phẩm.

(2) Rút ngắn thời gian chuyển từ ý tưởng thiết kế đến chế tạo sản phẩm và rút ngắn giai đoạn chuẩn bị công nghệ.

(3) Sử dụng vật liệu đầu vào một cách hiệu quả và giảm thiểu chất thải

(4) Đơn giản hóa hệ thống sản xuất, có thể chế tạo đơn chiếc và loạt nhỏ ngay tại chỗ, đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng.

4. Ứng dụng trong công nghiệp chế tạo cơ khí

Công nghiệp chế tạo máy bay. Các chi tiết của máy bay thường có hình dạng rất phức tạp với nhiều cấu trúc dạng thành mỏng và thường được chế tạo từ các hợp kim siêu nhẹ, siêu bền như hợp kim của titan, nickel, các loại thép đặc biệt. 

Công nghiệp chế tạo ô tô. Hiện nay ngành công nghiệp ô tô đã và đang ứng dụng công nghệ in 3D như một công cụ quan trọng trong quá trình thiết kế và chế tạo, bởi công nghệ in 3D cho phép rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm và giảm giá thành chế tạo. In 3D được sử dụng để chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp, nhẹ và số lượng ít. 

Phục hồi dụng cụ, khuôn mẫu. Trong lĩnh vực phục hồi sữa chữa dụng cụ khuôn mẫu, sự kết hợp giữa công nghệ in 3D (đặc biệt là các công nghệ DED) và công nghệ CNC cho phép sữa chữa khuôn mẫu một cách hiệu quả, giảm thời gian và giá thành chế tạo khuôn mẫu. 

[Tác giả TS Lê Văn Thảo]

Xuất bản: 05/03/2018 04:21
Họ tên của bạn
Địa chỉ Email  
Tiêu đề
Nội dung
Mã xác nhận
Gửi nhận xét
  • Hoạt động NCKH

  •   Các sản phẩm nổi bật

  • Hoạt động đào tạo

  • Tham quan du lịch 2013

  • Công đoàn du xuân

  • Hoạt động TTCN

  • Giao lưu thể thao 2013