TOP công nghệ in 3D phổ biến

Ngày nay công nghệ in 3D đã được tích hợp trong hầu hết các hoạt động sản xuất và thiết kế. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi bây giờ công nghệ này đang từng bước trở thành một phần không thể thiếu trong sự phát triển chung của toàn nhân loại. Để tìm hiểu rõ hơn về lịch sử cũng như những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ này, hãy cùng theo dõi top những công nghệ in 3D mà chúng tôi chia sẻ dưới đây. 

Công nghệ in 3D Binder Jetting

Vật liệu sử dụng

Công nghệ in 3D Binder Jetting sử dụng hai vật liệu; một vật liệu dựa trên bột và một chất kết dính. Chất kết dính đóng vai trò là chất kết dính giữa các lớp bột. Chất kết dính thường ở dạng lỏng và vật liệu xây dựng ở dạng bột. Binder Jetting được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, bao gồm chế tạo các nguyên mẫu đủ màu (như tượng nhỏ), sản xuất lõi và khuôn đúc cát lớn và sản xuất các bộ phận kim loại in 3D chi phí thấp.

Chiều cao lớp điển hình phụ thuộc vào vật liệu: đối với các mô hình đủ màu, chiều cao lớp điển hình là 100 micron, đối với các bộ phận kim loại là 50 micron và đối với vật liệu khuôn đúc cát là 200-400 micron.

Binder Jetting nhiều màu

Binder Jetting có thể tạo ra các bộ phận in 3D đầy đủ màu sắc theo cách tương tự như Material Jetting. Và thường được sử dụng để in 3D các bức tượng nhỏ và bản đồ địa hình, vì giá thành rẻ.

Các mô hình đủ màu được in bằng bột sa thạch hoặc bột PMMA. Đầu in chính đầu tiên phun chất kết dính, trong khi đầu in phụ phun mực màu. Các loại mực với nhiều màu khác nhau có thể được kết hợp để tạo ra một mảng màu rất lớn, theo cách tương tự như máy in phun 2D.

Sau khi in, các bộ phận sau đó được phủ bằng cyanoacrylate (siêu keo) hoặc một chất xâm nhập khác để cải thiện độ bền của bộ phận và tăng cường độ sống động của màu sắc. Sau đó, một lớp epoxy thứ cấp cũng có thể được thêm vào để cải thiện hơn nữa độ bền và màu sắc. 

Lõi và khuôn đúc cát

Việc sản xuất các mẫu đúc trên cát lớn là một trong những cách sử dụng phổ biến nhất của Binder Jetting. Chi phí thấp và tốc độ của quy trình làm cho công nghệ in 3D này trở thành một giải pháp tuyệt vời cho các thiết kế hoa văn phức tạp mà rất khó hoặc không thể sản xuất bằng kỹ thuật truyền thống.

Các lõi và khuôn thường được in bằng cát hoặc silica. Sau khi in, khuôn mẫu thường ngay lập tức sẵn sàng để đúc. Thành phần kim loại đúc thường được lấy ra khỏi chúng sau khi đúc bằng cách phá vỡ khuôn. Mặc dù những khuôn này chỉ được sử dụng một lần nhưng tiết kiệm thời gian và chi phí so với sản xuất truyền thống.

Phun chất kết dính kim loại

Metal Binder Jetting tiết kiệm hơn tới 10 lần so với các quy trình in 3D kim loại khác (DMSL / SLM). Hơn nữa, kích thước xây dựng của Binder Jetting lớn đáng kể và các bộ phận được sản xuất không yêu cầu cấu trúc hỗ trợ trong quá trình in, cho phép tạo ra các hình học phức tạp. Điều này làm cho Metal Binder Jetting trở thành một công nghệ rất hấp dẫn để sản xuất kim loại từ mức thấp đến trung bình.

Sự khác nhau giữa in phun kết dính (Binder Jetting) và kỹ thuật chế tạo bằng chất phụ gia

Thực tế có rất nhiều kỹ thuật in 3D khác nhau được sử dụng. Phần lớn sẽ áp dụng quy trình nung chảy hoặc sử dụng nhiệt để gắn kết các bộ phận sản phẩm lại với nhau. 

Đối với in phun kết dính, đây là công nghệ in 3D không sử dụng nhiệt trong suốt quá trình in. Điều này làm cho Binder Jetting trở nên khác biệt so với các kỹ thuật chế tạo bằng chất phụ gia khi mà các kỹ thuật này cần đến sự trợ giúp của nhiệt độ để tạo những ứng suất dư trên sản phẩm. Đồng thời, công nghệ Binder Jetting cũng không yêu cầu sử dụng phiến đỡ vì các chi tiết in đều được hỗ trợ thông qua một lớp bột tách lỏng nằm trong hộp thao tác. 

Một ưu điểm chính của Binder Jetting so với các quy trình in 3D khác là liên kết xảy ra ở nhiệt độ phòng. Điều này có nghĩa là các biến dạng về chiều liên quan đến hiệu ứng nhiệt (chẳng hạn như cong vênh trong FDM, SLS, DMSL / SLM hoặc cong trong SLA / DLP) không phải là vấn đề trong Binder Jetting.

Hơn nữa, Binder Jetting không yêu cầu cấu trúc hỗ trợ: bột bao quanh cung cấp cho bộ phận tất cả các hỗ trợ cần thiết (tương tự như SLS). Đây là điểm khác biệt chính giữa Phun chất kết dính kim loại và các quy trình in 3D kim loại khác, quy trình này thường yêu cầu sử dụng rộng rãi các cấu trúc hỗ trợ và cho phép tạo ra các cấu trúc kim loại dạng tự do với rất ít hạn chế hình học. 

Quy trình công nghệ

Trong công nghệ in 3D Binder Jetting, hầu hết tất cả các thông số quy trình đều được nhà sản xuất máy cài đặt sẵn. Dưới đây là cách hoạt động của quá trình Binder Jetting:

Bước 1: 

Đầu tiên, một lưỡi sơn phủ rải một lớp bột mỏng lên nền đỡ.

Bước 2

Sau đó, một toa với các đầu phun mực (tương tự như các đầu phun được sử dụng trong máy in 2D để bàn) đi qua bàn in, lắng đọng có chọn lọc các giọt chất kết dính (keo) liên kết các hạt bột với nhau. Trong Binder Jetting màu, mực màu cũng được lắng đọng trong bước này. Kích thước của mỗi giọt có đường kính khoảng 80 μm, do đó có thể đạt được độ phân giải tốt.

Bước 3

Khi lớp hoàn tất, nền đỡ sẽ được di chuyển xuống dưới và lưỡi sơn phủ lại bề mặt. Quá trình sau đó lặp lại cho đến khi toàn bộ các bộ phận được hoàn tất.

Bước 4

Sau khi in, phần này được bao bọc trong bột và được giữ lại để làm cứng và tăng cường độ bền. Sau đó, bộ phận này được lấy ra khỏi thùng bột và bột thừa sẽ được làm sạch thông qua không khí dưới áp suất phù hợp.

Tùy thuộc vào chất liệu, một bước xử lý sau thường được yêu cầu. Ví dụ, các bộ phận Phun chất kết dính bằng kim loại cần được thiêu kết (hoặc xử lý bằng nhiệt) hoặc ngâm với kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp (thường là đồng). Các nguyên mẫu với nhiều màu sắc cũng được tẩm acrylic để cải thiện độ sống động của màu sắc. 

Công nghệ in 3D FDM

Lịch sử ra đời

Công nghệ in 3D Fused Deposition Modeling hay còn được biết đến với các tên viết tắt là FDM được tạo ra vào năm 1988 bởi Scott và Lisa Crump, những người sáng lập của Stratasys. Crump đã tạo ra công nghệ này để chế tạo cho con gái mình một con ếch đồ chơi bằng cách sử dụng súng bắn keo và hỗn hợp polyetylen và sáp nến. Năm 1989, Crump được cấp bằng sáng chế công nghệ FDM và thành lập Stratasys. Stratasys đã tạo ra quy trình phần mềm chuyển đổi các tệp in nổi (STL) sang một định dạng khác để cắt các phần của mô hình 3D và xác định cách các lớp sẽ được in theo trình tự hoàn hảo nhất có thể. 

Cấu tạo

FDM là phương pháp in 3D cơ bản nhất. FDM bao gồm 3 bộ phận chính: một tấm in mà các sản phẩm được in trên đó; một cuộn dây dùng làm vật liệu in và một đầu đùn, được gọi là máy đùn. Cuộn dây sẽ được làm nóng bởi máy đùn của máy in để vật liệu tan chảy và  lắng đọng từng lớp một trên tấm in.

Quá trình mô hình hóa 3D liên quan đến việc thiết kế sản phẩm bằng phần mềm CAD 3D (chẳng hạn như SolidWorks, TinkerCAD hoặc SelfCAD). Sau khi được thiết kế, mô hình 3D (có thể là tệp .STL) được chia thành nhiều lớp thông qua một ‘máy cắt’ (chẳng hạn như Cura hoặc Repetier) trước khi các thông số in được chọn.

Máy in 3D sẽ bắt đầu in khi máy đạt đến nhiệt độ cần thiết, thường là khoảng 200° C (392 ° F). Nhiệt độ này là cần thiết để làm nóng chảy vật liệu. Vật liệu in 3D phổ biến được sử dụng là PLA (axit polyactic) và ABS (Acrylonitrile butadiene styrene).

Phân tích ưu và nhược điểm

Ưu điểm của in 3D FDM là gì?

Dễ dàng xử lý

Ngành công nghiệp in 3D không ngừng phát triển. Công nghệ in 3D FDM đơn giản hóa quy trình sản xuất và cho phép các nhà sản xuất kiểm tra, thay đổi và cuối cùng là sản xuất ra sản phẩm cuối cùng trong khung thời gian nhanh hơn các phương pháp truyền thống. Dễ dàng xử lý là một trong những lợi ích tuyệt vời của in 3D FDM, hãy đảm bảo bạn có máy in 3D FDM tốt nhất cho các mục tiêu của công ty.

Chi phí hiệu quả

Đối với bất kỳ doanh nghiệp nào, chi phí là tất cả vì điều này ảnh hưởng đến lợi nhuận và giữ cho chi phí thấp là rất quan trọng. Do đó, in 3D FDM, cung cấp một giải pháp khả thi được thiết kế để giúp giảm chi phí sản xuất.

Tất nhiên là hỗ trợ giảm chi phí phát triển nguyên mẫu, chi phí thử nghiệm và chi phí sản xuất cuối cùng. Qua so sánh với các loại kỹ thuật in 3D khác thì in 3D FDM cũng rẻ hơn so với các phương pháp khác. Vật liệu được sử dụng rẻ hơn so với vật liệu được sử dụng trong SLS và SLA 3D.

Linh hoạt trong lựa chọn vật liệu

Thông thường, nhiều doanh nghiệp bị chi phối bởi các vật liệu mà họ sử dụng trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, khi nói đến in 3D FDM, có rất nhiều loại vật liệu có sẵn và tất cả đều dễ tiếp cận và tiết kiệm. Bạn cũng có thể lựa chọn vật liệu được sử dụng cùng một lúc, giúp tạo ra các vật thể phức tạp trong khi cũng có thể in bằng nhiều màu sắc mang lại tính linh hoạt và thẩm mỹ cao. 

Xử lý hậu kỳ ít hơn

Thời gian là tiền bạc và công nghệ in 3D FDM là một lựa chọn tối ưu hóa thời gian sản xuất và tiết kiệm tiền. Vì yêu cầu xử lý hậu kỳ ít hơn, có nghĩa là không cần phải suy nghĩ về cách bạn sử dụng chất lỏng đắt tiền. 

Khả năng tiếp cận là rất quan trọng đối với các doanh nghiệp nếu bạn muốn tận dụng tính năng in 3D FDM. Cho dù doanh nghiệp đang tìm kiếm giải pháp in 3D lần đầu tiên hay chỉ đơn giản là đang tìm kiếm một tùy chọn in khả thi có sẵn, thì in 3D FDM là một lựa chọn tuyệt vời. Kỹ thuật này hiệu quả, dễ hiểu và máy in 3D FDM tốt nhất mang lại kết quả sẵn có mà rất ít phiền phức. 

Nhược điểm của in 3D FDM là gì?

• Chất lượng in của bản in 3D FDM không tốt bằng SLA hoặc SLS.
• In 3D với công nghệ FDM thường diễn ra khá chậm. Điều này làm cho công nghệ này không thể sử dụng được trong một số ngành công nghiệp khi cần một số lượng lớn các bộ phận nhanh chóng.
• Việc in từng lớp trong FDM đôi khi có thể dẫn đến các vấn đề cong vênh và ảnh hưởng đến thẩm mỹ của sản phẩm

Nguyên lý làm việc

Tương tự như các hình thức in 3D khác, FDM sử dụng thiết kế kỹ thuật số được tải lên máy in 3D. Có rất nhiều hạt nhựa khác nhau được sử dụng, chẳng hạn như ABS, PETG, PEI và PEEK. Các hạt nhựa được nấu chảy và đưa vào bệ đỡ với đế và vòi phun, cả hai đều được điều khiển bằng máy tính. Máy tính hoạt động bằng cách dịch và phân tích các đối tượng cũng như kích thước đi kèm thành các tọa độ giúp vòi phun và đế có thể tuân theo.

Khi vòi phun di chuyển qua đế, nhựa nguội đi và trở nên rắn chắc, tạo thành một liên kết cứng với lớp trước đó. Tại thời điểm này, đầu in đi lên để cho lớp nhựa tiếp theo được đặt xuống.

Thực tế in 3D là cực kỳ hiệu quả và nhanh chóng nhưng thời gian để tạo ra một sản phẩm sẽ phụ thuộc rất nhiều vào kích thước tổng thể. Các sản phẩm nhỏ hơn khoảng vài inch có thể được tạo ra nhanh chóng nhưng sản phẩm lớn hơn, phức tạp hơn sẽ mất nhiều thời gian hơn.

Vật liệu sử dụng

Nhiều loại nhựa sản xuất khác nhau (ví dụ: ABS, PLA, Nilon) được sử dụng với công nghệ in 3D FDM cũng như các vật liệu không phải nhựa như thủy tinh, bạc, titan, thép và sáp.

Stratasys, công ty đi đầu trong công nghệ polyme nhiệt dẻo FDM, cung cấp hỗ trợ cho các loại nhựa sau trong máy in 3D của họ: ABSplus, ABSi, ABS-M30, ABS-M30i, ABS-ESD7, ASA, FDM Nylon 12, PC, PC-ABS, PC -ISO, PPSF / PPSU, ULTEM 9085 và ULTEM 1010.  Đây là những loại nhựa bền, ổn định được sử dụng trong các quy trình sản xuất khuôn phun quy mô lớn.

Ứng dụng

Việc sử dụng in 3D được công bố rộng rãi nhưng FDM 3D Printing được sử dụng để làm gì? Nhiều ngành công nghiệp khác nhau chọn sử dụng công nghệ in 3D FDM. Các ngành công nghiệp bao gồm ô tô và một loạt các nhà sản xuất hàng tiêu dùng. Họ sử dụng FDM vì chúng giúp hỗ trợ phát triển sản phẩm, tạo mẫu và quy trình sản xuất của họ. 

Ứng dụng để tạo mẫu nhanh

Tạo mẫu bằng công nghệ FDM thường được sử dụng để xác định xem khái niệm kỹ thuật có bất kỳ sai sót nào cần thiết kế lại hay không. Nhiều nguyên mẫu có thể được tạo ra dựa trên các cải tiến thiết kế lặp đi lặp lại trong khoảng thời gian tương đối nhanh và với chi phí sản xuất tương đối thấp bằng máy in 3D. 

Quá trình lặp đi lặp lại thiết kế một phần trong Solidworks CAD, in nguyên mẫu của thiết kế trong máy FDM, kiểm tra chức năng của nguyên mẫu trong thế giới thực, khắc phục các thiếu sót thiết kế trong phần mềm và sau đó in lại liên tiếp nguyên mẫu được gọi là “ tạo mẫu nhanh. ”

Ứng dụng cho sản xuất

FDM có thể hữu ích cho sản xuất quy mô nhỏ, nơi ép phun có thể đắt hơn hoặc hoàn toàn không thể tiếp cận được do quy mô nhỏ của chủ đầu tư. Nhiều tiến bộ trong máy in 3D kể từ khi ra đời đã làm cho việc sản xuất rẻ hơn và do đó dễ tiếp cận hơn. 

Với mục tiêu cải tiến nhằm giảm giá thay vì nâng cao công nghệ, có vẻ như các nhà sản xuất công nghệ FDM đang tìm cách nhắm mục tiêu thị trường cho các ứng dụng sản xuất phi tập trung và có thể quy mô nhỏ hơn.

Các tầng FDM khác nhau bao gồm các máy tập trung vào các nhà thiết kế quy mô nhỏ (ví dụ: máy in dòng Mojo và uPrint) cũng như các máy được sử dụng bởi các công ty chuyên thiết kế cơ chế lớn hơn như Creative Mechanisms (ví dụ: máy in dòng Fortus).

Công nghệ in 3D SLA

Lịch sử ra đời

Quy trình in 3D SLA lần đầu tiên xuất hiện vào đầu những năm 1970, khi nhà nghiên cứu Nhật Bản, Tiến sĩ Hideo Kodama phát minh ra phương pháp tiếp cận phân lớp hiện đại đối với kỹ thuật lập thể, sử dụng ánh sáng cực tím để làm cứng  polymer cảm quang. 

Sau đó, SLA (stereolithography), là một thuật ngữ được đặt ra và được cấp bằng sáng chế vào năm 1986 bởi Chuck Hull. Và sớm được thương mại hóa bởi công ty 3D Systems có trụ sở tại Hull ở Nam Carolina. Hull mô tả phương pháp này giống như việc tạo ra các vật thể 3D bằng cách “in” liên tiếp các lớp mỏng của vật liệu có thể làm cứng lại bằng tia cực tím. 

Cấu tạo

Máy in 3D SLA bao gồm các thành phần chính dưới đây:

• Nguồn Laser: Laser là thiết bị quan trọng nhất được sử dụng trong máy in 3D SLA. Laser đóng rắn nhựa để tạo thành nhựa cứng.
• Gương quét X-Y: Chùm tia Laser từ nguồn rơi vào gương quét X-Y và điều này giúp hướng chùm tia lên nhựa và theo dõi hình dạng của sản phẩm thiết kế.
• Bể chứa nhựa: Bể này chứa nhựa photopolymer.
• UV Curable Resin: Đây là loại nhựa photopolymer lỏng có thể được đông lại bằng tia cực tím, tức là chúng sẽ cứng lại khi tiếp xúc với tia laser.
• Nền đỡ: Các lớp sẽ bám vào nền đỡ trong quá trình in và nền đỡ này sẽ chuyển theo hướng Z trong khi in.
• Thang nâng: Hệ thống thang nâng điều khiển chuyển động của nền đỡ theo hướng Z.

Quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ in 3D SLA sẽ bao gồm hai giai đoạn sau: 

Giai đoạn 1: Quy trình in lập thể.

Phần mềm

Như trường hợp của nhiều quy trình sản xuất phụ gia, bước đầu tiên bao gồm thiết kế mô hình 3D thông qua phần mềm CAD. Các tệp CAD là các đại diện được số hóa liên quan đến sản phẩm in cuối cùng.

Nếu chúng không được tạo tự động như vậy, các tệp CAD phải được chuyển đổi thành tệp STL. Ngôn ngữ tessellation tiêu chuẩn (STL), hay “ngôn ngữ tam giác chuẩn”, là một định dạng tệp có nguồn gốc từ phần mềm lập thể được tạo bởi Albert Consulting Group dành riêng cho Hệ thống 3D vào năm 1987. Các tệp STL mô tả hình dạng bề mặt của đối tượng 3D, bỏ qua các các thuộc tính chung của mô hình CAD, chẳng hạn như màu sắc và kết cấu.

Bước trước khi in là nạp tệp STL vào phần mềm máy cắt 3D, chẳng hạn như Cura. Các nền tảng như vậy chịu trách nhiệm tạo ra mã G, ngôn ngữ mẹ đẻ của máy in 3D.

In 3D SLA

Khi quá trình này bắt đầu, tia laser sẽ “hút” lớp đầu tiên của bản in vào nhựa cảm quang. Bất cứ nơi nào tia laser chiếu vào, chất lỏng sẽ đông đặc lại. Tia laser được dẫn hướng đến các tọa độ thích hợp bằng một gương điều khiển bằng máy tính.

Tại thời điểm này, điều đáng nói là hầu hết các máy in SLA để bàn đều hoạt động ngược. Tức là, tia laser được hướng lên nền đỡ, bắt đầu ở mức thấp và tăng dần.

Sau lớp đầu tiên, nền được nâng lên theo độ dày của lớp (thường khoảng 0,1 mm) và nhựa bổ sung được phép chảy xuống bên dưới phần đã được in. Sau đó, tia laser làm rắn chắc mặt cắt tiếp theo và quá trình này được lặp lại cho đến khi toàn bộ phần hoàn chỉnh. Nhựa không bị tia laser chạm vào vẫn còn trong bể chứa và có thể được tái sử dụng.

Giai đoạn 2: Xử lý sau

Sau khi kết thúc quá trình xử lý vật liệu, bệ đỡ được nâng ra khỏi bể và phần nhựa thừa được xả hết. Vào cuối quá trình, mô hình được đưa ra khỏi bệ, rửa sạch nhựa thừa, sau đó được đặt trong lò UV để đóng rắn lần cuối. Bảo dưỡng sau khi in giúp các vật thể đạt được độ bền cao nhất có thể và trở nên ổn định hơn.

Phân tích ưu nhược điểm

Đối với những ai quan tâm đến công nghệ in 3D này thì có thể tham khảo thêm các ưu và nhược điểm sau: 

Ưu điểm

• SLA là một trong những kỹ thuật in 3D chính xác nhất trên thị trường.
• Nguyên mẫu có thể được tạo ra với chất lượng cực cao, với các đặc điểm chi tiết tinh xảo (thành mỏng, góc nhọn, v.v.) và hình dạng hình học phức tạp. Độ dày lớp có thể được thực hiện thấp đến 25 μm, với kích thước tính năng tối thiểu từ 50 đến 250 μm.
• SLA cung cấp dung sai kích thước chặt chẽ nhất khi nói đến bất kỳ công nghệ tạo mẫu nhanh hoặc sản xuất phụ gia nào: +/- 0,005 ″ (0,127 mm) cho inch đầu tiên và thêm 0,002 ″ cho mỗi inch bổ sung.
• Bề mặt in nhẵn.
• Khối lượng sản phẩm có thể cao tới 50 x 50 x 60 cm³ mà không ảnh hưởng đến độ chính xác.

Nhược điểm

• Việc in ấn có xu hướng mất nhiều thời gian.
• Các sườn dốc và phần nhô ra cần có cấu trúc hỗ trợ trong quá trình xây dựng. Các bộ phận như vậy có thể bị sập trong giai đoạn in hoặc đóng rắn.
• Nhựa tương đối dễ vỡ và do đó không thích hợp cho các nguyên mẫu chức năng hoặc thử nghiệm cơ học.
• SLA cung cấp lựa chọn chất liệu và màu sắc hạn chế, thường cung cấp chất liệu đen, trắng, xám và màu trong. Thông thường, nhựa là độc quyền và do đó không thể dễ dàng trao đổi giữa các máy in từ các thương hiệu khác nhau.
• Chi phí in SLA tương đối cao (ví dụ: máy móc, vật liệu, môi trường phòng thí nghiệm).

Công nghệ in 3D SLS

Lịch sử ra đời

SLS đề cập đến quá trình thiêu kết laser chọn lọc, được phát triển vào giữa những năm 1980 bởi Tiến sĩ Carl Deckard và Tiến sĩ Joe Beaman. Giống như các công nghệ in 3D khác, SLS là một phương pháp sản xuất phụ gia sử dụng tia laser công suất cao để “nung kết” hoặc làm rắn chắc vật liệu nhựa dạng bột. 

Từ đó, khái niệm tương tự đã được sửa đổi để hoạt động với nhiều vật liệu khác nhau bao gồm kim loại, thủy tinh và gốm sứ. Ngày nay, SLS cùng với thiêu kết laser kim loại trực tiếp (DMLS) và nung chảy laser chọn lọc (SLM) là một số ví dụ quan trọng nhất của công nghệ được gọi chung là phản ứng tổng hợp bột.

Trên thực tế, hai bác sĩ, Deckard và Beaman, đã được cấp bằng sáng chế Selective Laser Sintering. Ngoài ra, họ đã tham gia vào việc thành lập DTM Corporation, hiện là một phần của 3D Systems (từ năm 2001). Kể từ đó, nhiều công ty chuyên về kỹ thuật 3D đã ra đời, trong đó có Farsoon Technologies, đặc biệt chuyên về SLS. 

Mặc dù công nghệ SLS đã có từ lâu nhưng hiện tại vẫn bị hạn chế sử dụng trong việc tạo mẫu nhanh và sản xuất các bộ phận tùy chỉnh với số lượng thấp. Việc sử dụng tia laser công suất cao và xử lý vật liệu dạng bột đã được chứng minh là quá nguy hiểm hoặc quá đắt để có thể thu nhỏ lại với chi phí thực tế.  

Nguyên lý làm việc

Công nghệ in 3D SLS giúp bạn có thể in các vật thể chức năng mà không cần sử dụng chất kết dính trung gian hoặc phải trải qua giai đoạn lắp ráp. Trước khi in, đối tượng được thiết kế bằng phần mềm CAD (ví dụ: CATIA, SolidWorks, ProEngineer). Mô hình này sau đó sẽ được gửi đến máy in 3D ở định dạng số (tệp STL). Sau đó, quá trình in được thực hiện từng lớp, từ bột nung chảy, nhờ nhiệt độ được tạo ra bởi laser CO2.

Để bắt đầu quá trình và chuẩn bị máy in 3D SLS, phễu đựng bột và khu vực nền được làm nóng dưới nhiệt độ nóng chảy của bột polymer. Lớp bột đầu tiên được lắng xuống nền đỡ.

Sau đó, laser CO2 thiêu kết có chọn lọc (tức là hợp nhất) các hạt polyme dạng bột theo hình dạng mong muốn. Toàn bộ mặt cắt ngang của bộ phận được quét bằng tia laser, để bộ phận có được kết cấu vững chắc nhất. 

Khi từng lớp hoàn tất, nền đỡ sẽ di chuyển xuống dưới để bề mặt vật liệu được phủ lại. Quá trình này được lặp lại cho đến khi toàn bộ bộ phần được hoàn tất. 

Sau khi in, các bộ phận được bao phủ hoàn toàn bởi bột. Bể chứa bột này phải được làm nguội trước khi chuyển sang công đoạn làm sạch và xử lý sau. Quá trình này có thể mất đến 12 giờ. Sau đó, các bộ phận được làm sạch bằng khí nén hoặc một số phương tiện làm sạch khác, và sẵn sàng để sử dụng. 

Ưu điểm nổi bật nhất của công nghệ in 3D SLS

SLS là một trong những phương pháp phổ biến để tạo mẫu nhanh, đặc biệt là để sản xuất hàng loạt các bộ phận tùy chỉnh. Trong các ứng dụng quy mô công nghiệp, đây là một công nghệ in 3D đáng tin cậy, chính xác và nhanh chóng, đã vượt qua thử thách của thời gian.

Không cần cấu trúc hỗ trợ

Một trong những lợi ích chính của việc sử dụng SLS in là thiết kế không cần bất kỳ cấu trúc hỗ trợ nào. Khi bản in đang được xây dựng, tất cả các khoảng trống sẽ tự động được lấp đầy bằng bột, do đó làm cho bản in SLS được hoàn thiện tự động. Điều này cung cấp cho các nhà tạo mẫu và thiết kế sản phẩm một mức độ tự do hơn trong quá trình thiết kế. 

In bằng SLS cũng có thể là một giải pháp khả thi để in các thiết kế phức tạp trong trường hợp bạn không muốn sử dụng phương pháp in nhiều phần với công nghệ in FDM hoặc SLA.

Nhanh chóng

Vì bột nilon được sử dụng trong SLS chỉ cần tiếp xúc rất ngắn với tia laser để thiêu kết, in SLS có tiềm năng trở thành một trong những công nghệ in 3D nhanh nhất – thậm chí còn nhanh hơn SLA. 

Tất nhiên, tốc độ phải được định lượng trong bối cảnh độ phân giải in, vì ngay cả một máy in FDM cũng có thể in cực kỳ nhanh nếu phần mềm được thiết lập để in các đường lớp rất dày. Với SLS, hầu như không có bất kỳ sự đánh đổi nào giữa tốc độ in và chất lượng.

Độ bám dính lớp tuyệt vời

In SLS đã được biết đến là kết quả của các bản in có độ bám dính lớp rất mạnh. Do đặc điểm này, các bản in SLS hầu như có tính chất cơ học đẳng hướng. Điều này có nghĩa là độ bền kéo, độ cứng và độ giãn dài của vật thể được in bằng SLS gần như bằng nhau theo mọi hướng.

Lý tưởng để nhuộm

Các bản in SLS có bề mặt xốp tự nhiên, khiến chúng rất dễ bị hấp thụ bởi độ ẩm và các chất lỏng khác. Điều này có thể rất tốt cho việc nhuộm màu của các bộ phận sau khi in. Tuy nhiên, các bản in SLS tiếp xúc với điều kiện độ ẩm cao sẽ có thể yêu cầu bề mặt hoàn thiện không thấm nước.

Ứng dụng thực tế

In 3D sử dụng công nghệ SLS là một phương pháp ra đời từ lâu vẫn được sử dụng nhiều trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh. Quy trình in nhanh chóng, đáng tin cậy và có quy mô kinh tế tốt. Đồng thời cũng khá linh hoạt – có thể được sử dụng để tạo ra các bộ phận tùy chỉnh được làm từ kim loại, nhựa, gốm sứ và một số vật liệu composite. 

Đã có rất nhiều nỗ lực trong những năm gần đây để đưa công nghệ in SLS vào thị trường máy tính để bàn hoặc bàn để bàn. Mặc dù kết quả của những nỗ lực này khá ấn tượng, nhưng máy in SLS vẫn hơi quá đắt để có thể sử dụng được đối với những người yêu thích in 3D thông thường.

Ngành công nghiệp in 3D tiếp tục đổi mới phần cứng cũng như vật liệu và quy trình để tạo ra các vật thể hoặc bộ phận. Tùy thuộc vào nhiều yếu tố như ngân sách, thiết kế hay chức năng, việc lựa chọn quy trình in 3D phù hợp là rất quan trọng. Với những chia sẻ liên quan đến các công nghệ in 3D phổ biến và được ưa chuộng bậc nhất hiện nay. Đặc biệt là những thông tin hữu ích và chi tiết về công nghệ in SLS, SLA, FDM cũng như Binder Jetting, hy vọng bạn sẽ chọn cho mình được những công nghệ in phù hợp nhất.