Sơ lược về công nghệ in 3D bạn cần biết

Công nghệ in 3D đã không quá xa lạ và đã trở thành người đồng hành thân thiết trong cuộc sống với những ứng dụng tuyệt vời do nó mang lại, nhưng không phải ai cũng biết về ngành công nghiệp này. Bài viết này xin được cung cấp những thông tin sơ lược tập trung vào việc phân loại và so sánh các công nghệ in 3D.

Nhóm 1. Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu in 3D dạng nhựa dẻo và phi kim loại

FDM là công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay (còn được gọi là công nghệ in 3D FFF) . Điển hình là các dòng máy in 3D Reprap hoặc máy in 3D giá rẻ (makerbot, Printerbot, Flashforge,..)

·         Ưu điểm: Là công nghệ in 3D giá rẻ. Thường sử dụng trong các sản phẩm cần chịu lực. Tốc độ tạo hình 3D nhanh.

·         Nhược điểm: Ít khi dùng trong lắp ghép vì độ chính xác không cao. Khả năng chịu lực không đồng nhất (chiều X-Y cứng lớn hơn chiều trục Z).

·         Cân nhắc: Nếu cần độ cứng cao, FDM là lựa chọn phù hợp. Nếu bạn cần chất lượng bề mặt mịn và chính xác, công nghệ SLS hoặc Polyjet (Ink Jetting) sẽ là lựa chọn tối ưu.

SLS (Selective Laser Sintering)

Công nghệ in 3D SLS là chìa khóa để các máy in 3D tạo ra những sản phẩm đa dạng, đặc biệt là in 3D bằng chất liệu kim loại/gốm.

·         Ưu điểm: Thích hợp để in các mô hình có thành mỏng, các chi tiết cần độ dẽo. Đặc biệt, SLS là lựa chọn tuyệt vời khi cần in những mô hình lớn hoặc có phần rỗng phía dưới đáy. Xét về độ mịn bề mặt, SLS cho chất lượng cao hơn FDM bởi vì rất khó để phân biệt các lớp in bằng mắt thường.

·         Nhược điểm: Gía thiết bị và vật liệu khá đắt. Các mô hình kín và có phần rỗng bên trong vẫn phải tiêu tốn một lượng vật liệu khá lớn.

·         Cân nhắc: Nếu cần tạo các mô hình có phần rỗng bên trong thì nên chọn FDM. SLS không thể đạt độ mịn bề mặt như Polyjet hoặc SLA.

SLA (Stereolithography)

SLA là công nghệ in 3D “lâu đời” nhưng không bao giờ lỗi thời. Hiện 3D Systems là hãng nắm bản quyền thương mại công nghệ in 3D này.

Tương tự SLS, các máy in 3D sử dụng công nghệ SLA sử dụng chùm tia laser/UV hoặc một nguồn năng lượng mạnh tương đương để làm “đông cứng” các lớp vật liệu.

·         Ưu điểm: Công nghệ SLA có khả năng tạo ra các mô hình có độ chi tiết cao, sắc nét và chính xác.

·         Nhược điểm: Vật liệu in 3D khá đắt, sản phẩm in 3D bị giảm độ bền khi để lâu dưới ánh sáng mặt trời.

·         Cân nhắc: Công nghệ SLA có nhiều nét tương đồng với Plolyjet, tổng hòa các yếu tố so sánh thì “kẻ tám lạng người nửa cân”.

Polyjet (Ink Jetting)

Polyjet là một dạng công nghệ in 3D mới mẻ và đầy sức mạnh. Sử dụng được với nhiều loại vật liệu in 3D khác nhau.

·         Ưu điểm: in được nhiều vật liệu/màu sắc lên cùng một sản phẩm. Chất lượng sản phẩm cũng rất tuyệt vời, tương đương SLA.

·         Nhược điểm: Các máy in 3D dùng công nghệ Ployjet thường có giá rất đắt, vật liệu support ( đỡ mô hình) khá yếu ớt.

·         Cân nhắc: Khi sản phẩm cần độ bề cao hơn, nên chọn SLA.

https://youtu.be/67cev_zcXJw

Sandstone (Binder Jetting)

Công nghệ in 3D màu Sandstone được thương mại hóa bởi Z Corporation vào năm 1995, từ đây, thuật ngữ”Three-Dimensional Printing” (in 3 chiều) ra đời.

·         Ưu điểm: Cho phép tạo ra mô hình với giải màu rộng ( gần với các máy in 3D full color mới nhất hiện nay)

·         Nhược điểm: Mô hình dòn, dễ gãy. Không thích hợp tạo mẫu in 3D dùng trong kỹ thuật.

·         Cân nhắc: Tuy phương pháp tạo hình khá giống SLS, nhưng Sandstone lại in được nhiều màu sắc lên sản phẩm ( SLS chỉ in được 1 màu duy nhất trong mỗi nguyên công in 3D!)

Nhóm 2. Máy in 3D từ vật liệu kim loại

Hiện nay,  ngày càng có nhiều sự quan tâm đến vấn đề in 3D kim loại, khi mà khả năng ứng dụng công nghiệp của nó rất sáng sủa và đáng được mong đợi.

Thực ra máy in 3D kim loại đã được nghiên cứu và chế tạo thành công, bên cạnh những máy in 3D khác về thực phẩm, vật chất sinh học hay thậm chí là cả vàng, thế nhưng chi phí dành cho nó hiện nay là quá đắt. Giờ đây một dự án mới của Matter Fab ddược hy vọng sẽ giảm chi phí liên quan đến in ấn 3D về kim loại, với một thiết bị in sử dụng laser công suất cao.

Khác với máy in 3D nhựa, hoạt động bằng cách đẩy ra một lượng lớn sợi nhựa để tạo hình đối tượng, những chiếc máy in 3D kim loại của Matter Fab sẽ rải một lớp bột kim loại mỏng lên “tấm xây dựng”, sau đó sử dụng tia laser để làm tan bột cùng lớp ở dưới nó. Bằng cách đó, máy có thể chế tạo một cách chính xác loại vật liệu kim loại khác nhau.

CEO của Matter Fab, ông Matt Burris đã bắt đầu sự nghiệp của mình khi lớn lên bên cửa hàng bán máy CNC của bố mình. Cửa hàng này chuyên cung cấp các bộ phận máy dành cho công nghiệp hàng không vũ trụ, cho đến 3 năm trước khi mà GE(General Electric) bắt đầu sử dụng in 3D để chế tạo một số bộ phận mà cửa hàng cung cấp.

Điều đó đã thôi thúc Burris quyết tâm tạo ra máy in 3D kim loại của riêng mình, và ông đã dành 2 năm làm việc miệt mài cùng người đồng sáng lập Dave Warren. Nhóm nghiên cứu đã làm việc trong phòng nghiên cứu công nghệ của công ty đầu tư Lemnos Labs để có thể biến ý tưởng thành sản phẩm thực và chạy.

Do chi phí dành cho các sensor (cảm biến) và  sức mạnh tính toán được giảm thiểu đáng kể, chiếc máy in kim loại 3D của Matter Fab được xây dựng để cung cấp các sản phẩm với cường độ thấp hơn các sản phẩm hiện nay, nhưng bù lại, lại có giá cả dễ chịu hơn rất nhiều. Với nguyên mẫu hiện nay, công ty đã sẵn sàng để bắt đầu sản xuất và phân phối sản phẩm của mình vào đầu năm sau.

Nhóm 3. Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu hữu cơ

Bạn sẽ không còn quá ấn tượng với những cỗ máy in ra một vài đồ trang trí, những chiếc chân tay giả cho người khuyết tật hay thậm chí là vũ khí sát thương. Tất cả những thứ đó diễn tả một giới hạn mà công nghệ in 3D đang chạm đến. Nó sẽ có thể in tất cả các đồ vật bằng chất liệu vô cơ. Thế đối với vật liệu hữu cơ thì sao? Liệu một máy in 3D có thể tạo ra những cơ quan nội tạng của con người?

Câu trả lời là có. Một nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Science Advances của nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Carnegie Mellon nói rằng họ có khả năng tái tạo một quả tim người bằng máy in 3D.

Vấn đề cốt lõi và đem đến nhiều thách thức nhất đó là làm sao để giữ cho cấu trúc sinh học được tái tạo bằng in 3D bền vững. Những chất hữu cơ và vật liệu sinh học thường mềm và dễ bị phá vỡ. Chúng có xu hướng sụp đổ nếu được in trong môi trường bình thường.

Sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất nội tạng là một tương lai khả thi.

Vì vậy, giải pháp mà nhóm nghiên cứu đưa ra là hãy in quả tim trong một môi trường đặc biệt. Thay vì bị bao bọc bởi không khí, những cấu trúc sinh học có thể được tạo ra trong một bể gel. Chất liệu này sẽ đóng vai trò như một khung xương ngoài, nâng đỡ và giữ ổn định cho những cấu trúc sinh học mỏng manh khỏi sự sụp đổ.

Sau đó, khi quá trình in hoàn tất, người ta có thể khiến lớp gel này tự động tan chảy ra chỉ với nhiệt độ 37 độ C, tương đương nhiệt độ cơ thể. Quá trình này kết thúc sẽ để lại một quả tim nguyên vẹn, khi các cấu trúc và vật liệu sinh học của chúng đã liên kết đủ chặt chẽ.

Ngày nay, kỹ thuật đột phá này đã cho phép máy in 3D có thể được sử dụng để sản xuất các sợi cơ, một cấu trúc nhỏ của não bộ và các động mạch. Đương nhiên, ấn tượng nhất đó là nó có khả năng in một quả tim . Các nhà khoa học sử dụng một máy chụp cộng hưởng từ (MRI) để quét hình ảnh 3D của động mạch vành và một quả tim mẫu. Từ đó, họ có khả năng xây dựng bản sao của cả hai cấu trúc phức tạp này bằng công nghệ in 3D.

Trước mắt, các nhà khoa học đã thành công trong việc in ra cấu trúc phức tạp của một loạt các động mạch với độ chính xác cao. Điều tiếp theo mà họ hướng đến là xây dựng một quả tim. Để làm điều này, máy in 3D phải sử dụng chất liệu từ các mô tim. Và như đã nói, quả tim phải được tạo ra trong một bể gel.

In 3D vật chất sinh học trong một bể gel.

Thực tế cho thấy rằng cũng không cần phải in ra hẳn một quả tim để cấy vào người bệnh. Mỗi người trong số họ thường chỉ có một phần tổn thương trên tim mình. Lí do đến từ việc những mô tim chết đi mà không có khả năng tự phục hồi. Vì vậy, thay vì in một quả tim, các bác sĩ có thể chỉ yêu cầu một mảnh mô tim nhỏ để bù đắp vào đó. Và điều này thì tương đối khả thi với những chiếc máy in 3D hiện nay.

Trên thị trường, một chiếc máy in 3D sinh học thường có giá khoảng 100.000 USD. Và công tất cả các chi phí lại nhóm nghiên cứu đề xuất rằng họ có thể sản xuất một cấu trúc nội tạng con người với giá dưới 1000 USD.

Quả thực, nếu điều này trở thành sự thật, có lẽ nó sẽ mở ra một tương lai mới cho ngành y học nói chung và vấn đề cấy ghép nội tạng nói riêng. Sẽ không còn một hàng dài xếp hàng trong danh sách chờ đợi tạng hiến và ca phẫu thuật. Mọi chuyện có thể dễ dàng và nhanh chóng hơn rất nhiều với một máy in 3D. Nó sẽ sản xuất ngay lập tức một quả tim nhân tạo, chỉ vài tiếng sau khi người bệnh ký vào bản yêu cầu.

Hiện nay tại Việt Nam, với tư cách là đại diện độc quyền của các hãng in 3D lớn trên thế giới như 3D System, Artech3D, công ty Scantech3D cam kết là kênh phân phối chính thống các máy in 3D, máy quét và scan3D chính hãng. Mọi cơ sở kinh doanh khác nếu không được sự đồng ý của Scantech3D đều không có quyền sử dụng hình ảnh và phân phối máy in của các hãng này tại Việt Nam.( Theo Scantech3D Vietnam)