In 3D là một công nghệ đang được phát triển với tốc độ khá nhanh và ứng dụng của công nghệ này trải dài trên nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, công nghệ in 3D đã được khai sinh từ những năm 80 của thế kỷ trước và qua thời gian, in 3D đã được cải tiến với nhiều biến thể nhằm đáp ứng với nhiều nhu cầu in ân tạo hình khác nhau. Trong bài viết hôm nay, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về các công nghệ in 3D và những mốc thời gian đáng nhớ.
Năm 1984 - Thời khắc khai sinh ra công nghệ máy in 3D
Lịch sử phát triển công nghệ in 3D
Charles Hull là người đầu tiên phát minh ra Stereolithography - một phương pháp đột phá tạo ra một đối tượng 3D hữu tình từ những dữ liệu kỹ thuật số . Công nghệ này được sử dụng để chế tạo ra các vật phẩm 3D chỉ từ những hình ảnh trên máy tính và công nghệ này cho phép người dùng kiểm tra các mẫu thiết kế một cách nhanh chóng, chính xác trước khi quyết định đầu tư sản xuất hàng loạt.
Năm 1986, Charles Hull đăng ký bản quyền phát minh Stereolithography. Sau đó, ông thành lập công ty 3D System và phát triển máy in 3D thương mại đầu tiên được gọi là Stereolithography Apparatus (SLA).
SLA là công nghệ sử dụng tia sáng (tia laser, tia UV hoặc tia sáng bình thường) làm đông cứng lớp photopolymer lỏng (polymer quang hóa - polymer đóng rắn khi có ánh sáng chiếu vào) được chứa trong bồn, từng lớp từng lớp để hình thành nên vật thể 3D. Đây là công nghệ đầu tiên và cũng là công nghệ đem lại độ dày layer nhỏ nhất hiện nay (độ chi tiết tốt nhất).
Cùng năm này các phát minh về LOM, SLS, DTM, EOS cũng được đăng ký bản quyền.
Năm 1987, 3D System phát triển dòng sản phẩm SLA-250, đây là phiên bản máy in 3D đầu tiên được giới thiệu ra công chúng.
Năm 1987, một công ty khác có tên Object đã giới thiệu công nghệ Jetted Photopolymer (J-P)
Về công nghệ J-P, thật ra công nghệ này cũng giống như công nghệ SLA nhưng thay vì nguyên liệu được chứa trong bồn thì nguyên liệu được phun giống như máy in phun, đi kèm với đầu phun là đèn chiếu UV làm đông cứng lớp photopolymer vừa phun ra. Vì vậy, công nghệ cho phép in nhiều loại vật liệu trên cùng một vật thể in, mỗi bình mực in là 1 loại vật liệu.
Năm 1988 – Scott Crump phát minh ra công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM).
Công nghệ FDM sử dụng nguyên liệu đầu vào là sợi nhựa, sau đó được nung nóng chảy ra và đầu phun kéo các sợi nhựa chảy này theo biên dạng của mặt cắt từng layer, và đắp từng lớp layer chồng lên nhau để tạo ra sản phẩm 3D. Đây là công nghệ phổ biến nhất hiện nay vì nó đơn giản và dễ chế tạo. Những máy in DIY giá rẻ hiện nay đều sử dụng công nghệ này, giá thành chỉ khoảng vài trăm đến vài nghìn đô la. Tuy nhiên, do những nhược điểm cố hữu của công nghệ nên máy in DIY chỉ có thể đáp ứng được những yêu cầu trung bình.
Năm 1989 – Scott Crump thành lập công ty Stratasys.
Năm 1989 – DTM bắt đầu bán ra dòng máy in Selective Laser Sintering (SLS).
Công nghệ SLS sử dụng nguyên liệu dạng bột được chứa trong các bồn, các layer được xếp chồng lên nhau bằng các bánh lăn (roller), vừa cuộn vừa kéo san phẳng vật liệu ra thành lớp mỏng. Biên dạng layer được hình thành bằng cách dùng tia laser chiếu cho nóng chảy bột để bột lớp layer trên liên kết với layer dưới.
Cũng trong năm 1989 – Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology (MIT) đăng ký phát minh “3 Dimensional Printing techniques (3DP)”.
Công nghệ này sử dụng nguyên lý tạo lớp layer giống như công nghệ SLS ở trên, còn phần liên kết các layer với nhau thì giống với công nghệ máy in phun 2D bình thường. Mực in lúc này vừa là màu sắc, vừa là keo liên kết các hạt bột với nhau. Công nghệ này có thể in được màu sắc cho vật thể giống như máy in phun màu . Chữ 3dp chính là 3D Printing hay in 3D hiện nay chúng ta đang dùng.
Năm 1995 – Công ty Z Corporation đã mua lại giấy phép độc quyền từ MIT để sử dụng công nghệ 3DP và bắt đầu sản xuất các máy in 3D.
Năm 1991 – Helisys bán chiếc máy đầu tiên dùng công nghệ Laminated Object Manufacturing (LOM).
Công nghệ LOM sử dụng nguyên liệu đầu vào là các vật liệu có thể dát mỏng như giấy, gỗ … dạng cuộn hay tờ, mỗi layer chính là mỗi tờ giấy hay lát gỗ, biên dạng layer được cắt ra bằng laser hay dụng cụ cắt rồi dán chồng lên nhau tạo nên vật thể 3D. Đối với công nghệ này có thể tạo ra vật thể có màu sắc theo đúng thiết kế.
Năm 1992 – Stratasys bán chiếc máy FDM đầu tiên: “3D Modeler”.
Năm 1996 – Stratasys giới thiệu dòng máy in 3D ”Genisys”. Cùng năm này Z Corporation cũng giới thiệu dòng “Z402″ trong khi 3D Systems cũng giới thiệu dòng máy “Actua 2100″. Từ đây, cụm từ “Máy in 3D ” được sử dụng lần đầu tiên để chỉ những chiếc máy tạo mẫu nhanh.
Năm 2006 – Dự án máy in 3D mã nguồn mở được khởi động có tên Reprap. Dự án sử dụng công nghệ FDM nhằm mục đích tạo ra những máy in 3D có thể sao chép chính bản thân nó. Bạn có thể điều chỉnh hay sửa đổi nó tùy ý nhưng phải tuân theo điều luật GNU General Public Licence.
Năm 2008 – Phiên bản đầu tiên của Reprap được phát hành. Nó có thể sản xuất được 50% các bộ phậncủa chính mình.
Máy in 3d RepRap
Năm 2008 - Objet Geometries Ltd. đã tạo ra cuộc cách mạng trong ngành tạo mẫu nhanh khi giới thiệu Connex500™. Đây là chiếc máy đầu tiên trên thế giới có thể tạo ra sản phẩm 3D với nhiều loại vật liệu khác nhau trong cùng 1 thời điểm.
Máy in 3d nhiều vật liệu cùng lúc Connex500™
Tháng 12, năm 2010 - Organovo Inc. một công ty y học tái tạo nghiên cứu trong lĩnh vực in 3D sinh học đã công bố việc chế tạo ra hoàn chỉnh mạch máu đầu tiên hoàn toàn bằng công nghệ in 3D.
Mạch máu in bằng công nghệ máy in 3D
Tháng 1, năm 2011 - Các nhà nghiên cứu tại trường Đại Học Cornell đã xây dựng chiếc máy in thức ăn đầu tiên bằng công nghệ in 3D.
Tháng 7, năm 2011 - Các nhà nghiên cứu của ĐH Exeter, ĐH Brunel cùng với các nhà lập trình Delcam đã phát triển máy in 3d có thể in ra các sản phẩm từ chocolate.
In chocolate bằng công nghệ máy in 3D
Tháng 10, năm 2011 - Công ty i.materialise trở thành dịch vụ in 3D đầu tiên trên toàn thế giới áp dụng vật liệu in là vàng 14K và bạc, mở ra một khả năng mới, thêm lựa chọn để chế tác ít tốn kém hơn cho các nhà thiết kế đồ trang sức.
Trang sức vàng 14K và bạc được in bằng công nghệ in 3D
Qua sự hình thành và ra đời của các công nghệ in 3D ta thấy có 4 công nghệ in 3D chính đó là SLA, SLS, LOM, FDM . Ngoài ra có nhiều công nghệ khác nhưng chủ yếu vẫn dựa cơ bản trên 4 loại công nghệ trên. (J-P phát triển từ SLA, 3DP phát triển từ SLS, những máy in 3D kim loại, gốm, … sử dụng chủ yếu dựa trên công nghệ SLS)
Từ đây ta cũng thấy rằng “in 3D” hay “3D Printing” là cụm từ để chỉ một loại công nghệ trong ngành tạo mẫu nhanh thôi. Nhưng hiện nay cụm từ này đã trở nên phổ biến đến mức nó thay thế luôn cả cụm từ “tạo mẫu nhanh” ở phương diện những máy tạo mẫu nhanh cá nhân giá rẻ. Và các bạn cần phải phân biệt rằng các máy in 3D giá rẻ hiện nay trên thị trường tuy được gọi là máy in 3D (3D Printer) nhưng công nghệ được áp dụng lên nó là công nghệ FDM chứ không phải công nghệ 3DP (3D Printing).
Bài viết này mình chỉ giới thiệu sơ lược về các loại công nghệ in 3D, đối với chi tiết từng công nghệ in 3D thì mình sẽ viết riêng ra từng bài để mọi người có thể hiểu được nguyên lý hay cách thức hoạt động của nó một cách chi tiết hơn.
Các bài viết trước
(Viết bởi mr.thanduc)
