Báo cáo thuyết minh đề tài SV

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
____________________

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY IN
3D MINI

Chủ nhiệm đề tài: SV. Phạm Công Điều

Thái Nguyên, Tháng 3/2021
1


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
____________________

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÁY IN
3D MINI
Mã số: SV2021-03-ĐH

Xác nhận của tổ chức chủ trì

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên)

SV. Phạm Công Điều

2

Thái Nguyên, Tháng 3/2021
Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị
phối hợp chính
STT Họ và tên
1 SV. Phạm Công Điều

Đơn vị công tác
Khoa Cơ khí

Nhiệm vụ
Chủ nhiệm

2

TS. Đỗ Thế Vinh

Viện RIAT – ĐH KTCN

GV hướng dẫn

3

SV. Nguyễn Văn Hồ

Khoa Cơ Khí

Thành viên

3


MỤC LỤC
Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối
hợp chính……..………………….……………………………………3
Mục lục……………………….…………………………...……..……4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D MINI….…….…..…...7

I. Lịch sử phát triển của máy in 3D - Người dùng cá nhân sẽ là
thị trường tiềm năng……..…………….……….………………….7
1.1 Lịch sử hành trình phát triển máy in…...…….……………....……7
1.2 Tương lai của công nghệ in 3D…………………….………….…..8
1.3 Hạn chế của máy in 3D…………………………….……………...8

II. Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ in 3d trên
thế giới và tại việt nam…………………..…………………………8
2.1 Lịch sử in 3D trên thế giới………………………….…………......9
2.2 Quá trình in 3D phổ biến tại Việt Nam…………………….……...9
2.3 Tổng quan công nghệ in 3D Theo Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm
Mỹ………………………………………………………………….....10
2.3 Các lĩnh vực trong công nghệ in 3D……………………………...11
III. Lý thuyết về công nghệ in 3d………………………....….12
3.1 Công nghệ in 3D……………………………………………….…13
3.2 Khái niệm…………………………………………………………13
3.3 Phương pháp tạo mẫu nhanh (rapid prototying)…..……………...14
3.4 Phân loại các thiết bị công nghệ in 3D tại Việt Nam và trên thế
giới……………………………………………………………………15
3.4.1 FDM (Fused Deposition Manufacturing)…………...………….16
3.4.2 SLA (Stereolithography)……………………………………….16

4


3.4.3 SLS (Selective Laser Sintering)………………………………..17
3.4.4.Công nghệ SLM (Selective Laser Melting)……………...…….19
3.4.5 Một số công nghệ khác………………………………………….20
3.4.6 Công nghệ EBM (Electron Beam Melting)……………………..21
3.4.7 Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing)…………..22
3.4.8 Công nghệ BJ (Binder Jetting)…………………………………..22
4. Giới thiệu vật liệu ứng dụng trong công nghệ in 3D…………...…..27
5. Công nghệ in 3D trong chế tạo mỹ thuật và cuộc sống…………….28
6. Đánh giá chung về yêu cầu của chi tiết…………………………….32

V. Phân tích xu hướng nghiên cứu công nghệ in 3d trên cơ sở số
liệu sáng chế quốc tế…………………………………….…………35
1. Tình hình cơng bố sáng chế về cơng nghệ in 3D theo thời gian…...37
2.Tình hình cơng bố sáng chế về cơng nghệ in 3D tại các quốc gia….39
3.Tình hình cơng bố sáng chế về cơng nghệ in 3D theo các hướng
nghiên cứu…………………………………………………………….41

Kết luận…………………………………………………………..….42
VI. Mục tiêu của đề tài………………………………………....…….43
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ MÁY IN 3D
THEO CƠNG NGHỆ FDM.………………………………………….43

I. Lựa chọn cơng nghệ……………………………………………..43
2.1. Cơ sơ lựa chọn công nghệ thiết kế máy in 3D…………………...43

II. Thiết kế máy in 3D theo cơng nghệ FDM………………...…44
2.2.Tính tốn thiết kế phần cơ khí của máy…………………………..44

2.2.1. Thiết kế khung máy……………………………………………44
2.2.2.Tính toán chọn động cơ và dẫn động các trục chuyển động của
máy…………………………………………………………………...44
5


2.3. Nghiên cứu lựa chọn phần cứng của máy in 3D…………...……47
2.4 Các bộ phận máy khi lắp ráp hoàn thành………………………...49
2.5 Sơ đồ đấu dây cho các thiết bị trên vi mạch……………………..52
2.6. Nguyên lý hoạt động máy in 3D (FDM)………………………..53
2.7 Xây dựng quy trình thiết kế chế tạo sản phẩm và tối ưu hóa q trình
vận hành……………………………………………………………..53

III. Nghiên cứu cài đặt mạch điều khiển và tạo chương trình điều
khiển máy in…………………………………………………56
3.1. Thiết lập firmware Marlin cho máy in 3D………………………56
3.1.1. Download Marlin và trình biên dịch Arduino………...….…...57
3.1.2. Thiết lập Marlin…………………………..……………...……57
IV. Hướng dẫn sử dụng phần mềm CURA 4.2.1………..……..58
4.1 Phần mềm cài đặt thông số in 3D CURA………………………..58

V. Vận hành máy in 3d FDM CARTESIAN 300x350x300…64
5.1 Một số yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt sản phẩm…...….68
5.2 Các lỗi thường gặp trong quá trình vận hành thử nghiệm…...…..70
5.2.1 Sản phẩm bị cong vênh………..……………………………….70
5.2.2 Lỗi nhựa không đều………………...………………………….72
5.2.3 Sản phẩm bị thiếu lớp………………………………………….73
5.2.4 Hình dạng sản phẩm bị thay đổi……………….………………74
5.3 Một số lưu ý khi vận hành máy………………………………….75

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN………………………………………...76
Tài liệu tham khảo…………………………...………………………78
6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D MINI
I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY IN 3D - NGƯỜI DÙNG CÁ
NHÂN SẼ LÀ THỊ TRƯỜNG TIỀM NĂNG?
Sự phát triển của các công nghệ máy in 3D ngày càng được mở rộng
dành cho đối tượng người dùng cá nhân nhờ khả năng đáp ứng được nhu
cầu chế tác vật thể cho những đối tượng nghiên cứu khoa học hay những
người đam mê cơng nghệ in 3D.
Trước đây có lẽ rất khó để một chiếc máy in 3D có thể tạo ra bất kì sản
phẩm nào bạn muốn. Tuy nhiên thời đại bùng nổ của máy in 3D hiện
nay có thể tạo ra nhiều sản phẩm in với nhiều chất liệu đa dạng như gỗ,
kim loại, các loại nhựa dẻo đặc biệt và đáp ứng được các mơ hình vật thể
địi hỏi độ tinh xảo hay in các vật thể có kích thước nhỏ bé tính bằng
centimet. Sự phát triển của các công nghệ máy in 3D ngày càng được
mở rộng dành cho đối tượng người dùng cá nhân nhờ khả năng đáp ứng
được các chế tác vật thểcho những đối tượng nghiên cứu khoa học hay
những người đam mê công nghệ in 3D.
1.1 Lịch sử hành trình phát triển máy in 3D
Máy in 3D sẽ thực hiện lệnh theo các hướng dẫn bởi máy tính để tạo
hình sản phẩm, vật liệu mà máy in sử dụng là kim loại, gốm và nhựa.
Tồn bộ qui trình in sẽ gồm việc tạo ra từng lớp vật thể. Ví dụ như máy
in 3D làm chảy nhựa lỏng và rắn lại trước khi lớp tiếp theo được hình
thành.
Hướng dẫn dưới dạng file CAD là bản phác thảo kĩ thuật số dùng cho
chế tạo ra các sản phẩm khác nhau. Thực tế là bất kỳ ai cũng có thể tạo
ra các mơ hình 3D sử dụng các phầm mềm này, kết nối máy in với máy

tính và đợi máy in thực hiện các quy trình cần thiết.

7


Các nhà xây dựng đã sử dụng công nghệ in ấn 3D được dẫn đầu bởi
Charles Hull vào năm 1986 và hệ thống in 3D này đã gợi ý cho việc
kinh doanh.
Cho đến năm 2010, các công nghệ in 3D mới trở nên phổ biến, nguồn tài
trợ của chính phủ Mỹ cùng với gói hỗ trợ khởi động thương mại đã
khuyến khích cho sự phổ biến của cơng nghệ này và được sản xuất tới
tay người tiêu dùng.

1.2 Tương lai của công nghệ in 3D
In ấn 3D vẫn chưa thể thay thế cho các sản xuất thông thường, tuy nhiên
công nghệ này cung cấp khả năng tạo các bộ phận riêng lẻ và đặc biệt
phổ biến trong lĩnh vực quân sự, hàng không. Tuy nhiên hiện tại việc sản
xuất vật phẩm cho nhu cầu sử dụng thông thường không phải là lĩnh vực
phù hợp cho máy in 3D.
Máy in 3D cũng được sử dụng trong việc sản xuất các thiết bị y tế như
các thiết bị khó chế tạo theo cách thơng thường và có hình dạng đặc biệt
cần thực hiện chế tác riêng lẻ. Các bác sỹ phẫu thuật người Mỹ đã từng
thay thế cho một bệnh nhân với phần hộp sọ bị tổn thương tới 75% bằng
cách sử dụng máy in 3D. Một trường hợp khác, máy in 3D có thể tạo ra
một chiếc tai giả bằng chất liệu có tính tương thích sinh học với cơ thể
người để ghép tai cho bệnh nhân.

8

Sự phát triển của kĩ thuật in 3D trên toàn thế giới hiện nay đã giảm dần
khoảng cách sử dụng máy in 3D cho nhu cầu gia đình, hay các công việc
kinh doanh so với trước kia.

Thị trường kinh doanh onine cũng có ảnh hưởng tích cực khi cho phép
đăng tải các sản phẩm in 3D trên các trang mua bán và nhờ thế mà
những sản phẩm được in trên máy in 3D càng trở nên nhiều hơn.
Khơng chỉ có các doanh nghiệp được hưởng lợi từ việc in 3D theo nhu
cầu. Quân đội Mỹ cũng tận dụng các phòng thí nghiệm ở Afghanistan.
Đây là cách để đẩy nhanh tốc độ phát triển đổi mới chiếc dịch. NASA
cũng sử dụng máy in 3D để chế tạo các bộ phận thay thế cho tàu vụ trụ.
Đa số máy in 3D không in được vật có kích thước lớn trong khi một số
lại có thể in được những vật thể kích cỡ lớn như một ngôi nhà.

9


Nhiều mẫu máy in 3D in được vật thể kích thước lớn
1.3 Hạn chế của máy in 3D
Mặc dù có rất nhiều ích lợi, máy in 3D khơng thiếu những hạn chế. Phần
lớn máy in có thể tạo ra vật thể chỉ bằng những vật liệu đặc biệt. Đây
cũng là điều khiến máy in 3D không chế tạo được những vật tinh xảo
như những sản phẩm của Apple. Mới đâynhững máy in 3D hiện đại hơn
đã được sản xuất ra, một cơng ty của Mexico có tên Optomec đã chế tạo
được một máy in có khả năng thực hiện in chính xác những vật nhỏ như
chip vi mạch.
Sự phát triển của công nghệ in 3D thực sự đem lại nhiều lợi ích tuy
nhiên khơng phải hồn tồn khơng có yếu tố tiêu cực. Khả năng chia sẻ
bản phác thảo mô hình in ấn qua mạng internet là một lợi thế đối với
những người có đam mê tự chế tác vật phẩm. Trong khi đó, các chun

gia an nình cho rằng điều này có thể gia tăng việc vi phạm bản quyền và
cách nguy cơ an ninh khác điển hình như việc chế tác súng.

10


II. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ IN 3D TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM

2.1 Lịch sử in 3D trên thế giới
In 3D là in ra nội dung lên từng lớp, các lớp được in lần lượt chồng liên
tiếp lên nhau, từng lớp từng lớp, các lớp này được kết dính với nhau nhờ
mực in. Mực in chính là vật liệu của vật thể 3D, có thể là nhựa, giấy, bột,
polymer, hay kim loại…
Ý tưởng về in 3D đầu tiên được công nhận là do Tiến Sĩ Kodama đề ra
vào năm 1980. Ông ấy miêu tả phương pháp sản xuất bằng cách đắp các
lớp vật liệu chồng lên nhau. Đó được coi là ơng tổ của công nghệ
SLA (Phơi sáng và cô đặc mực in 3D resin bằng tia UV). Tiếc thay,
Kodam khơng kịp đệ trình thủ tục cấp giấy chứng nhận bản quyền đúng
thời hạn.
4 năm sau, một nhóm kỹ sư người Pháp tỏ ra thích thú và theo đuổi cơng
nghệ SLA resin, nhưng lại thiếu tầm nhìn chiến lược! Cùng thời
điểm, Charles Hull đã nhanh chanh đệ trình và đăng ký thành cơng bản
quyền công nghệ in 3D stereolithography (SLA). Và rồi thành lậpcông
ty in3D hàng đầu thế giới – 3D Systems Corporation với sản phẩm đầu
tiền là máy in 3D SLA -1.
Vào năm 1988, tại trường ĐH Texas, Carl Deckard mang về bản quyền
sáng chế cho cơng nghệ SLS, một loại hình tạo mẫu nhanh với phương
pháp thiêu kết vật liệu bột bằng tia laser cơng suất lớn.
Cùng năm đó, Scott Crump ( đồng sáng lập của Stratasys sau này) đã có

được bản quyền cho công nghệin 3D nhựa đùn (FDM) Vậy là, trong
vịng chưa tới 10 năm, 3 cơng nghệ in 3D chủ chốt đã được khai
sinh: SLA – SLS – FDM

2.2 Q trình in 3D phổ biến tại Việt Nam
Cơng nghệ in 3D tại Việt Nam đã có mặt khoảng năm 2003, tuy nhiên
do giá thành còn cao nên vẫn chưa được ứng dụng nhiều, chủ yếu dùng
11


trong công tác nghiên cứu. Hiện nay, công nghệ này đã được ứng dụng
phổ biến hơn trong rất nhiều các lĩnh vực từ kiến trúc, xây dựng, thời
trang, mỹ thuật, y học, thẩm mỹ, giáo dục đến các ngành công nghiệp
sản xuất… Sở hữu một chiếc máy in 3D sẽ đảm bảo những ý tưởng của
bạn được hiện thực hóa nhanh chóng và hồn hảo nhất. Việc tạo ra một
sản phẩm riêng bằng máy in 3D mang đậm sáng tạo, ý tưởng của bản
thân chắc chắn sẽ là trải nghiệm rất thú vị.
2.3 Tổng quan công nghệ in 3D Theo Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm
Mỹ (American Society for Testing Materials – ASTM),
Theo ATKearney, Cơng nghệ in 3D có những ưu điểm vượt trội so với
công nghệ chế tạo cắt gọt truyền thống như sau:
Cách sản
xuất

Số lượng

Chi phí/sản
phẩm

In 3D

Nhỏ, thay
đổi linh
hoạt

Truyền
thống

Lớn, khó
thay đổi

Khơng cố
định, thay
đổi linh
hoạt
Cố định
khó thay
đổi

Chi phí cho
sản phẩm
phức tạp
Không cao
hơn so với
sản phẩm
đơn giản
Cao hơn
nhiều so với
sản phẩm
đơn giản

Thời gian
ra thị
trường
Rất
nhanh(≤ 1
ngày)
Chậm

Theo ATKearney, 3D Printing: A Manufacturing Revolution

Bảng 2: So sánh giữa công nghệ in 3D và truyền thống
2.4 Các lĩnh vực trong công nghệ in 3D
Hiên nay, các ứng dụng của công nghệ in 3D đang ngày càng phát triển
rộng rãi, nó thâm nhập sâu từ các lĩnh vực công nghiệp vĩ mô như hàng
không, vũ trụ đến các ngành cơ bản như y tế, giáo dục, xây dựng, kiến
trúc và thậm chí là cả ẩm thực, nghệ thuật và thời trang,…. Cụ thể:

12


 Trong ngành công nghiệp điện tử: Máy in 3D đã được sử dụng để chế
tạo các bộ phận phức tạp đặc biệt từ các chất liệu khác nhau và đã mở ra
một trào lưu mới của ngành công nghiệp này.
 Trong cơng nghiệp thời trang: Đã có những show diễn mà ở đó người
mẫu trình diễn các trang phục được sản xuất 100% bằng công nghệ in
3D. Trang sức và trang phục thiết kế theo yêu cầu cá nhân được sản xuất
bằng công nghệ in 3D hiện nay đã trở nên khá phổ biến trên thế giới.
 Trong công nghiệp sản xuất: Đây là ngành sử dụng máy in 3D nhiều
nhất. Lý do chính khiến cơng nghệ này được sử dụng rộng rãi trong môi

trường công nghiệp là do nó cho phép sản xuất các mơ hình có hình
dạng phức tạp, cắt giảm phế liệu, tạo nhanh sản phẩm thử nghiệm theo
yêu cầu. Vì vậy, in 3D mở ra tiềm năng về lợi thế chi phí sản xuất, cải
tiến quy trình và cả sản phẩm cho các nhà cung cấp trong một số trường
hợp cụ thể.
 Trong công nghiệp ô tô: Công nghệ in 3D được sử dụng để sản xuất
thử nghiệm các thiết kế, tạo mẫu và sản xuất một số bộ phận, công cụ
lắp ráp đặc biệt. Ngồi ra, người ta cũng đã dùng cơng nghệ in 3D để sản
xuất ra những chiếc xe hoàn chỉnh.
 Trong ngành hàng khơng vũ trụ: Đã có cơng ty ứng dụng công nghệ in
3D trong việc sản xuất ra các bộ phận máy bay, đặc biệt là các bộ phận
có hình dạng phức tạp. Quan trọng hơn, người ta đang kỳ vọng rằng
bằng cách đưa các máy in 3D ra ngồi khơng gian, các nhà du hành vụ
trụ có thể tự sản xuất các bộ phận thay thế ngay khi cần thiết. Chỉ cần có
máy in và vật liệu in ấn được dự trữ sẵn, khi có bất kỳ hỏng hóc 3 gì
trong các chuyến du hành vũ trụ, nhà du hành có thể nhận file thiết kế từ
trái đất chuyển lên và trực tiếp in ra các bộ phận thay thế ở ngồi khơng
gian.
 Trong cơng nghiệp quốc phịng: Ngành cơng nghiệp quốc phịng sử
dụng in 3D cho các mục đích sản xuất đặc biệt và tiết kiệm chi phí. Hiện
nay, các máy in 3D kim loại dùng để sản xuất súng đã ra đời.
13


 Trong cơng nghiệp thực phẩm: Đã có nhiều cơng ty chuyên về ứng
dụng công nghệ in 3D trong thực phẩm được thành lập. Người ta có thể
thiết kế các món ăn như socola hay bánh kẹo thành những hình dạng đẹp
mắt và cầu kỳ, sau đó sử dụng các nguyên liệu thực phẩm ở dạng lỏng
hoặc dạng bột để in thành món ăn theo những hình dạng đã được thiết
kế.

 Trong y tế: Công nghệ in 3D đã được ứng dụng để sản xuất các mơ
sinh học, mơ hình giải phẫu bộ phận cơ thể con người (xương, răng, tai
giả,…). Công nghệ này cũng được sử dụng để hỗ trợ các thử nghiệm về
phương pháp và công nghệ y tế mới, tăng cường nghiên cứu y khoa,
giảng dạy và đào tạo đội ngũ y bác sĩ. Đặc biệt, với Bioprinting (in 3D
các mơ sinh học), người ta cịn kỳ vọng là có thể sản xuất ra các bộ phận
cơ thể người phục vụ cho việc thay thế và cấy ghép các cơ quan bị hỏng
(như ghép da, ghép thận, ghép tim,…).
 Trong giáo dục: In 3D cũng có những ứng dụng rất thiết thực, đặc biệt
liên quan đến các môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật và kỹ năng
tốn học. Sinh viên có thể thiết kế và sản xuất các sản phẩm trong lớp
học và có cơ hội thử nghiệm các ý tưởng, vừa học vừa làm với máy in
3D. Cách làm này làm tăng hứng khởi học tập, làm việc theo nhóm,
tương tác trong lớp học cũng như hỗ trợ khả năng sáng tạo, kỹ năng máy
tính, và khả năng tư duy ba chiều của sinh viên.
 Trong kiến trúc và xây dựng: Kiến trúc và xây dựng dù mới chỉ ở giai
đoạn đầu tiên nhưng đã có rất nhiều nỗ lực được thực hiện thành cơng
trong việc xây dựng các toà nhà bằng các máy in 3D khổng lồ. Vật liệu
phổ biến nhất cho in xây dựng là nhựa, bê tông và cát. Phương ph áp in
3D trong xây dựng có thể mang lại những cải tiến đáng kể về chất
lượng, tốc độ, chi phí, đặc biệt là trong chi phí lao động, cải thiện tính
linh hoạt, đảm bảo an toàn xây dựng và giảm các tác động mơi trường.
Ngồi ra, người ta cũng dùng cơng nghệ in 3D để in ra các mơ hình kiến
trúc, các thiết kế căn hộ để phục vụ cho việc trưng bày hoặc kiểm tra lại
thiết kế.
14


 Trong gia đình: Máy in 3D để bàn cho phép bạn sản xuất bất cứ thứ gì
bạn muốn ngay trong căn nhà riêng của mình, tất nhiên là với kích thước

phù hợp với máy in và các nguyên liệu có thể có. Các vật dụng u thích
như đồ chơi, đồ dùng và đồ vật trang trí là những ứng dụng phổ biến
nhất. Nhờ máy in 3D để bàn, mỗi người có thể tự thiết kế và sản xuất vật
dụng theo yêu cầu riêng biệt, làm nên cá tính của bản thân. Có thể nói
cơng nghệ in 3D giúp con người vượt qua được mọi giới hạn trong sản
xuất. Đây được xem là cơng nghệ có thể thay đổi cách thức mà thế giới
này vận hành.
Bảng 1. Thống kê tình hình chế tạo máy in 3D tại Việt Nam và trên thế giới

ST
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Các lĩnh vực khảo sát

Số lượng

Tỷ lệ (%)

Đại diện hãng
Cung cấp máy in 3D
Cung cấp máy Scan 3D
Cung câp linh kiện
Cung cấp vật liệu in
Cung cấp dịch vụ in
Cung cấp dịch vụ Scan
Cung cấp thư viện
Cung cấp dịch vụ thiết kế
Cung cấp dịch vụ mô phỏng
Sản xuất máy
Đào tạo

3
20
13
6
16
21
14
5
10
3
5
4

6%
40%
26%
12%

32%
42%
28%
10%
20%
6%
10%
8%

III. LÝ THUYẾT VỀ CƠNG NGHỆ IN 3D
3.1 Cơng nghệ in 3D
3.2 Khái niệm
Công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để thực
hiện việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động.Ngày nay
công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng, với mỗi sản phẩm 3D có thể
được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng
15


lỏng, dạng bột bụi. Với mỗi loại vật liệu cũng có nhiều phương thức
để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa … Cách thức in
thì có in từ dưới lên, in từ đỉnh xuống.
3.3 Phương pháp tạo mẫu nhanh (rapid prototying) dựa trên nguyên tắc
xây dựng từng lớp vật liệu tương ứng với mơ hình 3D bằng cách sử
dụng các máy in 3D. Quy trình này thực hiện cần phải có dữ liệu thiết kế
đã hoàn thiện và chuyển về định dạng STL (Stereolithography) rồi nhập
vào máy in 3D, từ đó sẽ được tự động xử lý và phân mơ hình thành các
lớp để được tạo mẫu
3.4 Phân loại các thiết bị công nghệ in 3D tại Việt Nam và trên thế giới
3.4.1 FDM (Fused Deposition Manufacturing)

FDM (Fused Deposition Manufacturing): là quá trình bồi đắp vật liệu
bằng cách nung nhựa sợi nóng chảy dẻo rồi tạo từng lớp theo mặt cắt 2D
sau mỗi lớp trục z sẽ nâng lên độ cao bằng độ cao của 1 lớp in để dần
tạo nên cấu trúc chi tiết. Vật liệu in là sợi nhựa dẻo (PLA, ABS…) được
dẫn từ một cuộn tới đầu chuyển động điều khiển bằng động cơ và hệ
thống cuốn. Khi sợi nhựa tới đầu đùn nó được nung chảy bởi nhiệt độ
sau đó được đùn theo vòi đầu đùn và in biến dạng theo mặt cắt của chi
tiết. Vật liệu in: Sợi nhựa PLA, ABS…

16


- Ưu điểm: Máy in 3D công nghệ FDM sử dụng hàng loạt các vật
liệu nhựa ABS, PLA với các sự lựa chọn màu sắc khác nhau. Chi
phí bảo dưỡng thấp, vật liệu in không độc hại, không cần sự giám
sát trong q trình in. Các mẫu in bằng cơng nghệ FDM độ bền tốt,
có khả năng chịu nhiệt, chịu va đập lớn. Tốc độ tạo hình 3D nhanh.
- Nhược điểm: Công nghệ FDM tạo ra các lớp in dày hơn vì vậy
cơng nghệ này thường ít được sử dụng cho việc tạo mẫu yêu cầu
độ chính xác tuyệt đối. Bề mặt nhẵn của mẫu in bằng FDM có thể
đạt được bằng cách xử lý mẫu bằng tay. Ít khi dùng trong lắp ghép
vì độ chính xác khơng cao, ngun nhân sai số từ đường kính sợi
nhựa. Khả năng chịu lực không đồng nhất.

17


3.4.2 SLA (Stereolithography).

SLA (Stereolithography): là kỹ thuật dùng tia laser làm đông cứng
nguyên liệu lỏng để tạo các lớp nối tiếp cho đến khi sản phẩm hoàn tất,
độ dày mỗi lớp nhỏ nhất có thể đạt đến 0,06mm nên rất chính xác.
- Có thể hình dung kỹ thuật này như sau: đặt một bệ đỡ trong thùng
chứa nguyên liệu lỏng, ang tia laser di chuyển (theo thiết kế) lên mặt
trên cùng của nguyên liệu lỏng theo hình mặt cắt ngang của sản phẩm
làm lớp nguyên liệu này cứng lại. Bệ đỡ chứa lớp nguyên liệu đã cứng
được hạ xuống để tạo một lớp mới, các lớp khác được thực hiện tiếp tục
đến khi sản phẩm hoàn tất.

18


- Ưu điểm: Tạo mẫu độ chính xác cao, bề mặt nhẵn, có thể tạo ra các
mẫu hình dạng phức tạp và kích thước lớn, sử dụng vật liệu nhựa dạng
đục.
- Nhược điểm: Máy móc sử dụng cơng nghệ này cồng kềnh hơn và đắt
hơn so với các công nghệ in 3D khác. Khi sử dụng công nghệ này để tạo
mẫu đòi hỏi một số yêu cầu đặc biệt như: cần phải bảo quản mẫu trong
phòng tối để tránh ánh ang mặt trời làm cong vật liệu nhựa cảm quang
tạo mẫu, yêu cầu sự bảo dưỡng mẫu cẩn thận và cần xử lý mẫu sau khi
in, ngồi ra mẫu có thể chứa một lượng nhựa độc hại tồn tại trong một
thời gian hữu hạn

19


3.4.3 SLS (Selective Laser Sintering)

Công nghệ in 3D SLS, (Selective Laser Sintering) vận hành tương tự

SLA nhưng vật liệu ở dạng bột, thủy tinh,…có thể tạo lớp bằng vật liệu
phụ trợ là keo chuyên dụng (có khi kèm màu sắc CMYK, RGB nếu in
3D đa sắc màu), hoặc tia laser, tia UV,…

20


- Ưu điểm: Khả năng tạo mẫu bằng các loại vật liệu dạng bột khác
nhau như nhựa, kim loại, thủy tinh. Tạo mẫu đa dạng về màu sắc, có thể
tạo ra các mẫu hình dạng phức tạp, khơng cần sử dụng vật liệu hỗ trợ.
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: Phức tạp, chi phí đầu tư cao, chi phí vận hành cao do hao
tổn vật liệu lớn. Các mô hình kín và có phần rỗng bên trong vẫn phải
tiêu tốn một lượng vật liệu khá lớn
3.4.4.Công nghệ SLM (Selective Laser Melting)

21


SLM cơ bản cũng có ngun lí hoạt động tương tự như SLS, nhưng
công suất laser ở mức cao hơn, có khả năng làm tan chảy các bột kim
loại và kết hợp các hạt bột kim loại lại với nhau thành một khối đồng
chất. Ở nhiều nguồn khác nhau, SLM chỉ là một bộ phận của công nghệ
in SLS.
Đây là công nghệ in 3D kim loại, sử dụng vật liệu dạng bột titan, bột
nhôm, bột đồng, bột thép để làm vật liệu in 3D. Công nghệ SLM vận
hành tương tự SLA, SLS nhưng sử dụng tia UV, tia laser cường độ lớn.
Phương pháp in này được ứng dụng rộng rãi với các bộ phận hình học
phức tạp và các cấu trúc mỏng hoặc khoảng trống nằm ẩn bên trong.

Nhiều dự án tiên phong sử dụng công nghệ SLM được dành riêng cho
các lĩnh vực trong ứng dụng hàng không vũ trụ để tạo ra các bộ phận có
trọng lượng (nhẹ) khác nhau. Công nghệ này không được dùng cho nhu
cầu gia đình, hầu hết là cho chế tạo thiết bị chỉnh hình y tế và hàng
khơng vũ trụ.

22


Vật liệu điển hình được sử dụng là thép khơng gỉ, nhôm, titan, và cobalt
chrome. Đối với các ứng dụng trong ang khơng vũ trụ hoặc chỉnh hình y
tế ngành công nghiệp, SLM được sử dụng để tạo các bộ phận với hình
học phức tạp và cấu trúc thành mõng, với các kênh ẩn hoặc khoảng
trống.
3.4.5 Ngồi ra cịn một số công nghệ khác như: Polyjet (Ink Jetting),
Công nghệ in EBM (Electronic Beam Melting), Công nghệ in LOM.
3.4.6 Công nghệ EBM (Electron Beam Melting)
Ngược lại với SLM, kỹ thuật EBM sử dụng một ang tia điện tử máy
tính điều khiển dưới chân khơng để làm tan chảy hồn tồn bột kim loại
ở nhiệt độ cao lên đến 1000 ° C. Đây là loại máy in 3D có thể sử dụng
kim loại như titan tinh khiết, Inconel718, và Inconel625 để chế tạo phụ
tùng hàng không vũ trụ và cấy ghép y tế. Nhưng trong khi các công nghệ
in 3D hiện nay nó rất chậm và rất tốn kém
3.4.7 Cơng nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing)
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
23


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 cơng nghệ này có thể tạo
ra vật thể có màu sắc theo đúng thiết kế.
3.4.8 Công nghệ BJ (Binder Jetting)
Đây là công nghệ 3D được phát minh tại MIT. Các công nghệ in 3D xuất
hiện dưới nhiều tên. Nó được gọi là “ “in 3D in phun”,”in thả-on-bột”
hay – có lẽ phổ biến nhất – là ‘chất kết dính phun’
Binder phun là một quá trình sản xuất chất phụ gia. Đây là loại máy in
3D sử dụng hai vật liệu: một loại bột có trụ sở (thường thạch cao)
nguyên liệu và một tác nhân liên kết. Các đại lý đóng vai trị như một
chất kết dính giữa các lớp bột. Thơng thường, các chất kết dính được ép
đùn ở dạng lỏng từ một đầu in – chỉ cần nghĩ đến một máy in phun 2D
thông thường. Sau một lớp xong, tấm xây dựng được hạ xuống và quá
trình này lặp đi lặp lại.
Theo kết quả khảo sát của Công ty Sculpteo (Pháp) từ gần 1.000 đơn vị
có sử dụng cơng nghệ in 3D. Trong đó, có ba cơng nghệ in 3D hiện được
sử dụng nhiều nhất là SLS, FDM và SLA (biểu đồ 1). Mỗi cơng nghệ
đều có những ưu, nhược điểm riêng. Lựa chọn cơng nghệ tùy theo mục
đích và điều kiện tài chính. 9 Yếu tố chính cần cân nhắc khi chọn lựa
cơng nghệ in 3D là cần in sản phẩm gì, tốc độ, độ chính xác và chi phí.

24


Biểu đồ 1: Cơng nghệ in 3D được sử dụng
Ngồi ra, cịn có các dịng máy nhập khẩu trên thị trường Việt Nam

25