báo cáo: tìm hiểu công nghệ mới- công nghệ in 3d

DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
1


MỤC LỤC
Lời mở đầu 2
Những xu hướng công nghệ sẽ thay đổi cuộc sống tương lai 2
I. Tổng quan về công nghệ in 3D 3
1. Bạn hiểu thế nào là 3D? 3
2. Thế nào là in 3D? 3
3. Công nghệ in 3D là gì? 4
II. Qúa trình phát triển 6
1. Thời kỳ đầu: tạo mẫu bằng tay 7
2. Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo 7
3. Thời kỳ thứ ba: quá trình tạo mẫu nhanh 8
III. Máy in 3D hoạt động như thế nào? 10
1. Mô tả 10
2. Nguyên tắc thiết kế mẫu dùng trong in 3D. 13
IV. Công nghệ in 3D sẽ làm thay đổi cả thế giới 25
Tài liệu tham khảo 28


DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
2


Lời Mở Đầu


Chúng ta đang sống trong một thời đại mới, thời đại phát triển rực rỡ của công
nghệ thông tin (CNTT). CNTT đã ở một bước phát triển cao đó là số hóa tất cả các

dữ liệu thông tin, luân chuyển mạnh mẽ và kết nối tất cả chúng ta lại với nhau. Mọi
loại thông tin, số liệu âm thanh, hình ảnh có thể được đưa về dạng kỹ thuật số để
bất kỳ máy tính nào cũng có thể lưu trữ, xử lý và chuyển tiếp cho nhiều người.
Những công cụ và sự kết nối của thời đại kỹ thuật số cho phép chúng ta dễ dàng
thu thập, chia sẻ thông tin và hành động trên cơ sở những thông tin này theo
phương thức hoàn toàn mới, kéo theo hàng loạt sự thay đổi về các quan niệm, các
tập tục, các thói quen truyền thống, và thậm chí cả cách nhìn các giá trị trong cuộc
sống.Đến thời điểm hiện nay, việc ứng dụng CNTT trong cuộc sống, công việc
cũng như nhiều lĩnh vực khác đã và đang được áp dụng phổ biến rộng rãi hơn.Xu
hướng công nghệ dù đi tới đâu cũng đều nhằm phục vụ và cải thiện đời sống con
người, trong đó, sẽ có những công nghệ và phát minh có thể thay đổi toàn diện
cuộc sống con người.
Những xu hướng công nghệ sẽ thay đổi cuộc sống tương lai
1. Trí tuệ nhân tạo- Robot
2. Công nghệ nano và khoa học vật liệu
3. Công nghệ in 3D
4. Sự nở rộ của các thiết bị đeo được
5. Công nghệ pin và sạc không dây
6. Màn hình cong
7. Smart home
8. Điện toán đám mây
9. Thương mại điện tử
10. Thực tế ảo




DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
3

I. Tổng quan về công nghệ in 3D
Đã có rất nhiều bài viết về công nghệ in 3D cũng như máy in 3D nhưng mọi
người vẫn còn chưa hiểu rõ và còn khá mơ hồ về công nghệ này.
1. Bạn hiểu thế nào là 3D?

Cách nay khoảng 40 năm về trước, những ai lần đầu tiên nghe tiếng phát ra trên
radio, nhìn thấy hình mình trên một tấm giấy, hay xem những con người bé tí chạy
nhảy trong chiếc hộp vuông vuông thì đã là một cái gì không thể tưởng tượng nổi.
Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển vượt bậc, đi bất cứ đâu chúng ta cũng có
thể nghe thấy nhan nhản những TV 3D, Phim 3D, Âm thanh 3D, Hình 3D. Tất cả
những cụm từ trên đều dùng để chỉ những công nghệ tạo ảo giác hình khối lên thị
giác và thính giác của con người, nhằm mô phỏng lại những gì ta có thể thấy và
nghe được.Nhưng 3D trong công nghệ in 3D là một định nghĩa hoàn toàn khác với
3D mang tính mô phỏng mà ta đã nói ở trên. 3D ở đây là sản phẩm thật, vật thể
thật mà ta có thể cầm trên tay, sờ mó, quan sát một cách chính xác, 3D ở đây là
mọi thứ xung quanh ta, mà từ nguyên thủy đến hiện nay ta vẫn tiếp xúc hằng ngày,
quá quen thuộc mà ta chẳng gọi nó là 3d làm gì.
Ví dụ: bạn đang sử dụng chiếc laptop của mình, và chiếc laptop chính là vật thể 3d
mà ta đang nói đến ở đây.Nói như vậy để chúng ta phân biệt một cách rõ ràng in
3D ở đây là in ra một vật thể 3d có thể sờ mó, quan sát, cầm nắm được chứ không
phải là in ra một hình ảnh mà ta nhìn vào nó nổi khối 3 chiều gần giống như ngoài
đời.Nhưng để làm ra hay chế tạo ra một vật thể 3d thì từ xưa đến nay có biết bao
nhiêu cách, từ truyền thống cho đến hiện đại, và tại sao lại là in ra.
2. Thế nào là in 3D?

Để dễ hình dung ta tưởng tượng như sau: Có lẽ ai cũng đã nghe tới chụp cắt lớp
CT, máy CT có nhiệm vụ là chụp từng lớp cắt ngang từ cổ lên đến đỉnh đầu của
chúng ta (nếu ta chụp cắt lớp đầu), khi ta xem tấm phim CT ta thấy rất nhiều tấm
hình mặt cắt với vòng ngoài là lớp xương sọ, bên trong hình thù cắt lát của não bộ

và các cơ quan.
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
4



Nếu giả sử ta đem in từng tấm hình CT lắt cắt này ra giấy rồi đem xếp chồng các tờ
giấy đó lên nhau, từng tờ từng tờ một theo thứ tự. Giả sử như mực in trên tấm giấy
bên trên kết dính với mực in ở tấm giấy bên dưới. Bây giờ ta sẽ được một chồng
giấy hình hộp chữ nhật, sau đó ta đem loại bỏ hết phần giấy trắng dư thừa. Lúc này
ta sẽ được một khối mực in 3D có hình dạng chính là cái đầu của chúng ta, và nó
có đầy đủ tất cả các bộ phận từ bên trong lẫn bên ngoài.
Vậy in 3D là in ra nội dung (hình cắt CT bên trên) lên từng lớp ( tờ giấy bên trên) ,
các lớp được in lần lượt chồng liên tiếp lên nhau, từng lớp từng lớp.Ngày nay do
độ phổ biến và để dễ hình dung người ta gọi là in 3D, thực chất trong công nghiệp
người ta gọi in 3D là tạo mẫu nhanh. Gọi là tạo mẫu nhanh vì so với các phương
pháp gia công chế tạo vật thể 3d ( mẫu ) khác như cắt, gọt, tiện, phay, bào, nặn ….
Thì phương pháp này cho phép tạo ra mẫu nhanh hơn.

3. Công nghệ in 3D là gì?
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 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.

DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
5

CÔNG NGHỆ IN 3D XU HƯỚNG CỦA TƯƠNG LAI !

Công nghệ in 3D có những đặc điểm gì khiến các chuyên gia đánh giá đây là một
xu hướng phát triển đầy mạnh mẽ trong thời gian tới, xu hướng của tương lai?
Ưu điểm đầu tiên : đúng như tên gọi của nó : công nghệ tạo mẫu nhanh, công
nghệ này có sự vượt trội về thời gian chế tạo một sản phẩm hoàn thiện. “Nhanh” ở
đây cũng chỉ là một giới hạn tương đối. Thông thường, để tạo ra một sản phẩm mới
mất khoảng từ 3 – 72 giờ, phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của sản phẩm.
Có thể bạn cho rằng khoảng thời gian này có vẻ chậm, nhưng so với thời gian mà
các công nghệ chế tạo truyền thống thường mất từ nhiều tuần đến nhiều tháng để
tạo ra một sản phẩm thì nó nhanh hơn rất nhiều. Chính vì cần ít thời gian hơn để
tạo ra sản phẩm nên các công ty sản xuất tiết kiệm được chi phí, nhanh chóng đưa
ra thị trường những sản phẩm mới.
Ưu điểm đặc biệt thứ hai : như trong ví dụ hình dung về in 3d bên trên, ta có thể
chế tạo được cái đầu người với đầy đủ các bộ phận cả bên trong lẫn bên ngoài một
cách chi tiết chỉ trong một lần thực hiện mà các phương pháp truyền thống không
thể chế tạo được.



DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
6

II. Qúa trình phát triển

 Công nghệ in 3d được hình thành như thế nào?
Chiếc máy in 3D đầu tiên được phát minh vào năm 1986 bởi Charles Hull, được
chế tạo dựa trên một kỹ thuật gọi là steriolithography (SLA).

Cho đến ngày nay, công nghệ in 3d SLA của Hull vẫn còn là một trong các phương
pháp in 3D chính xác nhất, với độ dày mỗi lớp nhỏ nhất có thể thực hiện lên đến
0.015mm (15 microns). Quy trình in 3D đã mở rộng rất nhiều kể từ khi nguyên
mẫu của Hull, đặc biệt là trong 10 năm qua.
Công nghệ này vẫn còn tương đối xa lạ đối với công chúng cho đến thập kỷ thứ hai
của thế kỷ 21 ( tức là từ năm 2010). Chính phủ Mỹ đã kết hợp đầu tư và khởi động
những dự án thương mại công nghệ in 3d và kể từ thời điểm đó đã tạo nên một làn
sóng mới phát triển chưa từng có cho sự phổ biến của công nghệ in 3d ngày nay.
Đầu tiên, chính quyền Tổng thống Barack Obama đã đầu tư 30 triệu USD để thành
lập National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII) (VIỆN CÔNG
NGHỆ SẢN XUẤT PHỤ TRỢ MỚI vào năm 2012 như là một cách để giúp đỡ
nhằm khôi phục ngành công nghiệp sản xuất tại Mỹ. NAMII hoạt động như một tổ
chức bảo trợ cho một mạng lưới các trường đại học và các công ty nhằm mục đích
cải tiến công nghệ in 3D để nhanh chóng triển khai sản phẩm mới trong lĩnh vực
sản xuất.
Thứ hai, trên thế giới bắt đầu hình thành một làn sóng mới phổ biến công nghệ
máy in 3d tập trung vào phong trào DIY (do it yourself ) đang phát triển mạnh mẽ
hiện nay. Và hiện nay có rất nhiều công ty cung cấp dịch vụ in 3D hoặc bán máy in
3D giá rẻ, với mức giá chỉ vào khoảng vài trăm đến vài ngàn đô la.

DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
7

1. Thời kỳ đầu: tạo mẫu bằng tay

Thời kỳ đầu tiên ra đời cách đây vài thế kỷ. Trong thời kỳ này, các mẫu điển hình
không có độ phức tạp cao và chế tạo một mẫu trung bình mất khoảng 4 tuần.
Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề và thực hiện công việc một cách cực

kỳ nặng nhọc. Cho đến ngày nay phương pháp tạo mẫu thủ công này vẫn còn sử
dụng khá phổ biến, trong các trường ĐH về mỹ thuật có ngành Tạo Dáng, thì chính
là nó đó. Hiện nay phương pháp tạo mẫu này mang hơi hướm nghệ thuật, hàng chế
tác riêng nhiều hơn là tạo mẫu trong sản xuất hàng loạt.




2. Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo

Thời kỳ thứ hai của tạo mẫu phát triển rất sớm, khoảng giữa thập niên 70. Thời kỳ
này đã có phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo. Việc ứng dụng CAD/CAE/CAM đã
trở nên rất phổ biến. Phần mềm tạo mẫu sẽ phác họa trên máy vi tính những suy
tưởng, ý tưởng mới. Các mẫu này như là một mô hình vật lý: được kiểm tra, phân
tích cũng như đo ứng suất và sẽ được hiệu chỉnh cho phù hợp nếu chúng chưa đạt
yêu cầu. Thí dụ như phân tích ứng suất và sức căng bề mặt chất lỏng có thể dự
đoán chính xác được bởi vì có thể xác định chính xác các thuộc tính và tính chất
của vật liệu.

Hơn nữa, các mẫu trong thời kỳ này trở nên phức tạp hơn nhiều so với thời kỳ đầu
(khoảng trên hai lần). Vì thế, thời gian yêu cầu cho việc tạo mẫu có khuynh hướng
tăng lên khoảng 16 tuần, tính chất vật lý của mẫu vẫn còn phụ thuộc vào các
phương pháp tạo mẫu cơ bản trước. Tuy nhiên, việc vận dụng các máy gia công
chính xác đã cải thiện tốt hơn các tính chất vật lý của mẫu.

DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
8

3. Thời kỳ thứ ba: quá trình tạo mẫu nhanh

Việc phát minh ra các thiết bị tạo mẫu nhanh là một phát minh quan trọng. Những
phát minh này đã đáp ứng được yêu cầu của giới kinh doanh trong thời kỳ này:
giảm thời gian sản xuất, tăng độ phức tạp của mẫu, giảm chi phí. Ở thời điểm này
người tiêu dùng yêu cầu các sản phẩm cả về chất lượng lẫn mẫu mã, nên mức độ
phức tạp của chi tiết cũng tăng lên, gấp ba lần mức độ phức tạp mà các chi tiết đã
được làm vào những năm của thập niên 70. Nhưng nhờ vào công nghệ tạo mẫu
nhanh nên thời gian trung bình để tạo thành một chi tiết chỉ còn lại 3 tuần so với 16
tuần ở thời kỳ thứ hai. Năm 1988, hơn 20 công nghệ tạo mẫu nhanh đã được
nghiên cứu.
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
9


Ta thấy rằng nhu cầu tạo nên mẫu sản phẩm ban đầu là một nhu cầu thiết yếu trong
quá trình sản xuất, trước khi sản xuất hàng loạt một sản phẩm nào cũng phải cần
tạo mẫu sản phẩm trước để kiểm tra tính hiện thực và khả thi. Nếu mẫu sản phẩm
càng chính xác bao nhiêu, càng nhanh bao nhiêu thì sẽ càng tránh được những lỗi
mắc phải trong quá trình sản xuất sau này và càng tiết kiệm được chi phí sản xuất
bấy nhiêu.
Nên "công nghệ tạo mẫu nhanh" mang toàn bộ ý nghĩa của nó, "công nghệ": đảm
bảo độ chính xác, "tạo mẫu nhanh" đảm bảo thời gian nhanh chóng .

Như vậy in 3d (3d printing) là cụm từ chỉ mới được sử dụng phổ biến khoảng vài
năm trở lại đây từ khi công nghệ này được phổ biến hóa mà thôi. Cụm từ này đã
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
10

xuất hiện từ rất sớm nhưng lúc đó nó chỉ được xem là một ngách nhỏ của ngành
công nghệ tạo mẫu nhanh .
III. Máy in 3D hoạt động như thế nào?
1. Mô tả.
Từng lớp từng lớp, máy in 3D tạo ra vật thể từ vật liệu nhựa kết dính. Nói đến máy
in 3D người ta thường ta thường nghĩ đến một quá trình in ấn phức tạp. Nhưng
không phải vậy. Có rất nhiều điều thú vị xung quanh việc tạo ra một vật thể từ máy
in 3D. Dưới đây là cơ chế hoạt động của máy in 3D ở cấp độ người tiêu dùng. Lưu
ý là ta phải sử dụng hình ảnh 3D để in.Đầu vào là sợi nhựa, đầu ra là nhựa kết
dính.Người sử dụng máy in 3D sẽ lựa chọn 2 loại vật liệu đầu vào: Acrylonitrile
Butadiene Styrene (nhựa ABS) và Polylactic Acid (nhựa PLA). Một số máy in chỉ
nhận nhựa ABS, một số loại khác sử dụng được cả hai. Các vật liệu nhựa đầu vào
này có dạng sợi, chiều rộng 1,75mm hoặc 3mm.
Nhựa ABS thường được sử dụng để tạo ra đồ chơi Lego. Đây là loại nhựa có gốc
hóa học, hoạt hóa ở nhiệt độ cao. Nhựa PLA thì có nguồn gốc tự nhiên, chẳng hạn
như từ ngô và mía, cứng và bóng hơn nhựa ABS. Ngoài việc dùng làm nguyên liệu
đầu vào cho máy in 3D, nhựa PLA còn được ứng dụng để sản xuất các loại bao bì
phân hủy được.

Sợi nhựa dùng cho máy in 3D có giá thành khá đắt. Hãng MakerBot bán 2,2 pound
(990 gram) sợi nhựa PLA giá 48 USD (960.000 đồng). Nếu tìm mua trên eBay giá
thành sẽ rẻ bằng một nửa. Hãng này ước tính 990 gram sợi nhựa có thể in ra được
392 quân cờ vua.Giá thành sợi nhựa sẽ giảm xuống nếu các loại máy in 3D trở nên
phổ biến và sợi nhựa được sản xuất với quy mô lớn. Có một cách khác để giảm giá
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
11

thành đầu vào là bạn sử dụng máy ép sợi nhựa. Bạn đưa nguyên liệu nhựa tái chế
hoặc nhựa giá rẻ vào máy ép để tạo ra các sợi nhựa.Khi đã có sợi nhựa, bạn đưa
vào máy in 3D qua một bộ phận gọi là đầu in (print head). Đầu in có hình dáng như

một chiếc hộp với một vòi phun. Một cơ cấu truyền động sẽ đẩy từng phần nhựa
xuống đầu in. Trước khi nhựa bị đùn ra từ đầu kim in, sợi nhựa phải đi qua một
ống nhiệt và hóa lỏng. Nhựa qua đầu kim in là những đường chỉ siêu mảnh chỉ 0,1
milimet. Ngay khi ra ngoài không khí, nhựa khô cứng rất nhanh, gắn lại với nhau
tạo thành các lớp.

Nhựa ABS cần được in ở một bề mặt nóng, điều này cũng đồng nghĩa với lớp nhựa
đáy sẽ hơi cuộn lại. Còn nhựa PLA có thể in ở bề mặt không cần nhiệt lượng.Phần
lớn các máy in 3D có một đầu in, tức là vật thể in ra chỉ có một màu. Muốn có
nhiều hơn một màu, người ta sẽ phải đổi sợi nhựa trong quá trình in. Có một số
loại máy in, chẳng hạn như loại máy in mới nhất của MakerBot ký hiệu là
Replicator 2x có 2 đầu in. Nó cho phép người ta in ra vật thể với hai màu. Công ty
botObjects có trụ sở ở New York còn hứa hẹn sẽ cho ra thị trường loại máy in có
khả năng trộn các sợi nhựa để in ra được vật thể đầy đủ các màu.
 In từ trước ra sau, lớp chồng lớp
In 3D là một công nghệ in theo lớp. Bề mặt in (thường gọi là giường in) và đầu in
sẽ phối hợp với nhau để thực hiện in 3 chiều. Ở mẫu máy in Replicator 2, đầu in
được giữ bởi một hệ thống treo (hình minh họa bên dưới). 2 thanh kim loại nằm
ngang giúp cho đầu in chuyển động tiến và lùi theo chiều ngang. Ở đầu 2 thanh
kim loại này lại gắn với 2 thanh khác theo chiều dọc, giúp cho đầu in chuyển động
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
12

tiến và lùi theo chiều dọc. Nhờ hệ thống treo, đầu in còn có thể chuyển động lên
xuống tạo ra vật thể 3 chiều.

Một mẫu máy in có tên là RepRaps lại có cách in 3D tương đối khác so với
Replicator 2. Giường in của RepRaps chuyển động lên xuống, tiến lùi, trong khi
đầu in chỉ chuyển động ngang. Mẫu máy in DeltaMaker có đầu in chuyển động cả
3 chiều.

Quá trình in 3D có thể diễn ra trong vài phút, vài giờ hoặc thậm chí nhiều ngày phụ
thuộc vào kích thước và khối lượng của sản phẩm. Ví dụ gần đây một số nghệ sĩ đã
sử dụng máy in Type A Machines để in tác phẩm điêu khắc đầu rồng có kích thước
3 x 3 x 2,4m. Họ đã phải mất tới 2 tháng để hoàn thành tác phẩm trên.
 Máy in 3D không chỉ in nhựa

DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
13

Không phải máy in 3D nào cũng sử dụng nguyên liệu in như nhau. Các máy in 3D
chuyên nghiệp có khả năng tạo ra những sản phẩm chất lượng cao từ các nguyên
liệu đa dạng. Nguyên liệu không chỉ giới hạn ở nhựa ABS và PLA. Nó có thể là
các loại chất dẻo khác nhau, giấy, bột, polymer, gốm sứ, đồng thau , vàng (14K) cả
bạc nữa. Với loại vật liệu kim loại thì người ta in 3d theo dạng bột bụi, các bột kim
loại đc liên kết bằng keo hoặc hóa chất kết dính, sau khi in xong, phải qua một quá
trình xử lý phía sau mới hoàn thiện được.Một số loại máy in 3D sử dụng công nghệ
đúc laser, tức là sử dụng laser để gắn kết các mảnh vật liệu lại với nhau. Một số
bằng sáng chế về đúc laser sẽ hết hạn vào năm tới, mở đường cho việc sản xuất
hàng loạt các máy in 3D dành cho người tiêu dùng.
(Vì in 3d là in từng lớp 1 nên đối với những móc câu hoặc những chi tiết mà bên
dưới ko có gì thì sao in được bên trên ? Vấn đề này gặp rất nhiều trong thực tế và
để giải quyết người ta sẽ thiết kế thêm những phần hỗ trợ (support), những phần
này sẽ được loại bỏ đi trên sản phẩm hoàn thiện. Với mỗi công nghệ in 3d khác
nhau thì phần support này cũng khác nhau, có thể dùng chính vật liệu in sp luôn, và
khi hoàn thiện thì cắt bỏ đi, hoặc được dùng bằng vật liệu khác, sau khi in xong thì
cho vào dung mội hoặc hóa chất để loại bỏ đi.)


2. Nguyên tắc thiết kế mẫu dùng trong in 3D.
a. Giới hạn của máy in 3D.

Tùy theo dòng máy và công nghệ in 3D mà sẽ có những giới hạn nhất định. Những
giới hạn đó liên quan tới:
Khổ in mô hình:
Bất kỳ một máy in 3D nào cũng có phạm vi tạo mẫu cố định. Thường thì chiều cao
(trục Z) bé hơn so với các chiều còn lại (XY). Cần chú ý tới điều này, hoặc bạn sẽ
phải cắt mẫu in 3D ra làm nhiều phần ghép lại nếu kích thước mô hình vượt quá
khổ in. Tuy nhiên, vẫn có ngoại lệ khi xem xét điều bên dưới đây:
Tốc độ in 3D:
Máy in 3D hiện nay còn khá chậm, có khi bạn phải mất cả vài ngày để hoàn thiện
những mẫu có độ phức tạp cao. Điều gì quyết định tới thời gian in 3D? Xét về mặt
thiết kế, có thể kể ra: kích thước mô hình, độ phức tạp, lượng support cần dùng.
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
14

Thời gian in quá dài sẽ dẫn tới việc bạn gặp một hoặc nhiều tình trạng:
 Xác suất đầu in bị kẹt nhựa cao hơn và nếu không phát hiện kịp thời, bạn sẽ
phải in lại từ đầu!
 Mẫu in dễ bị cong vênh hoặc tróc khỏi bề mặt khay in (heatbed, Platform)
b. Thiết kế dựa trên nguyên lý in 3D
Hướng in 3D
Hầu hết máy in 3D hiện nay đều đắp từng lớp vật liệu theo phương thẳng góc với
khay in (ngoại trừ máy in 3D có đầu phun 5 bậc tự do). Hướng in sẽ ảnh hưởng tới
mô hình ra sao? Chúng ta hãy cùng xem xét:
Sức chịu lực:
Khi chịu ngoại lực khá lớn thì sức chịu tải của mẫu in 3DFDM theo mỗi hướng
hoàn toàn khác nhau. Điều này xảy ra bởi vì trong quá trình đùn nhựa, các sợi nhựa
chỉ dính với nhau một phần, thành ra theo hướng in 3D (trục Z) các liên kết trở nên
rất yếu.
Mức độ dính chặt lại phụ thuộc vào 3 yếu tố trong quá trình cài đặt phần mềm in
3D (nhiệt độ, bề dày lớp in, tốc độ). Điều này có thể can thiệp trong quá trình chạy

máy in, tuy nhiên, bạn phải giữ trong đầu những ý niệm về “hướng in 3D“.

Biểu diễn 2 mẫu thiết kế giống nhau nhưng được sắp đặt theo 2 hướng in hoàn toàn khác.
Các vân bên hông tượng trưng cho các lớp in 3D. Độ bền của mẫu in 3D màu vàng vượt trội
so với mẫu màu xanh.
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
15

Độ chính xác hình học:
Ở đây chỉ bàn tới yếu tố “hình dáng hình học”,.Do đặc thù công nghệ in 3D FDM,
tại các mép mô hình sẽ bị bo tròn. Điều này xảy ra ở hầu hết các máy in 3D với
mức độ nặng nhẹ tùy vào chất lượng máy và việc cài đặt các thông số tăng tốc máy
in 3D (gia-giảm tốc tại vùng có biến đổi chiều chuyển động).

Ở hình này, bạn thấy các vùng bo tròn (viền màu cam) xuất hiện trên mẫu in 3D.
Cũng bởi có thể can thiệp được vào bo mạch điều khiển máy in 3D, thành ra, đôi
khi vùng màu cam lại nhô ra thay vì cong vào mô hình.
Hạn chế lượng Support :
Support là phần vật liệu cần thiết để đỡ mô hình. Mô hình càng phức tạp thì càng
tốn nhiều support, càng nhiều support thì thì gian in càng dài, chi phí càng tăng.
Vậy, có thể giảm lượng support thông qua khâu thiết kế như thế nào? Bạn hãy lưu
ý các nguyên tắc quan trọng sau:
 Nếu được, hãy thiết kế theo hình mẫu “kim tự tháp” , tức là, phần dưới to
phần trên nhỏ.
 Phần nhô ra nên nên giới hạn một góc <45 độ theo phương thẳng đứng.
 Khoảng cách bắc cầu nên để ≤ 10mm
 Mô hình nên có đế phẳng để tự đứng được trên bàn in 3D.
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
16

Nên hạn chế góc nhô ra >45 độ, vì phải in thêm support. Có thể không cần in, nhưng sẽ rất xấu!


Phần chân đế lồi lõm và không có mặt đế phẳng sẽ rất khó để in, hoặc in ra xấu vì phần dưới
phải in thêm support!
Bề dày tối thiểu :
Bề dày của thành vách hoặc độ rỗng ruột của mô hình có ảnh hưởng tương đối
tới chất lượng và giá thành in 3D.
Một số lưu ý về độ dày khi thiết kế mẫu để in 3D:
 Cần hạn chế các vị trí bề dày bé hơn 0.8mm, tốt nhất nên để bề dày ≥1,2mm.
bề dày tối thiều nên > 3 lần đường kính đầu phun. Chẳng hạn, đầu phun của máy in
3D Ultimaker là 0,3mm thì in rất tốt với những chổ bề dày lớn hơn 0,9mm.
 Những phần rìa mỏng như : đôi cánh, dái tai, tóc, tà áo nhân vật game 3D,
… thường bị hư trong quá trình in. Bạn nên chủ động thêm gân tăng cứng
hoặc tăng bề dày lên tối thiểu 0,8mm.
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
17


Những phần nhọn và mỏng sẽ bị hư trong quá trình in

Phần rìa tai quá mỏng, lại không có support khi in 3D khiến cho nó bị bến dạng
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
18


Mẫu in 3D bằng công nghệ FDM (bên phải) không thể in những phần nhọn và mỏng giống như
bên in 3D cao cấp( bên trái)

Các góc bị lồi ra, kích thước bao không chuẩn. Rất khó lắp ghép các mẫu in 3D bé nếu không
tuân thủ nguyên tắc in 3D lắp ghép
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
19

c. Lắp ghép các chi tiết in 3D
in 3D không chỉ linh hoạt trong tạo mẫu nhanh “đồ chơi” mà còn được rất nhiều
người áp dụng cho các bộ sản phẩm lắm ghép. Đặc biệt là dân chế robot, ráp máy
in 3D Reprap, họ cần những cụm chi tiết có khả năng lắp ghép với nhau và đảm
bảo độ chính xác của hệ lỗ, đường biên…
Do vật liệu in 3D chủ yếu là nhựa ABS, PLA, thành thử mẫu in 3D sẽ có độ co rút
nhất định. Hơn nữa, chất lượng của máy in 3D không đảm bảo tuyệt đối. Nên việc
lắp ghép các chi tiết có khớp/ngàm với nhau rất khó.
Khi sợi nhựa đùn ra khỏi đầu phun, chúng sẽ bị ép xuống và “tràn ” ra 2 bên. Bởi
vậy, biên dạng mô hình sẽ bị dư ra 0,1-0,3mm ở mỗi chiều ( trên lý thuyết). Còn
thực tế có khác một chút, và để đảm bảo các chi tiết lắp ghép được mà không cần
phải mài giũa.
 Các vị trí lắp lỏng: Khoảng cách giữa 2 bề mặt nên ≥0,4mm.
 Các vị trí lắp chặt: Khoảng cách giữa 2 bề mặt nên ≤0,2mm.
Sản phẩm in 3D không có khái niệm lắp vừa.

Hầu hết chi tiết in 3D lắp ghép với nhau đều được lắp lỏng
d. Sửa lỗi thiết kế và xuất file in 3D
Máy in 3D hoạt động dựa trên các dòng lệnh (Gcode) được tạo ra bởi phần mềm in
3D ( Cura, RepG, makerware, ), những phần mềm này có nhiệm vụ đọc và dịch
file stl/obj sang ngôn ngữ mà máy in 3D hiểu và có thể thực thi.
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
20

Chính xác hơn, phần mềm in 3D làm 3 công việc: đọc file 3D, cắt mô hình thành

các lớp, khởi tạo Gcode dựa trên những lớp đã cắt. Để đảm bảo có một file in 3D
tốt, cần có file 3D không bị lỗi.
Những lỗi có thể dẫn tới sự cố bao gồm:
Mô hình không kín
“Watertight” là thuật ngữ thiết kế mô tả những mô hình không bị hở hoặc rách bề
mặt. Chúng rất quan trọng trong lĩnh vực thiết kế khuôn mẫu, đặc biệt là in 3D.
Bạn có thể dùng công cụ kiểm tra mô hình 3D đã kín hay chưa tại
watertightmesh.org

File 3D phải kín đặc khi xuất sang máy in 3D
Đối tượng 3D phải có “thực”
Mô hình 3D cần phải là hình khối ( solid) và không phải là những ảnh 3D.

Các đối tượng 3D mang tính chất phụ họa trang trí bản thiết kế 3D là hình ảnh 3 chiều, nó
không có bề dày, không thể in thành vật thể thực.
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
21


Như đã trình bày ở trên về tầm quan trọng của việc tối ưu bề dày khi in 3D. Cần tránh quá dày
hoặc quá mỏng, đặc biệt máy in 3D không thể in những mô hình ở dạng surface không có bề
dày!
File 3D ở dạng lưới tam giác
Hầu hết các công cụ slice ( cắt mô hình thành các lớp) đều chỉ hoạt động tốt với
file 3D ở dạng lưới tam giác (Triangulate mesh). Bạn nên cân nhắc điều này khi
thiết kế cũng như xuất file STL.

Các đối tượng 3D phải đảm bảo
“manifold”
Manifold là thuật ngữ chuyên ngành thiết kế, nói về những surface có chung 1

đường biên. Hầu hết ai làm về thiết kế 3D cũng phải nắm qua các thuật ngữ đó.
Trong ngành in 3D, nhất thiết mô hình 3D phải là manifold!
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
22


Vị trí non-manifold

Ví dụ về cách sửa lỗi non-manifold trong phần mềm Blender





DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
23

Chỉnh đúng hướng Vertex Normals
Cần đảm bảo file xuất ra có hướng “căng bề mặt” giống như ý đồ thiết kế. Phần
mềm in 3D cần biết bề mặt nào hướng ra ngoài, bề mặt nào là hướng về bên trong
để cân chỉnh Gcode đảm bảo đúng kích thước!
Khi nhập file 3D vào phần mềm in 3D, nếu bề mặt bên ngoài normal vertex bị
ngược, nó sẽ hiện màu đen một cách “bất thường”và rất khó để xem.

Làm gọn mô hình 3D

Nếu có các phần giao nhau, bạn nên dùng lệnh combine/boolean để kết hợp chúng lại.


DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3

24

Giảm số lượng lưới ở file STL
Một file STL có chấ lượng cao thì dung lượng càng lớn, mẫu in 3D càng giống
mẫu thiết kế. Tuy nhiên, khi dung lượng file quá lơn ( nhiều lưới tam giác) phần
mềm in 3D sẽ mất nhiều thời gian để slice và khởi tạo Gcode. Bạn cần cân nhắc
giữa 2 yếu tố: chất lượng và dung lượng để đảm bảo vừa ý nhất.

Các mô hình STL với số lượng lưới khác nhau sẽ ảnh hướng tới hình dáng của mẫu in 3D
e. Các công cụ kiểm tra và tối ưu file 3D
Meshmixer, một phần mềm vẽ 3D miễn phí với tính năng hỗ trợ in 3D rất hay.
Meshmixer giúp bạn dựng support nhanh và tiết kiệm, tự động sửa lỗi file STL,
làm rỗng mô hình, tối ưu hướng in 3D…
Meshmixer là công cụ thảo mãn hầu hết các yêu cầu hỗ trợ in 3D. Ngoài ra, bạn có
thể tham khảo các website tối ưu file STL online dưới
đây: Netfabb, meshlab, watertightmesh,…
f. Tổng kết
Để mẫu in 3D được đẹp, đúng kích thước, tiết kiệm vật liệu – thời gian in – chi
phí, bạn cần đảm bảo các vấn đề sau:
1. Thiết kế mô hình theo kiểu “kim tự tháp” tức là dưới to trên nhỏ.
2. Nên có một mặt đế phẳng bên dưới mô hình.
3. Hạn chế các bị trí mỏng hơn 1,2mm.
4. Các phần quá bé trên mô hình 3D (0,1-1mm): mắt, mũi, tai, gờ, nút bấm,…
rất khó hoặc không thể in 3D!
DHTI5AND UNETI 2015 Báo cáo đồ án 3
25

5. Các phần nhô ra nên có góc nghiêng >45 độ so với phương ngang. Hạn chế
phần nhô ra nằm ngang, hoặc phía dưới trống không (ví dụ như cây cầu)!
6. Nên khống chế mô hình nằm vừa khổ in của máy in 3D, cũng đừng nên

quá bé ( không in được hoặc in ra xấu!)
7. Các chi tiết có lắp ghép thì khoảng cách giữa 2 bề mặt nên để : Lắp lỏng
≥0,4mm; Lắp chặt ≤0,2mm.
8. Chú ý tới độ phân giải của mô hình khi xuất ra file STL
9. Chắc chắn về kích thước file STL là theo hệ inch hay mm!
10. Mở lên xem lại file STL/OBJ vừa xuất ra. Hoặc dùng công cụ kiểm tra lỗi
file 3D.
IV. Công nghệ in 3D sẽ làm thay đổi cả thế giới
- Công nghệ in 3D đang là một trong những xu hướng phát triển mới của khoa học
kỹ thuật.
- Nhờ công nghệ in 3D, chúng ta sẽ có thể chế tạo những đồ vật với giá thành rẻ
hơn và thời gian ngắn hơn rất nhiều Ứng dụng của công nghệ in 3D rất rộng rãi,
từ xây dựng, thời trang, y học, đến các ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, máy
bay, vũ trụ.
1. Thiết kế quần áo
Có thể bạn không biết, trong show diễn Victoria's Secret 2013, một phụ kiện lấp
lánh cùng chiếc vương miện được người mẫu Lindsay Ellingson mang trên người
chính là một trong những sản phẩm của công nghệ in 3D. Công nghệ in 3D hứa
hẹn sẽ làm thay đổi ngành thời trang và may mặc trên toàn thế giới.
Theo nhà thiết kế thời trang Iris van Herpen, trong tương lai gần chúng ta sẽ sử
dụng những máy quét trên cơ thể, sau đó sẽ tạo ra những mẫu quần áo phù hợp với
mỗi người dựa vào công nghệ in 3D . Không chỉ vậy, người sử dụng có thể tùy
chỉnh bộ quần áo theo ý thích của mình trên từng mm một cách chính xác. Bên
cạnh đó, công nghệ in 3D cũng hứa hẹn sẽ làm thay đổi hoàn toàn ngành phụ kiện
thời trang.