Công nghệ in 3D, Máy in màu Epson 1390 được hình thành như thế nào ?

Công nghệ in 3D, Máy in màu Epson 1390 được hình thành như thế nào ?
Ngày nay, ta gọi là công nghệ in 3d bởi sự phổ biến, dễ hình dung, và chỉ được phổ biến trong những năm gần đây, trong công nghiệp nó được gọi là công nghệ tạo mẫu nhanh. Do tính chất sản xuất đơn chiếc, từng cái nên ta thấy cụm từ tạo mẫu ở đây.

TẠO MẪU CÓ TỪ BAO GIỜ ?

Quá trình tạo mẫu được phân ra làm ba thời kỳ. Hai thời kỳ sau chỉ mới ra đời trong khoảng 20 năm trở lại đây. Tương tự như quá trình tạo mẫu trên máy vi tính, tính chất vật lý của mẫu chỉ được nghiên cứu phát triển trong thời kỳ thứ ba.

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 phát 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.

Cùng với sự tiến bộ trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh trong thời kỳ thứ ba, có sự trợ giúp rất lớn của quá trình tạo mẫu ảo. Tuy nhiên, vẫn còn tranh cãi về những giới hạn của công nghệ tạo mẫu nhanh như: Sự giới hạn về vật liệu (hoặc bởi vì chi phí cao hoặc cách sử dụng cho từng vật liệu không giống nhau để tạo chi tiết).

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

Tính chất vật lý từng phần của sản phẩm trong quá trình tạo mẫu nhanh cũng được biết đến. Quá trình tạo mẫu rỗng thích hợp cho việc sản xuất trên bàn nâng hay công nghệ sản xuất lớp. Công nghệ này thể hiện quá trình phát triển tạo mẫu trong thời kỳ thứ ba. 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, độ phức tạp của mẫu tăng, 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.

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.

Những ai đã đọc quyển sách về Steve Job thì sẽ thấy rằng Ive đã phải làm rất nhiều mẫu Iphone bằng bọt biển để S.Job xem trước khi sản xuất ra chiếc Iphone ngày nay.

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 .

CÔNG NGHỆ IN 3D TẠO MẪU NHANH BẮT ĐẦU TỪ LÚC NÀO ?

Chiếc Máy in màu Epson 1390 đầu tiên được phát minh vào năm 1986 bởi Charles Hull, được chế tạo dựa trên một kỹ thuật gọi là steriolithography (SLA). Ở đây, một bệ đỡ được đặt bên trong một thùng chứa một loại polyme lỏng có thể làm cứng khi chiếu một loại ánh sáng thích hợp (Liquid Photocurable Polymer). Dựa trên hình dạng của đối tượng muốn tạo ra, một chùm tia laser UV được điều khiển bởi một máy vi tính sẽ chiếu lên bề mặt trên cùng của polyme lỏng, làm cho lớp polyme này cứng lại. Quá trình này được lặp đi lặp lại, hết lớp này đến lớp khác cho đến khi đối tượng đã hoàn toàn được in.

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. 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 để 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 cho việc triển khai nhanh chóng 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 màu Epson 1390 giá rẻ, với mức giá chỉ vào khoảng vài trăm đến vài ngàn đô la.

Như vậy in 3d (3d printing) là cụm từ chỉ mới được sử dụng khoảng vài năm trở lại đây từ khi công nghệ này được phổ biến hóa mà thôi.

Chúng ta có câu hỏi là tại sao phổ biến hóa mà lại dùng cái từ “in 3d” để dễ gây nhầm lẫn như vậy? Thật ra do tất cả những ai đã hiểu công nghệ in (2d) là gì, hiểu phương thức gia công ( làm khuôn, cnc , chế tạo … ) là gì, chính những kiến thức đó đã gây nhiễu khiến bạn bị nhầm lẫn với từ này. Còn đối với 1 người không biết gì về công nghệ, nói về in 3d họ liên tưởng ngay đến in 2d truyền thống rồi in nhiều lớp 2d chồng lên nhau ra 3d, rất dễ hình dung, và thật ra thì khai sinh ra in 3d thực chất là từ Máy in màu Epson 1390 (bài sau mình sẽ nói rõ hơn), còn “tạo mẫu nhanh” họ sẽ thắc mắc sao lại là mẫu, tại sao lại nhanh v.v…

Và một điều quan trọng nữa là cụm từ “tạo mẫu nhanh” mang trong nó mục đính nó ra đời để đáp ứng cho ngành sản xuất, còn đối với sản xuất đơn lẻ nó ko còn mang nhiều ý nghĩa nữa.