In 3D (tiếng Anh: Three Dimensional Printing) hay còn gọi là Công nghệ bồi đắp vật liệu, là một công nghệ đột phá trong việc tạo ra các vật thể ba chiều. Người đã phát minh công nghệ này là Chuck Hull. Trong quá trình in 3D, các lớp vật liệu được đắp chồng lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm soát của máy tính để tạo ra vật thể. Điều đặc biệt là các đối tượng này có thể có hình dạng bất kỳ và được tạo ra từ các nguồn dữ liệu điện tử khác nhau. Máy in 3D thực chất là một loại robot công nghiệp với nhiều công nghệ khác nhau như in li-tô lập thể (STL) hay mô hình hoá lắng đọng nóng chảy (FDM). Điều này khác biệt so với các quy trình gia công thông thường, vì in 3D sản xuất và đắp dần một đối tượng ba chiều từ mô hình thiết kế có sự hỗ trợ của phần mềm máy tính hoặc các tập tin AMF, thông qua việc thêm vật liệu từng lớp.
Lịch sử
Các thuật ngữ và phương pháp
Công nghệ AM (Additive Manufacturing) đã được phát triển từ những năm 1980. Trong đó, vào năm 1981, Hideo Kodama của Viện Nghiên cứu Công nghiệp thành phố Nagoya tạo ra phương pháp đầu tiên để tạo ra một mô hình bằng nhựa ba chiều với hình ảnh cố định từ công nghệ quét tia cực tím. Sau đó, vào năm 1984, Chuck Hull của Công ty Cổ phần Hệ thống 3D đã phát triển một hệ thống nguyên mẫu dựa trên quá trình này được gọi là stereolithography. Hull định nghĩa quá trình này như một "hệ thống để tạo ra các đối tượng ba chiều bằng cách tạo ra một mô hình mặt cắt của các đối tượng được hình thành". Từ đó, Hull cùng với Kodama đã đóng góp quan trọng vào phát triển và sử dụng công nghệ in 3D. Các công nghệ AM mà chúng ta thấy hiện nay sử dụng các định dạng tệp STL (STereoLithography) và các phương pháp slicing và ấp ủ chiến lược kỹ thuật số.
Ứng dụng
Công nghệ AM đã tạo ra các ứng dụng đa dạng từ những năm 1980 trong việc phát triển sản phẩm, tạo mẫu nhanh chóng và sản xuất chuyên ngành. Theo thời gian, công nghệ này đã phát triển đến việc sử dụng trong các công nghiệp sản xuất hàng loạt và sản xuất phân phối. Trong công nghiệp kim loại, công nghệ in 3D đã đạt được quy mô lớn từ đầu những năm 2010. Trên thị trường, các máy in và dịch vụ in 3D đã trở nên phổ biến hơn và giá cả đã giảm đáng kể. Công nghệ in 3D có nhiều ứng dụng, từ kiến trúc, xây dựng, thiết kế công nghiệp cho đến y tế, giáo dục và nhiều lĩnh vực khác.
Nguyên tắc chung
Mô hình hóa
Mô hình 3D có thể được tạo ra thông qua các phần mềm thiết kế máy tính hỗ trợ (CAD), máy quét 3D hoặc máy ảnh kỹ thuật số kết hợp với phần mềm phân tích dữ liệu. Quá trình làm mẫu trong công nghệ in 3D tương tự như điêu khắc với nhựa. Các quá trình này đòi hỏi một quá trình chuyển đổi định dạng tệp 3D sang định dạng STL hoặc OBJ để cho phép công nghệ in 3D đọc nó.
In
Trước khi in một mô hình 3D từ một tệp STL, cần phải kiểm tra lỗi đa dạng của nó. Đặc biệt, các tệp STL được tạo từ quá trình quét 3D thường có nhiều lỗi đa dạng cần được sửa chữa. Sau khi kiểm tra và sửa lỗi, tệp STL cần được xử lý bởi một phần mềm được gọi là "slicer" để tạo ra tập tin G-code. Tập tin G-code này sau đó được sử dụng để điều khiển máy in 3D trong quá trình in ấn. Có nhiều phần mềm slicer và máy in 3D khác nhau có thể được sử dụng để thực hiện quá trình in ấn.
Qua các hướng dẫn G-code, máy in 3D sẽ tạo ra các lớp mỏng từ chất liệu và xây dựng các mô hình dựa trên các mặt cắt ngang. Ưu điểm lớn của công nghệ in 3D là khả năng tạo ra các hình dạng gần như bất kỳ. Độ phân giải của máy in 3D được đo bằng độ dày của lớp và độ phân giải trong mỗi inch hoặc micromet.
Công nghệ in 3D với những ứng dụng đa dạng đã mở ra một tương lai rộng lớn cho ngành công nghiệp và đời sống hàng ngày. Sự phát triển của công nghệ in 3D sẽ tiếp tục mang lại nhiều tiềm năng và cơ hội tăng trưởng trong tương lai.
