Những công nghệ in 3D - tạo mẫu nhanh đa dạng

Với sự cần thiết phải nhanh chóng tạo mẫu sản phẩm (như sản xuất khuôn mẫu), phần lớn các máy in 3D được sử dụng để sản xuất thương mại. Đây là một thay thế tuyệt vời cho các phương pháp truyền thống, đặc biệt là khi sản xuất các mô hình có hình dạng phức tạp (đòi hỏi quá nhiều thời gian và có thể khá đắt tiền). 

Công nghệ tạo mẫu nhanh

Máy in 3D cho phép các kỹ sư  kiểm tra sự phù hợp của các bộ phận khác nhau trước khi đưa vào sản xuất. Nó cũng cho phép các kiến trúc sư tạo ra các mô hình quy mô nhỏ có chi tiết cao, nhưng chi phí thấp, và các nhà khảo cổ học tạo ra các bản sao của các xương hóa thạch với tỉ lệ nguyên gốc.

Một lĩnh vực thực sự quan tâm đến in 3D là chăm sóc sức khỏe. Điều này đặc biệt đúng trong nha khoa, những kỹ thuật viên nha khoa am hiểu công nghệ đã sử dụng công nghệ này để tạo ra thân răng, cầu răng, và răng giả.

Các lĩnh vực khác của sản xuất có sử dụng in ấn 3D bao gồm ô tô, đồ trang sức, ánh sáng, đồ gỗ, đồ chơi, và đóng gói.

Máy in 3D đầu tiên, 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 một lớp pholyme cứng lại.  Bệ đỡ lúc này chứa lớp polymer cứng được hạ xuống một chút. Quá trình này được lặp đi lặp lại, hết lớp này đến lớp khác cho đến khi đối tượng đã hoàn toàn được in.

Mặc dù quá trình khá đơn giản nhưng rất chính xác. Trong thực tế, cho đến ngày nay, in SLA 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 0.06mm.

Quy trình in 3D đã mở rộng rất nhiều kể từ khi nguyên mẫu của Hull, đặc biệt là trong 10 năm qua. Một ví dụ là nung kết sử dụng laser (selective laser sintering-SLS). Nguyên lý tương tự như SLA: xây dựng đối tượng từ các lớp. Nó tạo nên các đối tượng bằng cách sử dụng một lớp vật liệu ở dạng bột và sau đó dùng tia laser để hợp các hạt với nhau. Đây là sự khác nhau chính giữa SLA và SLS. Vật liệu dạng bột bao gồm polyxetyren, nylon, thủy tinh, gốm sứ, thép, titan, nhôm, và bạc nguyên chất.

Sau khi hoàn thành, bột dư thừa có thể được tái chế (làm cho nó trở thành một phương pháp sản xuất rất hiệu quả).

Phương pháp khác là nung chảy sử dụng laser (selective laser melting-SLM) với quy trình tương tự, điểm khác biệt là quá trình sử dụng tia laser để làm tan chảy các hạt bột với nhau và định hình các đối tượng cuối cùng.

Một hình thức khác của in 3D là mô hình sử dụng nhiều vòi phun (multi-jet modeling-MJM). Nó cũng xây dựng các đối tượng từ các lớp bột, nhưng sử dụng một đầu in phun để phun thay vì một giải pháp kết dính các hạt với nhau như các phương pháp trên. Một số máy in có thể phun lên đến bốn màu sắc khác nhau, cho phép chúng tạo ra các đối tượng 3D có đủ màu sắc.

Ngoài ra còn có phương pháp FDM (fused deposition modeling). Quá trình này tạo hình đối tượng bằng cách sử dụng một  loại nhựa dẻo nóng (cùng loại được sử dụng trong ép nhựa) được đùn ra từ một đầu in có thể kiểm soát nhiệt độ. Nó có khả năng sản xuất các vật có khả năng chống chịu với độ chính xác cao.

Một phần của đường ống làm từ bột sắt sử dụng SLM	Một mô hình phức tạp sử dụng  MJM