Tổng Quan - Nguyên Lý Hoạt Động Máy In 3D

Trong thời buổi hiện đại, kỹ thuật in ấn đang phát triển không ngừng, nó được ứng dụng trong vô vàn lĩnh vực từ trang trí, quảng cáo, nghệ thuật cho đến cả lĩnh vực kỹ thuật, kiến trúc,vv...Chúng ta có lẽ đã quen dần với việc nhìn thấy một chiếc máy in mực, máy Photocoppy hay cao hơn chút là một thiết bị scan 2D trong việc tạo hình, lấy mẫu cho những giấy tờ, hình ảnh. Không dừng lại đó, nhu cầu con người luôn đòi hỏi những tiêu chuẩn cao hơn từ đó cho ra đời chiếc máy in 3D với mục đích tạo ra những sản phẩm sống động trong không gian 3 chiều.

PHÂN LOẠI 

Trên thị trường Việt Nam chúng ta hiện nay có bán rất nhiều sản phẩm máy in 3D từ phổ thông đến những chiếc máy mang nặng tính công nghiệp, một số hãng sản xuất máy in 3D nổi tiếng như Makerbot, 3DSystems, 3DHubs,vv... Đặc điểm chung của chúng là giá thành rất cao chính vì vậy để tiết kiệm giá thành đồng thời thỏa mãn được niềm đam mê công nghệ nên cộng đồng Reprap đã cùng nhau cho ra đời những dòng máy tự chế gọi chung là máy in 3D Reprap với các loại  máy PRUSA I3, Mendel, Darwin,vv... Mục tiêu chính hôm nay 3DPR muốn giới thiệu đến quý độc giả nguyên lý hoạt động của dòng máy in này.

CÔNG NGHỆ IN 3D

Công nghệ in 3D thường thấy nhất là FDM (Fuse Deposition Modeling), tiếp theo đến SLA (Stereolithography), Polyjet (Ink Jetting),vv... nhưng trong khuôn khổ sinh viên nghiên cứu học tập, 3DPR xin phép được trình bày cụ thể tới các bạn công nghệ in phổ biến nhất hiện nay đó là FDM được áp dụng cụ thể cho máy in Prusa I3 (Reprap).

FDM - Fuse Deposition Modeling tạm dịch là "Mô hình hóa vật thể bằng đầu phun tạo kết tủa". Nghe có phức tạp nhưng thật tế rất đơn giản các bạn ạ, trước khi hiểu được nguyên lý của nó, ta nên tìm hiểu qua thành phần cấu tạo của chiếc máy in 3D Prusa I3 gồm những thành phần gì.

Cấu tạo máy in 3D

Cơ cấu này gồm:

• Phần khung máy có 3 hệ trục x, y và z. 
• Bàn nung (Heat bed).
• Đầu phun (Extruder).
• Nhựa in (Plastic Filament).
• Mạch điều khiển (Printer Control Board).
• Máy tính kết nối qua cổng USB với máy in 3D để quản lý quá trình in ấn.
• Khối nguồn cung cấp. (12VDC).
• Các động cơ di chuyển các trục.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Đối với máy in mực 2D, ví dụ ta muốn có một lá đơn hay bức thư tình gì đó thì ta phải soạn thảo văn bản thông qua Microsoft Word rồi xuất ra file.doc cho máy in mới có thể in ra được. Máy in 3D cũng vậy, ta cần một phần mềm thiết kế hỗ trợ file 3D rồi xuất ra file.STL. File.STL được nạp vào một chương trình chủ được cài đặt sẵn trên máy tính. Chương trình này có nhiệm vụ ra lệnh cho mạch điều khiển của máy in, quyết định quá trình quay của các động cơ.

Nguyên lý hoạt động máy in 3D

Đầu tiên, bàn nung, đầu phun sẽ được gia nhiệt với tác dụng nung nhựa in từ dạng sợi, rắn (đường kính 3mm hoặc 1.75mm) thành dạng chảy dẻo. Khi nhựa đã chảy dẻo, động cơ sẽ chạy và di chuyển đầu phun phun lớp nhựa đầu tiên trên bàn nung. Quá trình cứ lặp lại, lớp nhựa này đến lớp nhựa khác sẽ được in xếp chồng lên nhau đến lớp nhựa cuối cùng để tạo ra hình dáng của vật thể.

Trong quá trình in, bàn nung phải liên tục được giữ ở nhiệt độ cao có tác dụng làm lớp nhựa đầu tiên luôn bám dính tốt vào bàn nung để vật thể không bị rơi ra khỏi bàn.

VẬT LIỆU IN 3D

Vật liệu in 3D phổ biến nhất hiện nay là nhựa ABS và PLA. Vậy ta nên chọn loại nhựa nào dành cho chiếc máy in 3D yêu quý của mình?

Câu trả lời cũng tùy thuộc vào mục đích sử dụng của bạn mà thôi.



ABS: Là loại nhựa được điều chế từ các nguyên liệu hóa thạch với ưu điểm là in ra được sản phẩm có độ bền cao hơn PLA. Ngoài ra chất liệu ABS có khả năng phản ứng với chất Acetone nên sau khi in, ta có thể dùng một lượng nhỏ chất này để lau nhẹ qua bề mặt chi tiết, sản phẩm sẽ giảm thiểu được độ sần sùi do các lớp nhựa chồng lên nhau, trở nên sáng bóng và đẹp đẽ hơn. Trái lại ABS cũng có nhiều khuyết điểm bởi nhiệt độ nóng chảy cao hơn PLA nên ta phải tốn điện nhiều hơn để gia nhiệt cho đầu phun và bàn nung. Khuyết điểm thứ hai là khi nóng chảy, ABS có mùi khó chịu hơn PLA, gây hại môi trường.

Nhựa ABS

PLA: Là loại nhựa được tổng hợp từ các loại chất hữu cơ từ thiên nhiên như bã mía, gỗ,... Với ưu điểm dễ in vì nhiệt độ nóng chảy thấp, thân thiện với môi trường nhưng lại không có độ bền chắc và vẻ đẹp sáng bóng như ABS.

Nhựa PLA

Ngoài ra còn loại nhựa in khác gọi là Flexible, vật liệu này có đặc tính đàn hồi do vậy ta có thể in ra giày dép, vòng đeo tay,vv... giá thành loại này đắt hơn rất nhiều so với hai loại trên.

Nói tóm lại, để chọn lựa cho mình chiếc máy in phù hợp, loại nhựa in tốt thì hoàn toàn phụ thuộc vào mục đích sử dụng của các bạn. 3DPR với tiêu chí giá rẻ đặt lên hàng đầu nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, chúng tôi khuyên bạn nên tự tay ráp cho mình những chiếc máy thuộc dòng Reprap để có được những trải nghiệm thú vị về công nghệ 3D hiện nay. Trên đây là đôi nét tổng quan nguyên lý hoại động của máy in 3D.

3DPR là trang web về tri thức, chúng tôi không kinh doannh trực tiếp từ website
 3dprinterreprap.blogspot.com.

3DPRINTERREPRAP - sẻ chia công nghệ - kết nối tương lai.

BQT.