Cùng Intech Group tìm hiểu khái niệm, nguồn gốc, nguyên tắc và ứng dụng của công nghệ in 3D trong bài viết dưới đây: .

In 3D là gì?

In 3D là thuật ngữ viết tắt của Three-Dimensional Printing hay công nghệ in ba chiều cho phép tạo ra vật thể thật từ mô hình kỹ thuật số. Trong đó, hình ảnh hay sản phẩm được dựng nên sống động, có độ sâu, chiều cao và bề rộng giống như vật thể thật. Được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật đồ họa và sản xuất hiện đại, mang đến khả năng mô phỏng và tái tạo sản phẩm một cách rõ ràng nhất.

Công nghệ in 3D là gì?

Công nghệ in 3D là quá trình tạo hình vật thể ba chiều bằng cách đắp từng lớp vật liệu lên nhau theo dữ liệu từ mô hình thiết kế trên máy tính (CAD). Các vật liệu phổ biến được sử dụng có thể là nhựa, kim loại, bột gốm, thậm chí là sinh học hoặc composite.

Máy in 3D hoạt động theo nguyên lý bồi đắp từng lớp vật liệu mỏng liên tiếp, được điều khiển chính xác bằng phần mềm để tạo ra những sản phẩm có hình khối phức tạp, độ chính xác cao và tiết kiệm vật liệu.

Máy in 3D hoạt động tương tự như máy chụp CT hoặc MRI (cộng hưởng từ) trong y học nhưng thay vì chỉ hiển thị hình ảnh, nó tạo ra vật thể thật trong thế giới vật lý. 

Nguồn gốc của công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D xuất hiện từ những năm 1980 và người đặt nền móng cho công nghệ này là Charles Hull, nhà sáng lập 3D Systems Corporation, đồng thời là người phát minh ra phương pháp stereolithography (SLA) kỹ thuật in 3D đầu tiên trên thế giới.

Thời điểm đó, việc sở hữu máy in 3D là điều xa xỉ khi giá thành dao động từ 100.000 đến 400.000 USD, khiến công nghệ này chỉ được sử dụng trong các phòng thí nghiệm hoặc doanh nghiệp lớn. Tuy nhiên, ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học vật liệu, kỹ thuật số và tự động hóa, chi phí sản xuất máy in 3D đã giảm đáng kể, bạn có thể bắt gặp các sản phẩm được tạo ra nhờ công nghệ này như đồ chơi trẻ em, chi tiết máy móc, răng giả, ốp lưng điện thoại hay thậm chí là mô hình kiến trúc và linh kiện y tế.

Các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay

Tùy theo vật liệu sử dụng và nguyên lý tạo hình sản phẩm, công nghệ in 3D được chia thành ba nhóm chính như sau: 

Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu nhựa dẻo và phi kim loại

Đây là nhóm công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay, được ứng dụng trong thiết kế mô hình, tạo mẫu nhanh (rapid prototyping) và sản xuất các sản phẩm dân dụng. Các công nghệ thuộc nhóm này gồm:

• FDM (Fused Deposition Modeling): công nghệ in 3D sử dụng sợi nhựa nóng chảy (như PLA, ABS) đùn qua đầu phun để tạo lớp.

• SLA (Stereolithography): sử dụng tia laser chiếu lên nhựa lỏng để đông cứng từng lớp, cho sản phẩm có độ chính xác và chi tiết cao.

• SLS (Selective Laser Sintering): sử dụng tia laser nung chảy bột nhựa hoặc bột phi kim loại để tạo hình.

Công nghệ in 3D từ vật liệu kim loại

Nhóm công nghệ này được sử dụng trong các ngành công nghiệp nặng, cơ khí chính xác và hàng không vũ trụ. Một số công nghệ tiêu biểu:

• DMLS (Direct Metal Laser Sintering) và SLM (Selective Laser Melting): sử dụng tia laser công suất cao để nung chảy hoặc hàn kết bột kim loại thành hình khối.

• EBM (Electron Beam Melting): sử dụng chùm tia điện tử thay vì laser để tạo hình, cho phép chế tạo các chi tiết kim loại phức tạp với độ chính xác cao.

Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu hữu cơ

Công nghệ này tập trung vào việc sử dụng vật liệu sinh học và hữu cơ để tạo ra sản phẩm trong y học tái tạo, nông nghiệp và thực phẩm.

• In thực phẩm 3D: áp dụng trong ngành ẩm thực, sử dụng nguyên liệu hữu cơ như chocolate, đường, bột để tạo hình món ăn tinh xảo.

• In 3D sinh học (Bioprinting): sử dụng tế bào sống và vật liệu sinh học để in mô, cơ quan hoặc da người.

Nguyên tắc hoạt động của công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D hoạt động dựa trên nguyên lý sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing) tức là tạo ra vật thể bằng cách xây dựng từng lớp vật liệu chồng lên nhau cho đến khi hoàn thiện hình khối cuối cùng. Dưới đây quy trình hoạt động của công nghệ:

Bước 1: Mô hình hóa (3D Modeling)

Trước khi in, sản phẩm được thiết kế mô hình 3D bằng các phần mềm như AutoCAD, SolidWorks, Blender hoặc Fusion 360 để xác định rõ kích thước, hình dạng và các chi tiết cấu tạo của vật thể cần in.

Bước 2: Phân lớp (Slicing)

Sau khi có mô hình 3D hoàn chỉnh, phần mềm slicer sẽ chia mô hình thành các lớp mỏng và đây chính là dữ liệu để máy in 3D thực hiện quá trình bồi đắp vật liệu.

Bước 3: Sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing)

Máy in 3D bắt đầu hoạt động bằng cách in từng lớp vật liệu (nhựa, kim loại, bột gốm, hoặc vật liệu hữu cơ) theo đúng bản thiết kế. Các lớp vật liệu được chồng lên nhau một cách tuần tự và chính xác, dần hình thành nên vật thể ba chiều hoàn chỉnh.

Bước 4: Kiểm soát bằng máy tính (Computer Control)

Toàn bộ quá trình in 3D được điều khiển tự động bằng máy tính thông qua phần mềm lập trình, sản phẩm sau in có độ chính xác cao, tỷ lệ sai số thấp và bề mặt mịn, đáp ứng yêu cầu của các lĩnh vực như cơ khí, y tế, hàng không, hay công nghiệp sản xuất khuôn mẫu.

Ứng dụng công nghệ in 3D trong đời sống và sản xuất hiện đại

Công nghệ in 3D được ứng dụng vào hầu hết mọi lĩnh vực từ thời trang, y học, cơ khí, kiến trúc đến giáo dục mang đến những bước tiến vượt bậc trong sáng tạo và sản xuất.

Ứng dụng trong thiết kế quần áo, phụ kiện và trang sức

Điển hình là trong show diễn Victoria’s Secret năm 2013, nhiều mẫu phụ kiện và trang sức độc đáo được chế tác hoàn toàn bằng công nghệ in 3D, mang lại vẻ đẹp tinh xảo và khác biệt.

Nhà thiết kế nổi tiếng Iris van Herpen từng chia sẻ rằng, trong tương lai gần, con người có thể sử dụng máy quét 3D để đo cơ thể và in ra trang phục vừa vặn tuyệt đối chỉ trong vài giờ. 

Ứng dụng trong y học

Nhờ sự kết hợp giữa máy quét 3D và vật liệu sinh học, các nhà khoa học đã in ra chân tay giả, răng, xương và khớp nối nhân tạo với độ chính xác cao và khả năng chuyển động linh hoạt. Đặc biệt, chi phí sản xuất các bộ phận này bằng in 3D chỉ vào khoảng vài trăm USD, thấp hơn rất nhiều so với giá thành truyền thống hàng nghìn USD.

Các nhà nghiên cứu đang từng bước thử nghiệm in 3D nội tạng người như gan, tim hay thận bằng công nghệ tách tế bào sinh học (bioprinting) có thể đảm nhận chức năng gần tương đương với bộ phận thật, mở ra hy vọng mới trong cấy ghép và y học tương lai.

Ứng dụng trong sản xuất linh kiện

Từ những chi tiết đơn giản đến các cấu trúc cơ khí phức tạp, tất cả đều có thể được tạo ra chính xác nhờ máy in 3D. Điểm đặc biệt là công nghệ này còn hỗ trợ sửa chữa và tái tạo linh kiện hư hỏng. Người dùng có thể dễ dàng in lại linh kiện cần thay thế chỉ cần có file thiết kế kỹ thuật số (CAD). Hiện nay, trên các nền tảng như Thingiverse đã có sẵn hơn 2.500 mẫu thiết kế linh kiện thay thế cho nhiều loại thiết bị và sản phẩm khác nhau.

Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm

Nhờ các đột phá về vật liệu và lập trình, công nghệ in 3D thực phẩm cho phép tạo ra bánh kẹo, socola, mỳ ống hay các món ăn được thiết kế tinh xảo mà vẫn đảm bảo an toàn và ăn được.

Tại Triển lãm Điện tử Tiêu dùng (CES) ở Las Vegas, công ty 3D Systems từng giới thiệu máy in 3D sử dụng nguyên liệu như socola, đường và vani để tạo ra hàng loạt món tráng miệng hấp dẫn.

Ứng dụng trong xây dựng

Thay vì sử dụng công nhân và máy móc nặng nề, các doanh nghiệp hiện nay có thể in toàn bộ cấu trúc nhà ở bằng vật liệu đặc biệt, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.

Ví dụ, một công ty xây dựng đã sử dụng máy in 3D khổng lồ để tạo ra 10 ngôi nhà chỉ trong 24 giờ. Quá trình này sử dụng hỗn hợp xi măng và vật liệu thay thế bê tông, giúp tạo nên ngôi nhà hoàn chỉnh với chi phí chỉ khoảng 5.000 USD. Dù kích thước ban đầu còn hạn chế, song đây chính là bước khởi đầu cho kỷ nguyên xây dựng tự động hóa bằng in 3D.

Xu hướng công nghệ in 3D: Tương lai của sản xuất và sáng tạo

Công nghệ in 3D đang mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành sản xuất toàn cầu. Điều làm nên sức mạnh của in 3D chính là khả năng cá nhân hóa sản phẩm, rút ngắn thời gian sản xuất và tối ưu nguồn vật liệu, phù hợp với xu hướng tự động hóa và sản xuất thông minh trong thời đại 4.0. 

​​​​​​​

Intech Group là doanh nghiệp tiên phong trong lĩnh vực tự động hóa và giải pháp sản xuất thông minh đang không ngừng nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ hiện đại như in 3D, robot công nghiệp và hệ thống quản lý sản xuất thông minh (MES, ERP). Mọi vướng mắc xin vui lòng liên hệ qua hotline 0966.966.032 - 0983.113.387 để được tư vấn và hỗ trợ.