Công nghệ in 3D cho phép tạo một sản phẩm bằng cách tự động bồi đắp dần các lớp vật liệu (giấy, nhựa, kim loại,...) theo một bản vẽ hay một mô hình 3D thiết kế trước trong máy tính, thay vì phải cắt gọt phôi như gia công sản phẩm truyền thống.
Hiện nay, thị trường máy in 3D đa dạng về chủng loại thiết bị. Một số dòng máy in 3D chế tạo và sản xuất trong nước đã được tích hợp khả năng phối màu, in sản phẩm với độ chính xác cao, thậm chí tiệm cận các tiêu chuẩn quốc tế. Tuy nhiên, đa số máy in 3D nội địa chỉ phù hợp cho nhu cầu tạo ra các sản phẩm kích thước nhỏ (quy cách tối đa 500x500mm hay 600x600mm) như đồ chơi, đồ dùng văn phòng, học tập, trang trí. Trong khi đó, sản xuất công nghiệp đòi hỏi các thiết bị in 3D phải tạo ra sản phẩm kích thước lớn (lên đến 1.000x1.000mm hoặc lớn hơn).
Trước thực tế đó, nhóm tác giả ở Phân Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hoá TPHCM đã thực hiện đề tài "Thiết kế, chế tạo và ứng dụng máy in 3D khổ lớn, tích hợp Scanner 3D", theo công nghệ FDM (sử dụng vật liệu nóng chảy đùn qua đầu phun tạo hình, sau đó đông cứng).
Sau 18 tháng thực hiện đề tài, nhóm đã chế tạo thành công máy in 3D khổ rộng, tốc độ in 150 mm/giây, độ chính xác nhỏ hơn 0,2 mm, có thể in các vật liệu nhựa như PLA, ABS để tạo ra sản phẩm có kích thước tối đa 1.200 x 600 x1.200mm.
 |
Máy in 3D có thể in các vật liệu nhựaPLA, ABS Ảnh: NNC |
Đồng thời, nhóm cũng chế tạo máy quét laser 3D, bộ điều khiển và phần mềm cho máy quét để tích hợp cùng máy in 3D. Máy có thể quét vật thể có kích thước tối đa là 600 x 600 x 600 mm, khối lượng mẫu quét dưới 20kg. Máy quét 3D được nhóm nghiên cứu thiết kế dựa trên công nghệ laser tam giác lượng và công nghệ ánh sáng có cấu trúc, chiếu lên vật thể và thu ảnh bằng camera kép, giúp tăng độ chính xác, tăng kích thước vùng quét để thu thập dữ liệu không gian ba chiều của những vật mẫu kích thước lớn, nhằm cung cấp dữ liệu đầy đủ cho hệ thống in 3D.
ThS Phạm Quốc Phương, Chủ nhiệm đề tài, cho biết, quá trình thiết kế sản phẩm truyền thống thường dựa theo mẫu có sẵn, sau đó vẽ vật thể bằng cách đo đạc và dựng hình rất tỉ mỉ, tốn nhiều thời gian, công sức. Trong đó, đối với "phương pháp thiết kế ngược", toàn bộ sản phẩm được quét 3D để lấy các dữ liệu không gian ba chiều, sau đó sử dụng máy tính để dựng hình. Theo ThS Phương, việc tạo hình sản phẩm bằng máy quét 3D, kết nối trực tiếp với máy in 3D sẽ nâng cao mức tự động hóa trong chế tạo sản phẩm.
 |
Máy quét laser 3D Ảnh: NNC |
Nhóm nghiên cứu còn chủ động phát triển hàng loạt cải tiến mới để giải pháp ổn định hơn so với các giải pháp máy in hiện có trên thị trường. Cụ thể, hệ thống khung sườn của máy vững chắc, hạn chế tối đa rung lắc khi vận hành quá trình in vật liệu. Đối với hệ thống điều khiển, nhóm nghiên cứu sử dụng động cơ dạng hybrid (lai giữa động cơ bước và động cơ servo), cung cấp độ chính xác cao và có độ sai số thấp hơn. Phần đầu đùn vật liệu được gia nhiệt bằng nhiệt trở, có gắn cảm biến đo nhiệt độ và đưa về bộ điều khiển để so sánh với giá trị đặt, cho phép điều khiển dòng đốt ổn định. Tùy thuộc sợi nhựa sử dụng, người điều khiển có thể lựa chọn nhiệt độ cho đầu đùn thích hợp.
Theo ThS Phạm Quốc Phương, máy in 3D khổ rộng tích hợp máy quét 3D nếu được sản xuất hàng loạt có giá khoảng 300 triệu đồng/máy, thấp hơn so với sản phẩm nhập ngoại có tính năng và tiêu chuẩn kỹ thuật tương đương (riêng máy in nhựa 3D khổ rộng của Mỹ đã có giá gần 200 triệu đồng; còn giá thành máy quét 3D độ phân giải và độ chính xác cao tương tự sản phẩm của đề tài có thể lên đến hàng tỷ đồng).
Đề tài đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu trong năm nay và nhóm tác giả sẵn sàng chuyển giao công nghệ sản xuất sản phẩm cho các đơn vị có nhu cầu.
Kiều Anh