Untitled 37 Soá 10 naêm 2017 Nhìn ra thế giới C ông nghệ in 3D còn được biết đến với tên gọi “Công nghệ đắp dần” (Additive Manufacturing), đã trở thành xu hướng công nghệ quan trọng trên thế giới và l[.]
Nhìn giới In 3D - cơng nghệ đỉnh cao phát triển Nguyễn Mạnh Quân Cục Thông tin KH&CN Quốc gia, Bộ KH&CN Bên cạnh Internet vạn vật, liệu lớn, robot, sinh học tổng hợp… in 3D trở thành xu hướng công nghệ quan trọng giới công nghệ chủ chốt tạo nên cách mạng công nghiệp lần thứ tư Hiện nay, với phát triển ngành khoa học vật liệu, cơng nghệ in 3D in vật mẫu có hình dạng cụ thể; có tim, gan, phổi… người sản xuất công nghệ in 3D với độ xác tuyệt đối Cơng nghệ có ưu điểm mà chuyên gia tin đạt đến đỉnh cao phát triển, tác động mạnh mẽ đến hoạt động sản xuất đời sống người C ông nghệ in 3D cịn biết đến với tên gọi “Cơng nghệ đắp dần” (Additive Manufacturing), trở thành xu hướng công nghệ quan trọng giới công nghệ chủ chốt cách mạng công nghiệp lần thứ tư (bên cạnh công nghệ: Internet vạn vật - IoT, liệu lớn, robot, sinh học tổng hợp…) Theo chuyên gia, “chìa khố” cơng nghệ cho tương lai mà doanh nghiệp nào, ngành công nghiệp sản xuất quốc gia phải ý Trong công nghiệp sản xuất, chế tạo Ngành cơng nghiệp tơ: Ngồi mục đích thử nghiệm, thiết kế, tạo mẫu sản xuất số phận, công cụ lắp ráp đặc biệt, ngành công nghiệp ô tô sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất xe hoàn chỉnh Chiếc xe tạo công nghệ in 3D Urbee (năm 2013) Tuy Urbee chưa thể đạt vận tốc ô tô thông thường lại tiết kiệm nhiên liệu hẳn có thiết kế đẹp Chiếc xe ô tô Urbee sản xuất tồn cơng nghệ in 3D mắt Urbee đánh giá xe “xanh” giới từ trước tới nay, với động hỗn hợp xăng điện bên Nó sử dụng lượng 1/8 loại phương tiện tương tự, có mức tiêu hao nhiên liệu gallon cho 200 dặm đường cao tốc Tuyệt vời hơn, Urbee tạo thành từ vật liệu tái chế, với bánh, chỗ ngồi động đốt dự phòng Đến năm 2014, Hãng EDAG giới thiệu công nghệ in 3D để sản xuất xe EDAG Genesis có khung dạng xương phận khác với hình dạng mà cơng nghệ sản xuất xe thông thường làm Chuyên gia hãng cho biết, công nghệ cho phép xe sử dụng hình dạng cấu trúc có tự nhiên, với kết cấu cứng nhẹ, loại vỏ ốc hay cấu trúc tổ ong bên xương Số 10 năm 2017 37 Nhìn giới Bộ khung dạng xương Genesis có cấu trúc chống va chạm, giống xe Chỉ có điều, kết cấu phức tạp nhiều so với thứ sản xuất cách dập hay ép kim loại, đồng thời tạo độ cứng bền vượt trội Hiện nay, nhà sản xuất xe lớn Hoa Kỳ Ford, GE Mattel sử dụng cơng nghệ in 3D để cắt giảm chi phí thời gian sản xuất giai đoạn tạo mẫu Ford sử dụng công nghệ in 3D việc chế tạo đầu xi lanh, sử dụng động EcoBoost (động sử dụng xe đua) nhằm giảm nhiên liệu tiêu thụ giảm khoảng 20-45% thời gian sản xuất Cịn GE ứng dụng cơng nghệ in 3D q trình sản xuất đầu dị siêu âm, giúp giảm khoảng 30% chi phí hoạt động Ngành cơng nghiệp điện tử: Hãng Cartesian Úc tạo máy in 3D Argentum, phun mực dẫn điện (làm hạt nano bạc) lên giấy, vải, acrylic, nhựa, MDF nhiều chất liệu sợi thủy tinh khác, tạo bo mạch cứng linh hoạt, chí dệt vào quần áo Tháng 6/2017, nhóm sinh viên tốt nghiệp Đại học Stanford chế tạo dạng máy in 3D tạo mạch điện hoạt động tên Rabbit Proto Các vật liệu dẫn điện nhúng mô hình 3D in thơng qua đầu in 3D Proto Rabbit thiết kế để phù hợp với phiên khác máy in RepRap Lĩnh vực lượng: Hãng Siemen chế tạo thử nghiệm thành cơng cánh quạt động turbine khí công nghệ in 3D, mở đường cho nhà sản xuất điện thiết bị siêu trọng khác sử dụng cơng nghệ để chế tạo mơ hình nguyên mẫu chi tiết thực tế sản 38 phẩm họ Trước đây, để sản xuất cánh quạt tuabin chịu tốc độ 13.000 vòng/phút nhiệt độ lên đến 1.250oC phải đúc rèn, địi hỏi nhiều thời gian chi phí Trong trình in 3D, chùm tia laze chiếu vào lớp bột kim loại để nung nóng chảy sau làm nguội Q trình lặp lặp lại lớp nguyên mẫu hồn tất Nhờ cơng nghệ này, kỹ sư Siemens sản xuất cánh quạt tuabin khí thời gian tháng so với năm trước đây, trình sản xuất đơn giản tốn nhiều Đặc biệt, tính linh hoạt cơng nghệ cho phép hiệu chỉnh xác thông số theo yêu cầu đối tượng khách hàng vũ trụ “Chain mail” loại áo giáp thiết yếu chiến binh thời trung cổ, nhóm nghiên cứu Raul Polit Casillas thuộc Phịng thí nghiệm phản lực Pasadena, California “nâng cấp”, giúp phi hành gia chống chịu tốt với mơi trường khắc nghiệt ngồi vũ trụ Điều có nghĩa áo giáp sản xuất trạm không gian trái đất theo yêu cầu NASA dự định sử dụng máy in 3D để xây dựng nhà Mặt trăng, tạo thiết bị di chuyển bao gồm động tên lửa… Ngành hàng khơng vũ trụ quốc phịng: Những thiết bị in 3D xâm nhập vào công nghệ hàng không tạo nhiều sản phẩm giá trị cao, khối lượng thấp Airbus hãng hàng không áp dụng công nghệ in 3D để tạo nhiều phận cho máy bay Các chuyên gia Airbus cho biết, sản phẩm tạo công nghệ in 3D tốt hơn, hơn, nhẹ từ 50 đến 80% khối lượng; giảm bớt 220 kg cơng ty tiết kiệm 2,5 triệu USD chi phí nhiên liệu năm Cơng nghệ in 3D không tạo thiết kế đáng kinh ngạc mà cịn đưa cơng nghệ quốc phịng sang giai đoạn Hiện nay, công nghiệp quốc phòng lớn giới hướng tới việc ứng dụng công nghệ in 3D sản xuất Điển Chính phủ Hoa Kỳ đầu tư nghiên cứu in 3D súng, đạn, quân phục, mẫu da nhân tạo giúp điều trị vết thương, chí đồ ăn phục vụ quân đội Các nhà khoa học Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) quốc gia sáng tạo vật liệu in 3D thay đổi tiếp xúc với yếu tố khác nhau, ví dụ nước, mở triển vọng giúp quân đội có quân phục có khả đổi màu theo môi trường Cơ quan Hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất số phận đặc biệt cho tàu vũ trụ Hơn thế, NASA với Công ty Made in Space phát triển máy in 3D “in” khơng gian Máy in 3D sản xuất thiết bị phụ kiện, phận thay hay tái chế nguyên liệu suốt chuyến bay, cho phép thám hiểm không gian kéo dài bình thường Đến tháng 4/2017, NASA sử dụng thiết bị in 3D để sản xuất áo giáp “Chain mail” bảo vệ phi hành gia tàu Công nghệ in 3D hữu ích sản xuất mơ hình sinh học (các mơ hình phận người xương, răng, tai giả ) Theo đó, mơ hình điện tử phận thể người dựng hình ảnh 3D thơng qua máy qt, tiếp đến mơ hình sinh học tạo lớp nhờ công nghệ in 3D; sản phẩm cho phép bác sỹ thực phẫu thuật thuận lợi hiểu biết sâu thể bệnh nhân Tương tự việc tạo mơ hình sinh học, dụng cụ y tế Số 10 năm 2017 Y tế chăm sóc sức khỏe Nhìn giới máy trợ thính, khung đỡ, mặt nạ, giả sản xuất cơng nghệ in 3D theo kích thước, hình dạng đặc điểm bệnh nhân Một ứng dụng thú vị công nghệ in 3D chế tạo mô phận thể người, hay cịn gọi in sinh học Bioprinting Nhờ cơng nghệ này, hệ thống tế bào mô người in theo lớp mực sinh học (mực thu qua xử lý đặc biệt tế bào người hoạt chất khác) Mới (tháng 7/2017), nhóm nghiên cứu Trường Y học Cellular nhà khoa học thuộc Đại học Oxford phát triển loại máy in 3D in tế bào gốc thành cấu trúc 3D phức tạp Nghiên cứu cho cách mạng hóa ngành y học, cho phép tái tạo mô, sụn phức tạp nhằm hỗ trợ phương pháp chữa bệnh In sinh học hứa hẹn hội quý báu cho phát triển dược phẩm, phương pháp điều trị thử nghiệm, nghiên cứu y học, chữa lành vết thương cấy ghép Trong tương lai, hiệu thuốc, chí gia đình tự in loại thuốc riêng cho từ dược chất cách sử dụng máy in 3D, giúp giảm chi phí liên quan cải thiện đáng kể việc điều trị tùy theo đặc thù cá nhân Đặc biệt, công nghệ in 3D thành công lĩnh vực nha khoa chế tạo chân tay giả, với độ xác, thẩm mỹ cao, giúp bệnh nhân dễ dàng thích ứng Với cơng nghệ in 3D, Cơng ty Not Impossible Labs lần tạo chân, tay giả có chi phí khoảng 100 USD Các nhà khoa học Công ty thiết kế Autodesk Đại học Toronto phát triển phần mềm cho phép quét phận người khuyết tật, sau thiết kế phận thay cho phù hợp với giá thành rẻ, mở hội cho người không may mắn hoạt động bình thường với chân tay giả linh hoạt Trong kiến trúc xây dựng Ngành xây dựng sẵn sàng để đón nhận sóng kỹ thuật công nghệ in 3D vào việc thi cơng cơng trình, từ cầu cống đến kiến trúc dân dụng Dù giai đoạn đầu có nhiều nỗ lực thực thành cơng việc xây dựng tồ nhà máy in 3D khổng lồ Vật liệu phổ biến cho in xây dựng nhựa bê tông Phương pháp in 3D xây dựng mang lại cải tiến đáng kể chất lượng, tiến độ, đảm bảo an toàn xây dựng giảm tác động có hại đến mơi trường Trước để thực cầu thép, độ 15 m người ta phải lắp ráp phận đúc sẵn, cơng nghệ in 3D cho cấu kiện nhỏ bên máy in Tại Hà Lan, cầu thép in 3D robot Amsterdam cơng trình phối hợp kiến trúc sư Joris Laarman, Công ty công nghệ in MX3D, Công ty phần mềm Autodesk Công ty xây dựng Heijmans Bằng việc sử dụng chất liệu kim loại từ sắt, thép không rỉ đến nhôm, đồng… cánh tay robot phối hợp liên tục để in kết cấu phức tạp cầu cách dễ dàng, bờ tiến vào giữa, cầu nối liền Các robot làm việc phần kết cấu vừa hoàn tất người thợ chuyên nghiệp cầu đại, biểu tượng cho cơng nghệ vịng tháng, dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2017 Trong đó, tiến sỹ Behrokh Khoshnevis (Đại học Nam California, Hoa Kỳ) triển khai loại robot in 3D có khả sử dụng nguyên liệu chỗ để xây dựng cơng trình Ơng làm việc với NASA để đem robot xây dựng lên khơng gian, thực cơng trình kiến trúc Mặt trăng Hỏa nguồn vật liệu sẵn có đó, thay phải vận chuyển từ Trái đất Ở Trung Quốc, Cơng ty Trang trí thiết kế kỹ thuật Winsun sử dụng công nghệ in 3D để xây nhà Họ sử dụng máy in 3D khổng lồ để phun xi măng loại vật liệu tái chế thay Căn biệt thự “in” công nghệ in 3D Cơng ty HuaShang Tengda, Trung Quốc Số 10 năm 2017 39 Nhìn giới cho loại bê tơng thông thường Những nhà xây công nghệ in 3D khơng có thiết kế q đẹp giá thành lại rẻ (khoảng 4.800 USD) thời gian hồn thành nhanh (10 ngơi nhà ngày) Tất vật liệu để tạo mơ hình nhà Công ty Winsun tái chế từ chất thải công nghiệp Thiết bị in 3D sử dụng để xây dựng 10 ngơi nhà có kích thước khổng lồ với chiều dài 152 m, rộng 10 m cao m Trong năm 2016, công ty khác Trung Quốc (Công ty HuaShang Tengda), “in” biệt thự vững công nghệ in 3D Căn biệt thự có khả chịu trận động đất lên đến độ richter, điểm đáng nói xây dựng 45 ngày Hơn nữa, công ty tạo quy trình cơng nghệ in mới, giúp tối ưu lượng bê tông cần thiết Trước nhấn nút bắt đầu in máy tính, đội xây dựng lắp đặt phần khung tòa nhà, bao gồm cốt thép đường điện, nước Trong giáo dục đào tạo Nhờ vào in 3D, sinh viên tiếp xúc sớm với khái niệm kỹ thuật trước dạy cao hơn, hiểu sâu nội dung khóa học kỹ thuật Đối với giáo viên, mơ hình vật thể 3D tự sản xuất phù hợp cho mục đích mơn học, giúp hình dung khái niệm tiến hành thí nghiệm lớp Ở Hoa Kỳ Trung Quốc, kế hoạch đưa công nghệ máy in 3D đến trường học, kể cho trẻ em học sinh tiểu học, bắt đầu triển khai Năm lợi ích lớn máy in 3D giáo dục là: Khơi gợi hứng thú; tạo điều kiện phát triển chương trình giáo dục STEM (Science-Technology-Engineering- 40 Mathematics); cho phép tiếp cận với đối tượng học tập chưa có trước đây; mở nhiều khả cho việc học tập; thúc đẩy kỹ giải vấn đề Sử dụng máy in 3D mang lại hiệu thiết thực giáo dục cho phép giáo viên học sinh “khám phá chân thực đối tượng khơng có sẵn” Ví dụ vật hóa thạch, đối tượng nhân rộng nhờ máy in 3D để khám phá cách chân thực In 3D đưa vật thể từ lý thuyết thực tế, trở thành thứ mà học sinh nhìn thấy chạm vào, mở “khả cho hoạt động học tập” Sản xuất thực phẩm Những máy in 3D ngày khơng tạo sản phẩm đẹp, làm vừa mắt người tiêu dùng mà sử dụng rộng rãi lĩnh vực ẩm thực Máy in thực phẩm 3D nhả vật chất ăn dạng lỏng thơng qua vịi phun theo lớp dựa chương trình lập trình sẵn, tạo sơ-cơ-la, bánh, kẹo, mỳ, bánh pizza loại đồ ăn nhanh thơm ngon khác Truyền thông châu Âu háo hức với mà cơng nghệ in thực phẩm 3D mang lại Họ tổ chức kiện ẩm thực, có đầu bếp tên tuổi sử dụng máy in thực phẩm 3D để phục vụ thực khách nhà hàng danh tiếng Các khu nhà điều dưỡng châu Âu cung cấp thực phẩm 3D với hình dạng giống thạch cho người gặp khó khăn việc nhai nuốt thức ăn Các nhà phát triển máy in thực phẩm 3D cho rằng, thiết bị sớm xuất gian bếp gia đình, giúp họ chuẩn bị ăn vừa thơm ngon vừa bổ dưỡng Số 10 năm 2017 Cơng ty Modern Meadows tiên phong công nghệ in 3D thực phẩm thành công việc tạo thịt nhân tạo thông qua in sinh học Các nhà nghiên cứu Đại học Exeter (Anh) chế tạo máy in 3D cho sản phẩm có chất liệu socola Hay cặp vợ chồng người Hoa Kỳ sử dụng máy in 3D để thay lò nướng làm sản phẩm có nguyên liệu từ đường Tại triển lãm điện tử tiêu dùng Las Vegas năm 2016, Công ty 3D Systems lần giới thiệu máy in 3D sử dụng nguyên liệu loại socola, đường, vani hương liệu để tạo nhiều loại kẹo có hình dạng thú vị khác Hãng Natural Machines giới thiệu máy in 3D gọi Foodini, có khả “in” mì ống Mặc dù in 3D dẫn đến thay đổi đáng kể công nghệ quy trình sản xuất, có ảnh hưởng lớn đến thị trường giới, không dễ dàng để nắm bắt tác động thực trung hạn dài hạn Các nhà phân tích quốc tế đề cập đến số tác động bề công nghệ này, công nghệ tăng trưởng Các nghiên cứu dự đốn cơng nghệ in 3D đạt trạng thái áp dụng rộng rãi 10 năm tới, ngành công nghiệp thị trường tiêu dùng Khi đó, nhà máy mini trở thành tiêu chuẩn, khó để tưởng tượng xã hội tồn mà khơng có cơng nghệ in 3D ? ... sản xuất cơng nghệ in 3D theo kích thước, hình dạng đặc điểm bệnh nhân Một ứng dụng thú vị công nghệ in 3D chế tạo mô phận thể người, hay gọi in sinh học Bioprinting Nhờ công nghệ này, hệ thống... cơng nghệ in 3D cho cấu kiện nhỏ bên máy in Tại Hà Lan, cầu thép in 3D robot Amsterdam cơng trình phối hợp kiến trúc sư Joris Laarman, Công ty công nghệ in MX3D, Công ty phần mềm Autodesk Công. .. trí thiết kế kỹ thuật Winsun sử dụng công nghệ in 3D để xây nhà Họ sử dụng máy in 3D khổng lồ để phun xi măng loại vật liệu tái chế thay Căn biệt thự ? ?in? ?? công nghệ in 3D Cơng ty HuaShang Tengda,