Untitled 55 KH&CN nước ngoài Số 12 năm 2020 Công nghệ in 3D Công nghệ in 3D (hay còn gọi là công nghệ sản xuất đắp dần) là một chuỗi kết hợp các công đoạn khác nhau để tạo ra một vật thể ba chiều từ v[.]
KH&CN nước NHu Cầu Và Xu HướNg ứNg DụNg CơNg NgHệ iN 3D TrêN THế giới PGS.TS Phan Huy Hồng1, ThS Mai Văn Hun2 trường Đại học Bách khoa hà nội trung tâm Phát triển xanh Công nghệ in 3D phát triển nhanh chóng giới Với cơng nghệ này, nhà sản xuất tùy chỉnh theo họ cần cách nhanh chóng, in lại phận để thay cách dễ dàng Với lợi ích mang lại (tạo chuỗi giá trị xuyên suốt từ sản xuất đến lưu kho, sử dụng sản phẩm dịch vụ; tiết kiệm nguyên/vật liệu, lượng; quy trình sản xuất ngắn gọn, cho sản phẩm tuỳ chỉnh, kể sản phẩm có cấu trúc phức tạp…), công nghệ in 3D ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực với tốc độ tăng trưởng hàng năm lên đến gần 30% Công nghệ in 3D Cơng nghệ in 3D (hay cịn gọi công nghệ sản xuất đắp dần) chuỗi kết hợp công đoạn khác để tạo vật thể ba chiều từ vật mẫu thật qt 3D mơ hình kỹ thuật số, cách đắp dần lớp vật liệu theo lớp Với sản xuất đắp dần, đối tượng tạo theo lớp, coi cơng nghệ tạo đúc hay ép khuôn, khác với phương pháp gia công/mài giũa, cắt gọt vật liệu nguyên khối truyền thống (loại bỏ cắt gọt phần vật liệu, nhằm có sản phẩm cuối cùng) Có nhiều cơng nghệ in 3D khác phát triển đùn vật liệu (material extrusion), quang trùng hợp (vat photopolymerization), kết hợp bột (binding jetting)… Mỗi cơng nghệ có đặc điểm khác nhau, phù hợp cho yêu cầu kỹ thuật đa dạng vật liệu, tốc độ, chất lượng hồn thiện sản phẩm Lợi ích bền vững công nghệ in 3D tạo chuỗi giá trị xuyên suốt từ tiền sản xuất đến sản xuất, lưu kho, sử dụng sản phẩm dịch vụ; tiết kiệm nguyên/vật liệu, lượng; quy trình sản xuất ngắn gọn, cho sản phẩm tuỳ chỉnh, kể sản phẩm có cấu trúc phức tạp; cho phép nhà sản xuất tiến gần đến tỷ lệ cung/ cầu = 1/1, giảm lượng phế liệu tồn kho sản xuất dư thừa Với nhiều ưu điểm trội, công nghệ in 3D xu hướng phát triển tương lai Hiện nay, công nghệ ứng dụng phổ biến nhiều lĩnh vực kiến trúc, mỹ thuật, y học, thẩm mỹ, giáo dục đến tạo mẫu nhanh ngành công nghiệp sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ, y tế, điện tử, robot, nông nghiệp… tăng trưởng không ngừng Theo báo cáo “Wohler’s Report 2017” [1] Công ty Wohlers Associates - công ty lớn tư vấn kỹ thuật chiến lược lĩnh vực in 3D, thống kê từ xuất công nghệ in 3D, tốc độ tăng trưởng kép hàng năm sản phẩm dịch vụ in 3D toàn giới 25,9% Chỉ năm gần đây, số tăng lên tới 28% Giai đoạn 2010-2017, tổng thị trường in 3D tăng gần 5,7 lần so với năm trước Sự thay đổi cho thấy ngành cơng nghiệp thời kỳ phát triển; chuyên gia rằng, có khả đạt 18 tỷ USD vào năm 2021 Đa số phát triển công nghệ in 3D ứng dụng trọng điểm quốc gia: Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nhật Bản, Đức Vương quốc Anh Thị trường sản xuất toàn cầu bao gồm thiết kế, sản xuất phân phối hàng hố, định giá khoảng 12 nghìn tỷ USD Trong đó, in 3D sẵn sàng đạt ngưỡng đến nghìn tỷ USD tỷ trọng Số 12 năm 2020 55 KH&CN nước kinh tế toàn cầu vịng đến 10 năm tới Có ngành cơng nghiệp có tiềm lớn chuyển đổi in 3D: công nghiệp nặng, ô tô, sản phẩm tiêu dùng, chăm sóc sức khỏe y tế, hàng không vũ trụ ngành công nghiệp ước tính chiếm 76% ngành sản xuất tồn cầu, đạt tổng sản lượng nghìn tỷ USD/năm Theo kết khảo sát chuyên gia, 23-40% phận ngành sản xuất in 3D thời gian tới, có nghĩa 2-3 nghìn tỷ USD lĩnh vực sản xuất tồn cầu bị ảnh hưởng in 3D [2, 3] lĩnh vực sản xuất tăng thu nhập bình qn cho hộ gia đình thơng qua sáng kiến “Sản xuất Ấn Độ” Họ tận dụng in 3D để phục vụ tốt nhu cầu lượng lớn người tiêu dùng, coi hội tắt đón đầu để Ấn Độ trở thành quốc gia dẫn đầu sản xuất Đức nhắm đến mục tiêu in 3D công nghệ then chốt để giành lại lợi cạnh tranh giành [1, 7] Các quốc gia UAE Ả Rập Xê út coi in 3D hội để tắt đón đầu lĩnh vực sản xuất phục vụ người tiêu dùng địa phương [1, 8] xu hướng ứng dụng Một số ứng dụng công nghệ in 3D tiêu biểu sản xuất công nghiệp gồm: Ngành công nghiệp ô tô: yêu cầu quan trọng cho sản xuất ô tô giảm trọng lượng xe, vật liệu chế tạo/năng lượng nhiên liệu tiêu thụ xe; phận với thiết kế hình học phức tạp, đảm Nhiều quốc gia bắt đầu xem xét thay đổi lớn công nghệ có ý nghĩa họ Các quốc gia có mức tiêu thụ cao có hội phát triển sản xuất nước, cơng ty có sở sản xuất lớn với mức tiêu thụ thấp cần phải hành động nhanh chóng để trì sở Nền kinh tế Hoa Kỳ dự kiến tăng trưởng 600-900 tỷ USD năm họ tận dụng tốt công nghệ in 3D Hàng năm, Hoa Kỳ nhập khoảng nghìn tỷ USD hàng hố, 1,4 nghìn tỷ USD nhập tạo thành từ ngành cơng nghiệp có tiềm sử dụng công nghệ in 3D [4-6] Vỏ đèn hậu xe Audi sản xuất công nghệ in 3D Trung Quốc nỗ lực trì lực cạnh tranh hoạt động sản xuất Họ coi in 3D vừa hội vừa rủi ro kinh tế đầu tư mạnh mẽ, bao gồm 132 triệu USD phân bổ cho nghiên cứu phát triển công nghệ [1] Ấn Độ tìm kiếm hội đầu tư cho cơng nghệ in 3D để xây dựng khả cạnh tranh 56 Đèn hậu dạng vây siêu xe Divo Bugatti Automobiles SAS sản xuất công nghệ in 3D Số 12 năm 2020 KH&CN nước aliners cầu công nghệ in 3D ngày đẩy mạnh phổ biến Một lĩnh vực chuyển đổi hoàn toàn in 3D máy trợ thính [12] Hơn 10.000.000 người đeo máy trợ thính in 3D tương ứng với 97% lượng máy trợ thính tồn cầu ? tài liỆu thaM Khảo [1]vWohler’s Report (2017), 3D printing and additive manufacturing state of the industry [2]vHP Confidential Report (2017), 3D printing: ensuring manufacturing leadership in the 21st century Máy bay không người lái Aurora Flight Sciences sản xuất công nghệ in 3D bảo khả chịu lực (liên quan đến trọng lượng thiết kế khí động học); yêu cầu khả chịu nhiệt tốt, biến dạng nhiệt nhỏ, bền tác dụng ánh sáng; yêu cầu khả chống ẩm, kín nước [9] đạt sử dụng cơng nghệ in 3D Những lợi ích in 3D đem lại cho ngành cơng nghiệp ô tô gồm: 1) Giảm trọng lượng ô tô thông qua việc tối ưu thiết kế phận, giảm số lượng phận; 2) Tối ưu hoá thiết kế, tạo ô tô in 3D tùy chỉnh (3D in nhiều hình dạng phức tạp với cấu trúc độc đáo, phận tách rời hợp in thành khối giúp thiết kế xe kín, chắc); 3) Thay phụ tùng dễ dàng, phục chế ô tô cổ; 4) Cải tiến quy trình sản xuất, rút ngắn thời gian sản xuất, tiết kiệm chi phí cho q trình gia cơng… [10] Ngành hàng không - vũ trụ: phát triển thiết bị bay không người lái UAVs; thám hiểm không gian, vũ trụ: thiết kế, chế tạo phận cho tên lửa đẩy, tàu vũ trụ, vệ tinh, trạm quốc tế Trong đó, UAVs máy bay thử nghiệm hai lĩnh vực mà in 3D áp dụng nhanh chóng lĩnh vực địi hỏi giám sát quy định [11] Aurora Flight Sciences Stratasys hợp tác để phát triển máy bay không người lái (UAVs) công nghệ in 3D với sải cánh 2,9 m, trọng lượng khung 6,4 kg, máy bay đạt tốc độ 67 m/s Nó bao gồm tổng cộng 34 phận, 26 số sản xuất cơng nghệ in 3D, chiếm khoảng 80% trọng lượng khung máy bay Ngành y tế: 20 loại cấy ghép khác nhau, từ cấy ghép sọ đến cấy ghép hông, đầu gối cột sống (được phê duyệt Cục Quản lý thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ - FDA) sản xuất công nghệ in 3D khác Ngày nay, in 3D ứng dụng lĩnh vực y tế từ chế tạo công cụ hướng dẫn phẫu thuật đến phận nhân thể người để lập kế hoạch trước phẫu thuật Việc sản xuất trực tiếp thiết bị y tế tùy chỉnh, bao gồm phận giả thiết bị nha khoa chi phí thấp [3]vwww.nam.org/Newsroom/FactsAbout-Manufacturing/ [4]vhttps://3dprint.com/168773/ forecast-3d-mjf-materialise/ [5]vhttps://www.digitaltrends.com/ cool-tech/royal-navy-droneantarctic/ [6]vhttps://3dadept.com/usmilitary-budget-lays-emphasis-on-3dprinting-technology/#:~:text=In%20 this%20budget%2C%20the%20 budget,Defense%2C%20military%20 construction%20and%20personnel [7]vhttps://3dprintingindustry.com/ news/ger man-minister-announcesplan-take-lead-new-digital-eramanufacturing-101953/ [8] http://www.dubaifuture.gov.ae/ourinitiatives/dubai-3d-printing-strategy/ [9] http://www.dubaifuture.gov.ae/ourinitiatives/dubai-3d-printing-strategy/ [ ] v h t t p s : / / w w w d h u b s c o m / knowledge-base/automotive-3d-printingapplications/ [ 1 ] v h t t p s : / / w w w s c u l p t e o c o m / en/3d-learning-hub/applications-of-3dprinting/3d-printed-car/ [12] S.C Joshi and A.A Sheikh (2015), “3D printing in aerospace and its long-term sustainability”, Virtual and Physical Prototyping, 10(4), pp.175-185 Số 12 năm 2020 57 ... tiêu dùng địa phương [1, 8] xu hướng ứng dụng Một số ứng dụng công nghệ in 3D tiêu biểu sản xu? ??t công nghiệp gồm: Ngành công nghiệp ô tô: yêu cầu quan trọng cho sản xu? ??t ô tô giảm trọng lượng... tư cho công nghệ in 3D để xây dựng khả cạnh tranh 56 Đèn hậu dạng vây siêu xe Divo Bugatti Automobiles SAS sản xu? ??t công nghệ in 3D Số 12 năm 2020 KH&CN nước ngồi aliners cầu cơng nghệ in 3D ngày... knowledge-base/automotive -3d- printingapplications/ [ 1 ] v h t t p s : / / w w w s c u l p t e o c o m / en /3d- learning-hub/applications-of-3dprinting /3d- printed-car/ [12] S.C Joshi and A.A Sheikh (2015), ? ?3D printing