Bức phá rào cản phức tạp, giúp công nghệ in 3D tiếp cận được với nhiều người, giúp mọi người thay đổi tư duy về cách thiết kế cũng như thiết kế ra sản phẩm mới.Hiểu được tầm quan trọng v
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA
KHOA CƠ KHÍ – CƠ ĐIỆN TỬ
BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN
NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍChủ đề: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT IN 3D
Học kỳ I Năm học 2023-2024Lớp học phần: MEM702074-2-1-23(N01)
Sinh viên thực hiện
Họ tên sinh viên 1: NGUYỄN TIẾN ĐẠI MSSV: 23010935Họ tên sinh viên 2: BẠCH DUY PHONG MSSV: 23010755Họ tên sinh viên 2: PHẠM VĂN KHẢI MSSV: 23010926
Giáo viên hướng dẫn: TS Ngô Văn Lực
HÀ NỘI, 11/2023
Trang 2BẢNG PHÂN CÔNG VIỆC
Họ và tên
Nội dung các công việc
Làm bàithuyết trình
Báo cáothuyết
Làm bàitiểu luận
Bạch Duy PhongD.Phon
Trang 3MỤC LỤC
MỤC LỤC : 3
PHẦN I :MỞ ĐẦU 5
1.Lý do chọn đề tài 5
2.Mục tiêu nghiên cứu 5
3.Đối tượng nghiên cứu 5
1.1.1 Khái niệm về công nghệ in 3D 6
1.1.2.Lịch sử phát triển của công nghệ in 3D 7
1.2.Phân loại về công nghệ in 3D 8
CHƯƠNG II :NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ IN 3D VÀO ĐỜI SỐNGCON NGƯỜI 12
2.5.Công nghệ in 3D trong xây dựng 15
2.6.Công nghệ in 3D trong lĩnh vực hành không, vũ trụ, quốc phòng 16
CHƯƠNG III :CÔNG NGHỆ IN 3D TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 17
3.1.Ngành Công nghệ in 3D ở Việt Nam 17
3.1.1.Chiến lược phát triển ở Việt Nam 17
3.2.Xu hướng của công nghệ in 3D trên thế giới 18
Trang 5PHẦN I :MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài :
Công nghệ in 3D (in 3D) đã trở thành xu hướng công nghệ vô cùng là quan trọng trên thế giới hiện nay và là một trong những công nghệ phát triển nhanh nhất thế giới Chìa khóa của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ Tư (Ngoài công nghệ: Internet vạn vật - IoT, Dữ liệu lớn, Robotics, Sinh học tổng hợp ) Trong mắt các chuyên gia, đây cũng chính là “chìa khóa” để mở ra tương lai của khoa học công nghệ mà bất kỳ doanh nghiệp, ngành hay quốc gia nào cũng phải quan tâm Công nghệ in 3D hiện nay đã được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong sản xuất công nghiệp, xây dựng, y tế, giáo dục và các lĩnh vực khác CựuTổng thống Mỹ Obama từng nhận xét "In 3D sẽ cách mạng hóa ngành sản xuất của Mỹ."
2.Mục tiêu nghiên cứu :
Hiểu được khái niệm của in 3D và cách thức hoạt động của nó, các lợi ích cũng như khó khăn khi áp dụng công nghệ in 3D vào đời sống Từ đó giới thiệu một vài ứng dụng in 3D tại Việt Nam hiện nay và đặc biệt là ứng dụng của công nghệ in 3D vào đời sống Bức phá rào cản phức tạp, giúp công nghệ in 3D tiếp cận được với nhiều người, giúp mọi người thay đổi tư duy về cách thiết kế cũng như thiết kế ra sản phẩm mới.
Hiểu được tầm quan trọng và sự cần thiết của công nghệ in 3D ,cách thức mà công nghệ in 3D có thể tạo ra các sản phẩm phục vụ cho đời sống con người
3.Đối tượng nghiên cứu :
Ứng dụng của công nghệ in 3D vào đời sống của con người ,các hiệu quả mà công nghệ in 3D đem lại để có thể giúp ích cho con người.
4.Phạm vi nghiên cứu :
Công dụng của công nghệ in 3D tại thời điểm hiện tại và tương lai ,những hiệu quả mà nó đem lại ở trong và ngoài nước
5.Phương pháp nghiên cứu :
Tiến hành phân tích cách thức cũng như hoạt động của máy in3D Hiệu quả của máy in 3D đem lại cho con người trong xã hộiNghiên cứu tìm hiểu khái niệm, cấu trúc hệ thống, vai trò vàứng dụng của in 3D ,những khó khăn và thách thức khi máy in3D ra đời và đưa vào xã hội con người để sử dụng
Trang 6PHẦN II :TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3DCHƯƠNG I :CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHÂN LOẠI VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D HIỆN NAY
1.1.Cơ sở lý luận về công nghệ in 3D
1.1.1.Khái niệm về công nghệ in 3D
Trong kĩ thuật công nghệ in 3D là một dạng công nghệ được gọilà sản xuất bồi đắp/đắp lớp(Sản xuất bồi đắp) Các quá trình bồiđắp tăng dần tạo ra các đối tượng theo từng lớp, khác với các kỹ thuật đúc hoặc cắt gọt(như gia công).Công nghệ in 3D khôngquá là phức tạp như bạn nghĩ, đơn giản mà nói đây là 1 quá trình sản xuất các chất liệu như nhựa ,kim loại, vật liệu hữu cơ hay bất kì thứ gì khác theo 1 cách thức mà máy in 3D hoạt động xếp từng lớp với nhau để tạo nên 1 vật thể 3 chiều.
1.1.2.Lịch sử phát triển của công nghệ in 3D
Charles Hull, người đầu tiên phát minh ra Stereolithography, một phương pháp đột phá tạo ra một đối tượng 3d hữu tình từ những dữ liệu kỹ thuật số Công nghệ này được sử dụng để chếtạo ra các vật phẩm 3d chỉ từ những hình ảnh trên máy tính và công nghệ này cho phép người dụng kiểm tra các mẫu thiết kế một cách nhanh chóng, chính xác trước khi quyết định đầu tư sản xuất hàng loạt.
Trang 7Charles Hull, người đầu tiên phát minh ra Stereolithography nguồn:internet
Năm 1988, Carl Deckard tại Đại học Texas đã cấp bằng sáng chế cho công nghệ SLS, một kỹ thuật tạo mẫu nhanh sử dụng tia laze công suất cao để thiêu kết các vật liệu dạng bột Cùng năm đó, Scott Crump (đồng sáng lập Stratasys) đã mua bản quyền đùn nhựa để in 3D (FDM) Như vậy, trong vòng chưa đầy 10 năm, 3 công nghệ in 3D chủ chốt đã ra đời: SLA – SLS – FDM Năm 1992, công nghệ in 3D FMD được Stratasys phát hành rộng rãi, bao gồm cả máy in 3D cá nhân và máy in 3D công nghiệp.
Năm 1993-1999: hàng loạt ông lớn của ngành in 3D nổi lên với những công nghệ khác biệt, ví dụ: Xếp tấm màng: Dựa trên công nghệ của MIT, họ tạo ra máy Z402 với phương pháp in xếpcác màng mỏng với nhau với lớp “bột hồ dán” sinh học; Arcam MCP và SLM.
Thập niên 90s cũng là thời điểm mà người ta đổ xô vào nghiên cứu vật liệu in 3D y sinh học
Năm 2000, cột mốc thiên niên kỷ chứng kiến thời khắc quả thậnin 3D đầu tiên được ghép vào người Chúng ta đã đợi 13 năm cho kết quả này!
2004, dòng mã đầu tiên cho dự án Reprap ra đời, cho phép máyin 3D tự tái tạo, tạo ra máy in 3D tiếp theo! Đây là lý do chính tại sao in 3D rất phổ biến ngày nay.
Năm 2005, Zcorp tung ra chiếc máy in 3D Spectrum Z510 Sản phẩm đầu tiên có khả năng in 3D màu full color
Năm 2008, in 3D y tế đã tiến thêm một bước lớn, dự án in 3D bộ phận giả có tính tương thích cao và dễ vận hành! Giờ đây, với những tiến bộ trong công nghệ quét 3D, việc quét các mẫu 3D để tạo ra các bộ phận giả nhanh hơn và dễ dàng hơn bao giờ hết!
Trang 8Năm 2009 là khi giấy phép FDM hết hạn! Mở ra làn sóng sản xuất máy in 3D và giảm giá thành cực mạnh! Nếu giấy phép in 3D chưa hết hạn, chúng ta sẽ phải trả rất nhiều tiền để có một máy in 3D có cấu hình như thế này! Chưa kể sở hữu máy in 3D mini siêu rẻ! Năm 2009 cũng là thời điểm mà hãng dịch vụ in 3D Sculpteo được khai sinh
2013, cựu Tổng thống Barack Obama đã gọi IN 3D là chìa khóa cho ngành sản xuất của Mỹ.
2010, Urbee là chiếc xe đầu tiên được in 3D (vỏ) trên một chiếc máy in 3D khổ lớn.
2011, Đại học Cornell đã phát triển thành công máy in 3D thực phẩm Sau đó, NaSa cũng có ý tưởng phát triển máy in 3D đồ ăn cho phi hành gia.
2014, Nasa đã thành công trong việc in 3D một chi tiết (cờ lê) ngay trên trạm vũ trụ.
Từ đó đến nay, nhiều cải tiến đã được thực hiện cho máy in
như việc cải thiện tốc độ in, giảm giá thành dịch vụ in 3D, nhiềuđột phá mới trong công nghệ vật liệu in 3D.
1.2.Phân loại về công nghệ in 3D
Bộ xử lý DLP bằng kỹ thuật số sáng sủa là một quy trình SL tương tự như quy trình làm việc 3D với photopolyme Điều đặc biệt chính là nguồn sáng DLP sử dụng một nguồn sáng thông thường hơn, có giới hạn như đèn quang, với màn hình bảng có thể phóng to hoặc phản xạ phản xạ (DMD) đặc biệt là có thể nóilà nhanh hơn công nghệ in SL.
1.2.2.Công nghệ in 3D SL
Stereolithography( SL) được công nhận là công nghệ đầu tiên được sử dụng rỗng dãi Nó chắc chắn là công nghệ đầu tiên được thương mại hóa SL là một quá trình dùng tia laze làm nóng chảy các hạt nhựa photopolymer, các hạt nhựa sau khi bị nóng chảy kết dính lại thành khối theo biên dạng đã thiết kế 1 cách chính xác Đây là một quá trình khá phức tạp, nhưng có thể hiểu đơn giản là đặt nhựa photopolymer được chứa trong 1 thùng có nền di dộng Một chùm tia được định hướng trong các trục X-Y qua bề mặt của nhựa theo dữ liệu 3D được cung cấp
Trang 9cho máy( tệp stl), nhờ đó mà nhựa này cứng lại chính xác nơi mà tia laze chạm tới bề mặt Một khi lớp hoàn thành, nền tảng trong thùng sẽ giảm xuống một phần nhỏ( trong trục Z) và lớp tiếp theo được phát hiện bởi lasze Điều này tiếp tục cho đến khi toàn bộ vật thể được hoàn thành.
Stereolithography( SL) được coi là một trong những quy trình in 3D chính xác nhất với bề mặt xuất sắc Tuy nhiên các yếu tố hạn chế bao gồm các bước sau làm đẹp sau khi sản xuất và sự ổn định của vật liệu theo thời gian, có thể trở nên giòn hơn.
1.2.3.Công nghệ in 3D SDL
Quá trình in SDL được tạo ra theo từng bộ phận bằng cách sử dụng giấy in tiêu chuẩn Mỗi lớp mới được cố định cho lớp trước bằng cách sử dụng một chất kết dính, được áp dụng theo các dữ liệu 3D đưa vào máy Điều này có nghĩa là mật độ chất kết dính cao hơn sẽ lắng đọng trong khu vực sẽ trở thành một phầnvà mật độ chất kết dính thấp hơn nhiều sẽ được áp dụng ở khu vực xung quanh để phục vụ cho sự hỗ trợ, đảm bảo loại bỏ dễ dàng
SDL là một trong rất ít quy trình in ấn 3D có thể tạo ra các phầnin 3D đầy đủ màu, sử dụng một bảng màu CYMK Và bởi vì các bộ phận là giấy tiêu chuẩn, không yêu cầu gia công nguội, chúng rất an toàn và thân thiện với môi trường hạn chế là quá trình không thể cạnh tranh tốt với các quy trình in ấn 3D khác bởi vì sản xuất các hình học phức tạp và kích thước xây dựng được giới hạn ở kích thước của nguyên liệu
Trang 10Sự kết tinh bằng laser và sự tan chảy bằng laser là các thuậtngữ có thể hoán chuyển cho nhau liên quan đến quy trìnhin laser với vật liệu dạng bột Laser được phóng qua một lớp vậtliệu dạng bột đã nén chặt, theo biên dạng dữ liệu 3D đã đượcđưa vào máy Khi laser tác động tới bề mặt của vật liệu dạngbột, nó làn nóng chảy và kết hợp các hạt với nhau thành dạngchất rắn Khi mỗi lớp được hoàn thành, giọt bột giảm dần vàmột con lăn làm mềm bột trên bề mặt của chi tiết, lớp tiếp theođược hình thành và hợp nhất với lớp trước đó.
Buồng nhiệt được bịt kín để duy trì một nhiệt độ chính xác trongquá trình nóng chảy của vật liệu dạng bột Sau khi hoàn tất,toàn bộ bột đã được lấy ra khỏi máy và bột dư có thể được lấyđi để lại phần' in' Một trong những ưu điểm chính của quá trìnhnày là giường bột phục vụ như là một cấu trúc hỗ trợ trong quátrình cho nhô ra và undercuts, và do đó hình dạng phức tạp màkhông thể được sản xuất theo cách khác là có thể với quá trìnhnày.
1.2.5 Công nghệ in 3D FDM
Đây là công nghệ in 3D phổ biến nhất ở thời điểm hiện tại Máyin 3D sẽ xây dựng mô hình in bằng cách đùn nhựa nóng chảyrồi hóa rắn từng lớp để có thể tạo ra sản phẩm như mô hìnhtrong mà đã được lên sẵn trong máy tính ,công nghệ in 3D FDMquá trình nóng chảy sẽ được nguội trong vòng 1/10s và sẽ hóatrạng thái rắn Quá trình của máy sẽ kết thúc khi máy in hoànthành được sản phẩm ,với ưu điểm là rẻ với giá thành hợp lý thìcông nghệ in 3D FDM còn vô cùng là phổ biến trên thế giới vàvô cùng được ưa chuộng Chế tạo ra những bộ phận có hìnhdạng phức tạp với chi tiết nhỏ Được ứng dụng nhiều trong cáclĩnh vực khác nhau như: y tế, kiến trúc, hàng không vũ trụ, côngnghiệp sản xuất,…
Trang 111.2.6.Phun
Nguyên liệu xử lý: Quá trình trong 3D có thể sử dụng các vậtliệu trong thực tế (trong trạng thái hoàn thiện hoặc hoàn thiện)hoặc được pha trộn trong đầu phun (cùng với các vật liệu kháccùng lúc phun ) Tuy nhiên, vật liệu này có xu hướng là cácphotopolyme vàng, được chữa lành bằng các tia cực tím khi mỗilớp lắng đọng
Bản chất của sản phẩm này được cho phép lắng đọng đồng thờinhiều loại vật liệu, có nghĩa là một phần duy nhất có thể đượcsản xuất từ nhiều vật liệu với các đặc tính và đặc tính khácnhau Phun vật liệu là một phương pháp trong 3D rất chính xác,tạo ra các bộ phận chính xác với một kết thúc rất đẹp và vôcùng ấn tượng.
1.2.7.Công nghệ in 3D EBM
Kỹ thuật công nghệ in 3D bằng chùm tia điện tử là một quá trình độc quyền được phát triển bởi công ty Arcam của Thụy Điển Phương pháp in bằng kim loại này rất giống với quá trình kết tinh kim loại trực tiếp (DMLS) trong quá trình hình thành cácbộ phận từ bột kim loại Sự khác biệt chính là nguồn nhiệt, cái mà theo như tên gọi của nó là một chùm electron, chứ không phải laze, điều này đòi hỏi thủ tục được thực hiện dưới điều kiệnchân không.
Trang 12EBM có khả năng tạo ra các bộ phận dày đặc trong nhiều loại hợp kim khác nhau, thậm chí đến cấp độ y tế, và kết quả là kỹ thuật này đặc biệt thành công cho một loạt các ứng dụng sản xuất trong ngành y tế, đặc biệt là cho cấy ghép để có thể phục vụ cho ngành y học.
Hìn h nh minh h a: b n lềề c a đ ng c ph n l c đảọảủộơả ựược i n 3D bằền g p hương phá p E BM(Ng uồền : sc ul pt eo)
Trang 13CHƯƠNG II :NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ IN 3D VÀO ĐỜI SỐNG CON NGƯỜI
2.Ứng dụng của công nghệ in 3D
2.1 Công nghệ in 3D trong sản xuất/chế tạo
Đối tượng sử dụng công nghệ in 3D đa phần chủ yếu là ngành công nghiệp sản xuất/ chế tạo, có thể tạo ra các phụ kiện, trangsức, quần áo…có ích cho con người Bởi có lẽ ngành công nghệ in 3D không đòi hỏi chúng ta phải sản xuất ở quy mô lớn, linh hoạt trong hình dáng, giá thành, hầu như không có phế liệu Ngoài ra công nghệ in 3D còn giúp ta tối ưu hóa quản lý cung ứng, nếu trước đây mỗi bộ phận mỗi quy trình ở một nơi sản xuất riêng biệt thì giờ đây ta có thể tập trung tại một chỗ Ví dụ như trong ngành công nghệ sản xuất ô tô, công nghệ in 3D không chỉ được ứng dụng trong các linh kiện, chi tiết, mẫu thử mà còn được dùng để sản xuất cả một chiếc ô tô hoàn chỉnh vớiđầy đủ các cho tiết Thực tế đã chứng minh điều đó khi chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới chế tạo bằng công nghệ in 3D Chiếc ô tô này được chiềng làng đầu tiên tại IMTS( triển lãm Công nghệ chế tạo Quốc tế) vào tháng 9/2014
Hãng Local Motors cho ra đời chiếc xe sử dụng công nghệ in Strati Để hoàn chỉnh chiếc xe này họ đã mất 44 giờ để in và lắpráp các bộ phận lại với nhau Hơn thế nữa, quá trình lắp ráp được diễn ra trực tiếp trước mặt nhiều công chúng theo dõi Chiếc xe này chỉ phải dùng động cơ điện, dây, pin,, hệ thống giảm xóc từ các hãng, còn lại các bộ phận đều được in 3D Nếu một chiếc xe hơi thông thường sử dụng hàng vạn linh kiện thì với Strati chỉ sử dụng khoảng 40 linh kiện Trong thời gian tới hãng xe này cũng hứa hẹn sẽ tung ra thị trường nhiều loại xe sản xuất từ công nghệ in 3D.
Trang 143D-Xe hơi đầu tiên trên thế giới được in bằng công nghệ in 3D
2.2.Công nghệ in 3D trong lĩnh vực y học
Hiện nay, việc sản xuất các bộ phận giả cho người khuyết tật theo cách truyền thống hầu hết đều phải đầu tư rất nhiều thời gian cũng như chi phí Bởi nó đòi hỏi khuôn đúc mẫu phải được làm lại hoàn toàn, đảm bảo việc chỉnh sửa những chi tiết của chân, tay,… có thể vừa khớp nhất với các mõm chi cụt Nhiều người gặp khó khăn trong việc gắn chi giả vì không đủ điều kiệntài chính.
Ứng dụng của công nghệ in 3D trong việc chế tạo bàn tay giả
Trang 15Trong những năm trở lại đây, với sự phát triển, khả năng ứng dụng của in 3D y học cùng sự ra đời của công nghệ sử dụng vậtliệu PEEK trong in 3D để tạo hình xương nhân tạo, đã mở ra mộthướng đi mới cho việc điều trị dứt điểm bệnh lý u xương phức tạp
Ứng dụng in 3D trong y học hiện đã có thể in ra được các dụng cụ y tế cần thiết như các loại kẹp, cán dao mổ, cặp gắp thai nhi,kẹp cầm máu… đảm bảo vô trùng 100% với chi phí chỉ bằng với1/10 các dụng cụ cùng loại nhưng được làm bằng thép không gỉ.
Một ví dụ điển hình có thể kể đến: Với công nghệ in 3D sinh học, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ và Trung Quốc đã tạo ra nhữngmô hình khối u ung thư, cho phép con người tìm hiểu, nghiên cứu một cách dễ dàng, có thể hiểu rõ hơn về cách thức các khốiu phát triển, di căn Từ đó, điều chế ra các loại thuốc điều trị thích hợp, hiệu quả
Tuy xuất hiện từ khá lâu nhưng chỉ đến gần hai thập niên qua thì in 3D mới thực sự đột phá với nhiều bước phát triển vượt bậc, là ngành công nghiệp có trị giá lên đến 5.1 tỷ USD vào năm 2016 và được dự kiến sẽ đạt con số khoảng 32 tỷ USD năm 2023.
2.3.Công nghệ in 3D trong công nghiệp điện tử
Trong ngành công nghiệp điện tử: Công nghiệp điện tử cũng là một trong những ngành ứng dụng đầu tiên của in 3D Máy in 3Dđã được sử dụng để chế tạo các bộ phận phức tạp đặc biệt từ các chất liệu khác nhau và đã mở ra một trào lưu mới của ngành công nghiệp này Rõ ràng, khi áp dụng công nghệ này thìnhững chi tiết phức tạp được in ra một cách nhanh chóng và chuẩn xác hơn rất nhiều.
Hãng Cartesian của Úc đã tạo ra máy in 3D Argentum, phun ra mực dẫn điện (làm bằng các hạt nano bạc) lên giấy, vải, acrylic,nhựa, MDF và nhiều chất liệu sợi thủy tinh khác, tạo ra các bo mạch cứng và linh hoạt, thậm chí có thể được dệt vào quần áo.