Tổng quan về công nghệ in 3D

GIỚI THIỆU Cơng nghệ in chiều (in 3D), cịn biết đến với tên gọi “Công nghệ sản xuất 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, rô-bốt, 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 Công nghệ in 3D ngày phát triển, không giúp cho việc chế tạo khuôn mẫu xác dễ dàng mà cịn tìm nhiều ứng dụng thực tế sống Công nghệ in 3D ứng dụng nhiều ngày cành phổ biến lĩnh vực sản xuất công nghiệp, xây dựng, y tế - chăm sóc sức khỏe, giáo dục Cựu Tổng thống Hoa Kỳ Barack Obama nhận định: “Công nghệ in 3D cách mạng ngành công nghiệp sản xuất Hoa Kỳ" Kiến thức công nghệ in 3D rộng phức tạp Với việc biên soạn tổng luận “IN 3D: HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI”, hy vọng cung cấp cho bạn đọc thông tin in 3D, bao gồm: lịch sử hình thành, khái niệm, cơng nghệ in 3D chủ yếu, vai trị tầm quan trọng cơng nghệ in 3D, ứng dụng, tác động mặt kinh tế, xã hội khung pháp lý, rào cản thách thức công nghệ sản xuất đại Xin trân trọng giới thiệu CỤC THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA I KHUNG KHÁI NIỆM VỀ IN 3D 1.1 Định nghĩa khái niệm In 3D dạng công nghệ gọi sản xuất đắp dần/đắp lớp (Additive Manufacturing) Các trình đắp dần tạo đối tượng theo lớp, khác với kỹ thuật đúc cắt gọt (như gia công) Hiệp hội vật liệu thử nghiệm Hoa Kỳ (American Society for Testing Materials - ASTM) đưa khái niệm rõ ràng công nghệ sản xuất đắp dần: “Công nghệ sản xuất đắp dần trình sử dụng ngun liệu để chế tạo nên mơ hình 3D, thường chồng lớp nguyên liệu lên nhau, trình trái ngược với trình cắt gọt thường dùng để chế tạo xưa nay” Có thể thấy phương pháp sản xuất hoàn toàn trái ngược so với phương pháp cắt gọt - hay cịn gọi phương pháp gia cơng, mài giũa vật liệu nguyên khối - cách loại bỏ cắt gọt phần vật liệu, nhằm có sản phẩm cuối Còn với sản xuất đắp dần, ta coi cơng nghệ tạo đúc hay ép khuôn, từ nguyên liệu riêng lẻ để đắp dần thành sản phẩm cuối Có nhiều thuật ngữ khác dùng để công nghệ in 3D công nghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ chế tạo nhanh công nghệ chế tạo trực tiếp Như vậy, hầu hết thuật ngữ đời dựa chế hay tính chất công nghệ Về thuật ngữ, “in 3D” việc sử dụng “máy in phun” với “đầu mực” di chuyển để tạo sản phẩm hoàn thiện Trên thực tế cơng nghệ sản xuất đắp dần hoạt động tương tự vậy, cịn có trình, kĩ thuật tiến In 3D gốc thuật ngữ có ý nghĩa liên quan đến q trình vật liệu tích lũy môi trường bột với đầu máy in phun Hiện nay, ý nghĩa thuật ngữ mở rộng để bao gồm đa dạng kỹ thuật quy trình dựa phun thiêu kết Tạp chí The Engineer Anh định nghĩa: In 3D chuỗi công đoạn khác kết hợp để tạo vật thể ba chiều Trong in ấn 3D, lớp vật liệu đắp chồng lên định dạng kiểm sốt máy tính để tạo vật thể Các đối tượng có hình dạng bất kỳ, sản xuất từ mơ hình 3D nguồn liệu điện tử khác Máy in 3D loại robot công nghiệp 3D công nghệ in 3D định nghĩa hoàn toàn khác với 3D mang tính mơ TV 3D, phim 3D, âm 3D, hình 3D 3D sản phẩm thật, vật thể thật mà ta cầm tay, sờ mó, quan sát cách xác, 3D thứ xung quanh ta, mà từ nguyên thủy đến ta tiếp xúc ngày In 3D in nội dung lên lớp, lớp in chồng liên tiếp lên nhau, lớp lớp Mực in vật liệu muốn áp lên vật thể 3D, nhựa, giấy, bột, polymer, hay kim loại …, vật liệu có đặc điểm có kết dính với để vật liệu lớp bên kết dính với lớp bên Chúng ta hiểu nôm na in 3D in vật thể 3D sờ mó, quan sát, cầm nắm in hình ảnh mà ta nhìn vào khối 3D gần giống đời Như vậy, tựu chung hiểu Cơng nghệ in 3D hay gọi công nghệ sản xuất đắp dần, bao gồm việc tạo đối tượng vật lý cách in theo lớp từ vẽ hay mơ hình 3D có trước Cơng nghệ khác hồn toàn so với chế tạo cắt gọt - lấy vật liệu thừa từ phôi ban đầu thu hình dạng mong muốn Ngược lại, cơng nghệ in 3D bắt đầu với vật liệu rời sau tạo sản phẩm dạng 3D từ mẫu kỹ thuật số Một loạt công nghệ in 3D sử dụng ngày nay, loại có ưu điểm hạn chế riêng Các cơng nghệ bao gồm: “Thiêu kết lazer chọn lọc” (Selective laser sintering - SLS), “Thiêu kết laser chọn lọc trực tiếp” (Direct metal laser sintering - DMLS), “Mơ hình hóa phương pháp nóng chảy lắng đọng” (Fused deposition modeling - FDM), “Tạo hình nhờ tia laser” (Stereolithography SLA) “In phun sinh học” (Inkjet bioprinting) Trong trường hợp, đối tượng tạo thành từ lớp thời điểm lớp cuối đối tượng hồn thành Với số cơng nghệ thực cách nóng chảy vật liệu lắng đọng lớp, cơng nghệ khác kiên cố hóa vật liệu lớp cách sử dụng laser Trong trường hợp in phun sinh học, kết hợp vật liệu khung đỡ tế bào sống phun Ngày nay, in 3D tạo đồ vật từ nhiều loại vật liệu, bao gồm nhựa, kim loại, gốm sứ, thủy tinh, giấy, chí tế bào sống Các vật liệu dạng bột, dây tóc, chất lỏng Với số kỹ thuật, vật đơn giản in nhiều vật liệu màu sắc, tác vụ in đơn lẻ chí tạo phận chuyển động kết nối (như lề, liên kết chuỗi lưới) Lịch sử công nghệ in 3D Công nghệ in 3D đời 30 năm Thiết bị vật liệu sản xuất đắp dần phát triển năm 1980 Năm 1981, Hideo Kodama Viện Nghiên cứu Công nghiệp thành phố Nagoya (Nhật Bản) sáng tạo phương pháp tạo mơ hình nhựa ba chiều với hình ảnh cứng polymer, nơi diện tích tiếp xúc với tia cực tím kiểm sốt mơ hình lớp hay phát quang quét Sau đó, vào năm 1984, nhà sáng chế người Mỹ Charles Hull Công ty Hệ thống 3D (3Dsystems) phát triển hệ thống nguyên mẫu dựa trình gọi Stereolithography, lớp bổ sung cách chữa giấy nến với ánh sáng cực tím laser Hull định nghĩa trình "hệ thống để tạo đối tượng 3D cách tạo mô hình mặt cắt đối tượng hình thành," điều phát minh Kodama Đóng góp Hull việc thiết kế định dạng tập tin STL (STereoLithography) ứng dụng rộng rãi phần mềm in 3D Năm 1986, Charles Hull sáng tạo quy trình Stereolithography – sản xuất vật thể từ nhựa lỏng làm cứng lại nhờ laser Sau ơng đăng ký quyền cho cơng nghệ in 3D “Thiêu kết lazer chọn lọc” (Selective laser sintering - SLS) có sử dụng file định dạng STL (Standard Tessellation Language) Hull thành lập công ty 3Dsystems đến cơng ty cung cấp công nghệ lớn lĩnh vực in 3D Nếu lập biểu thời gian thấy công nghệ phát triển theo biểu đồ logarit Từ 1986 đến 2007, 20 năm đầu tiên, cơng nghệ có bước nhỏ, chậm, gọi giai đoạn xâm nhập, bước cho công nghệ tạo mẫu nhanh Tuy nhiên, đến năm 2009, có biến động lớn thị trường, nhiều sáng chế công nghệ hết hạn bảo hộ quyền, có sở hữu cơng nghệ “Mơ hình hóa phương pháp nóng chảy lắng đọng” (FDM) Quy trình FDM tạo hình sản phẩm nhờ nấu chảy vật liệu xếp đặt chồng lớp, vốn sở hữu hãng Stratasys, đối thủ cạnh tranh hàng đầu lĩnh vực in 3D Khi sáng chế FDM hết giá trị, công nghệ thu hút nhiều nhà sản xuất tham gia Giá thành sản xuất giảm FDM trở thành chìa khóa cơng nghệ máy sản xuất đắp dần tiêu thụ thị trường Những mốc quan trọng lịch sử công nghệ in 3D: Năm 1984: Quy trình sản xuất đắp dần phát triển Charles Hull Năm 1986: Charles Hull đăng ký quyền máy tạo vật thể 3D công nghệ SLS từ file định dạng STL Charles Hull đặt tên cho cơng nghệ Stereolithography, thành lập công ty 3D System phát triển máy in 3D thương mại gọi Stereolithography Apparatus (SLA) Năm 1987: 3DSystem phát triển dòng sản phẩm SLA-250, phiên máy in 3D giới thiệu công chúng Năm 1988: Hãng Stratasys Công ty 3Dsystems lần đầu công bố máy sản xuất đắp dần Năm 1989: Ra đời công nghệ SLS (Selective Laser Sintering), công nghệ in 3D sử dụng lăn để dát mỏng nguyên liệu thành lớp, sau xếp chồng dính chặt lớp lại với cách chiếu tia laser vào Năm 1990: Cơng ty Stratasys thương mại hóa Cơng nghệ “Mơ hình hóa phương pháp nóng chảy lắng đọng” (Fused deposition modeling - FDM) phát triển S Scott Crump vào cuối năm 1980 Stratasys bán máy FDM đầu tiên: “3D Modeler” năm 1992 Năm 1991: Ra đời công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing), công nghệ in 3D sử dụng vật liệu dễ dàng dát mỏng giấy, gỗ, nhựa… Năm 1993: Công ty Solidscape thành lập để chế tạo dịng máy in 3D dựa cơng nghệ in phun , máy tạo sản phẩm nhỏ với chất lượng bề mặt cao Cũng năm này, Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology (MIT) đăng ký bảo hộ công nghệ “3 Dimensional Printing techniques (3DP)” Năm 1995: Công ty Z Corporation mua lại giấy phép độc quyền từ MIT để sử dụng công nghệ 3DP bắt đầu sản xuất máy in 3D Năm 1996: Stratasys giới thiệu dòng máy in 3D ”Genisys” Cùng năm này, Z Corporation giới thiệu dòng “Z402″ 3D Systems giới thiệu dòng máy “Actua 2100″ Tới lúc cụm từ “Máy in 3D ” sử dụng lần để máy tạo mẫu nhanh Năm 2005: Z Corporation giới thiệu dòng máy Spectrum Z510 Đây dòng máy in 3D tạo sản phẩm có nhiều màu sắc chất lượng cao Năm 2006: Dự án máy in 3D mã nguồn mở khởi động – Reprap – mục đích tạo máy in 3D chép thân Người ta điều chỉnh hay sửa đổi tùy ý, phải tuân theo điều luật GNU (General Public Licence) Năm 2008: Phiên Reprap phát hành Nó sản xuất 50 % phận Năm 2008: Objet Geometries Ltd tạo cách mạng ngành tạo mẫu nhanh giới thiệu Connex500™ Đây máy giới tạo sản phẩm 3d với nhiều loại vật liệu khác thời điểm Năm 2009: Bản quyền công nghệ “Mô hình hóa phương pháp nóng chảy lắng đọng” (FDM) hết hạn bảo hộ máy in 3D mã nguồn mở đời Năm 2010: Urbee - xe nguyên mẫu giới thiệu Đây xe giới mà toàn phần vỏ in từ máy in 3D Tất phận bên ngoài, kể kính chắn gió tạo từ máy in 3D Fortus khổ lớn Stratasys Năm 2010: Organovo Inc công ty y học tái tạo nghiên cứu lĩnh vực in 3D sinh học công bố việc chế tạo hoàn chỉnh mạch máu hoàn tồn cơng nghệ in 3D Năm 2012: Thương mại hóa máy in 3D cá nhân Năm 2014: Các sáng chế cho công nghệ “Thiêu kết lazer chọn lọc” (selective laser sintering - SLS), bắt đầu hết hạn bảo hộ, tạo hội cho sáng chế phát triển ngành sản xuất đắp dần, mở đường cho thời kỳ phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp tương lai gần Ưu điểm hạn chế in 3D In 3D có nhiều ưu điểm so với phương pháp thơng thường Với in ấn 3D, ý tưởng chuyển trực tiếp từ tệp tin máy tính nhà thiết kế tới phận hoàn chỉnh sản phẩm, bỏ qua nhiều bước sản xuất truyền thống (bao gồm mua sắm phận, tạo phận cách sử dụng khuôn mẫu, gia công để khắc phận từ khối vật liệu, hàn phần kim loại với lắp ráp) In 3D làm giảm lượng vật liệu bị lãng phí sản xuất tạo vật thể khó hoặcvật thể khơng thể sản xuất với kỹ thuật truyền thống, bao gồm vật có cấu trúc bên phức tạp làm tăng sức mạnh, giảm trọng lượng, tăng chức Ví dụ, sản xuất kim loại, in 3D tạo vật thể có cấu trúc tổ ong bên trong, in sinh học (bioprinting) tạo quan thể với mạng nội mạch máu Ưu điểm công nghệ in 3D cịn chỗ tạo mẫu nhanh Cơng nghệ có vượt trội thời gian chế tạo sản phẩm hoàn thiện “Nhanh” giới hạn tương đối Thông thường, để tạo sản phẩm khoảng từ – 72 giờ, phụ thuộc vào kích thước độ phức tạp sản phẩm Có thể khoảng thời gian chậm, so với thời gian mà công nghệ chế tạo truyền thống thường từ nhiều tuần đến nhiều tháng để tạo sản phẩm nhanh nhiều Chính cần thời gian để tạo sản phẩm nên cơng ty sản xuất tiết kiệm chi phí, nhanh chóng đưa thị trường sản phẩm Ưu điểm cơng nghệ in 3D chế tạo đối tượng với đầy đủ phận bên lẫn bên cách chi tiết lần thực mà phương pháp truyền thống chế tạo Ngày nay, công nghệ in 3D phát triển đa dạng, với sản phẩm 3D in với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi Với loại vật liệu có nhiều phương thức để in sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa … Cách thức in có in từ lên, in từ đỉnh xuống Gọi tạo mẫu nhanh so với phương pháp gia công chế tạo vật thể 3D (mẫu) khác cắt, gọt, tiện, phay, bào, nặn … Thì phương pháp cho phép tạo mẫu nhanh Cơng nghệ in 3D có ưu điểm mà chuyên gia tin sớm trở thành xu hướng phát triển mạnh mẽ thời gian tới xu hướng tương lai Chúng ta thấy tương lai gần công nghệ in 3D phát triển đến mức in tàu vũ trụ với tốc độ in nhanh Tất chi tiết từ bên bên in xong với đầy đủ chất liệu đồng đen, bạch kim, vàng, sắt, thép, nhựa, thủy tinh…đều in lần in Công nghệ tạo tàu vũ trụ với giá rẻ chưa có khơng có sai sót Đó tương lai, cịn cơng nghệ làm điều chất liệu đơn giản bê tông, nhựa, sắt thép … Hiện nay, với loại chất liệu, cơng nghệ in 3D in vật mẫu có hình dạng cụ thể Đã có tim, gan, phổi … người sản xuất công nghệ in 3D với độ xác hồn hảo tuyệt đối Tóm lại, cơng nghệ in 3D có ưu điểm chính: Tốc độ hình thành sản phẩm nhanh so với cơng nghệ khác; Chi phi đầu tư sở hữu thấp lĩnh vực cơng nghệ tạo mẫu nhanh; Chi phí ngun vật liệu chi phí sản xuất thấp; Đa dạng vật liệu chế tạo ứng dụng; Có thể in vật có cấu tạo hình học phức tạp mà không cần giá đỡ; Dễ dàng chuẩn bị, sử dụng bảo dưỡng; Là công nghệ tạo mẫu có đầy đủ màu sắc lên đến hàng triệu màu; Cho phép chế tạo sản phẩm đa dạng từ vật liệu khác nhau, màu sắc khác nhau, khối lượng kích thước với tỷ lệ khác so với chi tiết sản phẩm thật Về hạn chế in 3D, khác tùy theo kỹ thuật in, bao gồm tốc độ in chưa thực tương xứng với tiềm năng, kích thước đối tượng in hạn chế, chi tiết độ phân giải đối tượng giới hạn, chi phí vật liệu cịn cao, số trường hợp, độ bền sản phẩm in hạn chế Tuy nhiên, năm gần có tiến nhanh chóng việc giảm hạn chế 1.2 Các công nghệ in 3D 1.2.1 Nguyên lý chung công nghệ in 3D Để bắt đầu in 3D, người ta cần thiết kế vật thể 3D phần mềm CAD, phần mềm quen thuộc hỗ trợ thiết kế máy tính Mơ hình vật thể thiết kế trực tiếp phần mềm đưa vào phần mềm thông qua việc sử dụng thiết bị quét laser Sau thiết kế hoàn thành, ta cần tạo tài liệu STL - Standard Tessellation Language, dạng tài liệu quen thuộc với công nghệ sản xuất đắp dần Làm tesselate theo ngôn ngữ Tesselation chuẩn chia vật thể thành đa giác nhỏ hơn, để mơ cho cấu trúc bên ngồi bên vật thể Đây phần quan trọng sản xuất đắp dần Khi tài liệu hoàn thiện, hệ thống chia nhỏ thiết kế mẫu thành nhiều lớp khác chuyển thông tin đến thiết bị sản xuất đắp dần Sau đó, hệ thống sản xuất đắp dần tự chế tạo vật thể theo lớp vật thể cần sản xuất hoàn thiện Để sản xuất vật thể, hệ thống máy in 3D sử dụng kết hợp nhiều công nghệ khác Các công nghệ phân loại dựa vào chất vật liệu In 3D hay sản xuất đắp dần làm việc với vật liệu rắn (nhựa, kim loại, polymer), vật liệu lỏng (nhựa lỏng đông cứng lại nhờ tác động laser hay ánh sáng điện tử), hay vật liệu dạng bột (bột kim loại, bột gốm kết dính với tạo thành sản phẩm…) Sau q trình thường có thêm vài khâu hồn thiện sau sản xuất Có thể loại bỏ bụi bẩn chất liệu khác bám sản phẩm Ngồi ra, đơi cần thêm q trình thêu kết để phủ kín lỗ hổng sản phẩm Hoặc sử dụng vài q trình thẩm thấu để phủ kín sản phẩm vật liệu khác Các công nghệ sử dụng sản xuất đắp dần mở nhiều cách kết hợp loại vật liệu, phương pháp nung chảy kết dính khác Mỗi cơng nghệ có ưu - nhược điểm hiệu định theo mục đích cụ thể Trong số cơng nghệ in 3D sử dụng loại vật liệu riêng biệt, số cơng nghệ khác lại linh hoạt, làm việc với nhiều loại dạng vật liệu khác Gần đây, máy in 3D có khả sử dụng vật liệu kính, sơ-cơ-la tế bào người Một loạt công nghệ in 3D sử dụng ngày nay, loại có ưu điểm hạn chế riêng Các cơng nghệ bao gồm: “Thiêu kết lazer chọn lọc” (Selective laser sintering - SLS), “Thiêu kết lazer chọn lọc trực tiếp” (Direct metal laser sintering - DMLS), “Mơ hình hóa phương pháp nóng chảy lắng đọng” (Fused deposition modeling - FDM), “Tạo hình nhờ tia laser” (Stereolithography) “In phun sinh học” (Inkjet bioprinting) 1.2.2 Cơng nghệ “Tạo hình nhờ tia laser” (stereolithography - SLA) Được phát triển Chuck Hull, công nghệ in 3D xuất công nghệ in 3D chi tiết chuẩn xác nhất, có sai số thấp công nghệ in 3D khác Hiện 3D Systems hãng nắm quyền thương mại công nghệ in 3D Công nghệ in 3D SLA công nghệ in 3D hoạt động theo nguyên tắc “đắp lớp” có đặc điểm khác biệt với cơng nghệ khác dùng tia UV làm cứng lớp vật liệu in (chủ yếu nhựa lỏng) Tương tự công nghệ SLS, máy in 3D sử dụng công nghệ SLA sử dụng chùm tia laser/UV nguồn lượng mạnh tương đương để làm “đông cứng” lớp vật liệu in 3D nhựa dạng lỏng, nhiều nhiều lớp tạo nên vật thể in 3D SLA Lớp in SLA đạt từ 0.06, 0.08, 0.1,… mm Công nghệ sử dụng để chế tạo vật phẩm 3D từ hình ảnh máy tính cơng nghệ cho phép người dùng kiểm tra mẫu thiết kế cách nhanh chóng, xác trước định đầu tư sản xuất hàng loạt Về nguyên lý hoạt động: Sau tập tin 3D CAD kết nối ngơn ngữ STL (Tessellation language) q trình in bắt đầu: Lớp nhựa lỏng đắp lên mẫu 3D thiết kế sẵn tia UV làm cứng lớp nhựa này, sau nhiều lớp đắp lên đạt số kỹ thuật vật thể định sẵn Các lớp in 3D SLA đạt từ 0.06mm, 0.08mm, 0.1mm tùy vào nhu cầu in Công nghệ in 3D SLA: Mơ hình cấu tạo SLA Ưu điểm: Cơng nghệ SLA có khả tạo mơ hình có độ chi tiết cao, sắc nét xác Về cơng nghệ in 3D sử dụng vật liệu nhựa, cơng nghệ tạo sản phẩm in 3D nhựa tốt nhất, sử dụng ngay, độ phân giải, độ mịn cao, nói cao Nhược điểm: Vật liệu in 3D đắt, sản phẩm in 3D bị giảm độ bền để lâu ánh sáng mặt trời SLA sử dụng rộng rãi cho việc tạo mẫu nhanh để tạo hình dạng phức tạp với chất kết thúc chất lượng cao, chẳng hạn đồ trang sức Công nghệ SLA sử dụng nhiều nhà máy sản xuất giày dép cho hãng lớn Nike, Adidas,…để thực công đoạn in 3D khuôn giày tạo mẫu đế giày nhanh Hình ảnh sản phẩm tạo từ công nghệ SLA 1.2.3 Công nghệ “Thiêu kết lazer chọn lọc” (Selective laser sintering – SLS) Công nghệ sáng tạo Carl Deckard vào năm 1986 Trường đại học Texas cấp sáng chế năm 1989, đưa thị trường tập đoàn DTM (được thành lập 1987) Thiết bị thương mại hoá vào năm 1992 Đây công nghệ công nhận sau SLA Cơng nghệ này dựa q trình chế tạo lớp chất polymer lỏng thay vật liệu bột Mơ hình Cơng nghệ SLS Cơng nghệ SLS vận hành tương tự SLA vật liệu dạng bột gốm sứ, thép, titan, nhôm, bạc, thủy tinh,… Tia laser giúp liên kết hạt bột với Đặc biệt, bột thừa sau quy trình tái chế nên tiết kiệm Có thể tạo lớp vật liệu phụ trợ keo chuyên dụng (có kèm màu sắc in 3D đa sắc màu), tia laser, tia UV, … Nhìn chung, SLS công nghệ tạo mẫu dựa vật liệu dạng bột Sử dụng tia laser, công nghệ SLS nung kết loại vật liệu dạng bột khác với để tạo mẫu dạng rắn Công nghệ in 3D SLS chìa khóa để máy in 3D tạo sản phẩm đa dạng, đặc biệt in 3D chất liệu kim loại/gốm Nguyên lý hoạt động Phương pháp SLS sử dụng tính chất vật liệu bột hóa rắn tác dụng nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại) Một lớp mỏng bột nguyên liệu trải bề mặt xy lanh cơng tác trống định mức Sau đó, tia laser hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm đường biên mặt cắt không thực làm chảy chất bột), làm cho chúng dính chặt chỗ có bề mặt tiếp xúc Trong số trường hợp, trình nung chảy hồn tồn hạt bột vật liệu áp dụng Q trình kết tinh điều khiển tương tự q trình polymer hố phương pháp tạo hình lập thể SLA Sau xy lanh hạ xuống khoảng cách độ dày lớp kế tiếp, bột nguyên liệu đưa vào trình lặp lại chi tiết hoàn thành Trong trình chế tạo, phần vật liệu không nằm đường bao mặt cắt lấy sau hoàn thành chi tiết, xem phận phụ trợ lớp xây dựng Điều làm giảm thời gian chế tạo chi tiết dùng phương pháp Phương pháp SLS áp dụng với nhiều loại vật liệu khác nhau: Policabonate, PVC, ABS, nylon, sáp,… Những chi tiết chế tạo phương pháp SLS tương đối nhám có lỗ hỗng nhỏ bề mặt nên cần phải xử lý sau chế tạo (xử lý tinh) Một số dạng sản phẩm công nghệ SLS Ưu điểm: Khả tạo mẫu loại vật liệu dạng bột khác nhựa, kim loại, thủy tinh, gốm Tạo mẫu đa dạng màu sắc, tạo mẫu hình dạng phức tạp, không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ, không cần cấu trúc hỗ trợ SLS sử dụng chủ yếu để tạo nguyên mẫu, gần ứng dụng cho sản xuất theo yêu cầu cụ thể Ví dụ, General Electric mua cơng ty công nghệ SLS để chế tạo phận cho động phản lực thương mại Công nghệ SLS thích hợp để in mơ hình có thành mỏng, chi tiết cần độ dẻo Đặc biệt, SLS lựa chọn tuyệt vời cần in mơ hình lớn có phần rỗng phía đáy Xét độ mịn bề mặt, công nghệ SLS cho chất lượng cao cơng nghệ FDM, nhiên khó để phân biệt độ mịn lớp in mắt thường Nhược điểm: Phức tạp, chi phí đầu tư cao, chi phí vận hành cao hao tổn vật liệu lớn Các mơ hình kín có phần rỗng bên phải tiêu tốn lượng vật liệu lớn 1.2.4 Cơng nghệ “Mơ hình hóa phương pháp nóng chảy lắng đọng” (Fused deposition modeling - FDM) Công nghệ in 3D khiến cho nhu cầu tìm kiếm nhân công giá rẻ bị thay nhu cầu nhân cơng có lực sáng tạo, trình độ cao chuỗi cung ứng gần với thị trường tiêu thụ mặt địa lý nhằm đáp ứng nhu cầu riêng biệt khách hàng thời gian ngắn Đây trở thành thiệt hại đáng kể cho quốc gia từ lâu lên trung tâm sản xuất có chi phí lao động thấp Mặt khác, quốc gia phải đối mặt với vấn đề nghiêm trọng việc nắm bắt giá trị chuỗi cung ứng sản xuất thiếu khả thiết kế Với nước phát triển, dựa chủ yếu vào nguồn nhân lực “gia cơng”, nhà quản lý cần có sách dài hạn nhằm thích ứng với việc suy giảm nhu cầu tuyển dụng nhân công giá rẻ Ví dụ đầu tư vào giáo dục, nâng cao tồn diện trình độ đội ngũ nhân cơng tương lai nhằm đáp ứng nhu cầu mơ hình kinh tế mới, đầu tư vào công nghiệp sản xuất địa phương để tận dụng nguồn nhân công dư thừa, khơng cịn sử dụng cơng ty nước phát triển Tuy nhiên điều khơng có nghĩa cơng nghệ in 3D gây thất nghiệp hàng loạt toàn giới Khi máy tính đời phát triển vào năm 1970, dư thừa lao động cảnh báo Vậy mà thay vào đó, chứng kiến khơng phải biến chuyển lượng mà chất nguồn lao động Những công ty công nghệ Google, Apple tạo hàng triệu việc làm, với yêu cầu kĩ hoàn toàn khác biệt so với nguồn lao động vài thập kỉ trước Tương tự thế, cơng nghệ in 3D khiến giảm nhu cầu lao động lĩnh vực sản xuất bán lẻ, cần nhiều người có kĩ với máy móc 3D Theo nghiên cứu công ty Wanted Analysis Hoa Kỳ, từ tháng 8/2013 đến tháng 8/2014 nhu cầu tuyển dụng người có kĩ in 3D tăng 103% Nhu cầu nhân lực bao gồm người bán hàng có hiểu biết sản phẩm, người bảo trì máy in 3D, người có kiến thức hệ thống thiết kế 3D, người lập trình hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp với công nghệ 3D hay người quản lý tương tác cung ứng khách hàng toàn giới Đặc biệt ngành kỹ sư, theo nghiên cứu Wanted Analysis, nhu cầu lao động có kĩ 3D chiếm tới 35% tổng số thông báo tuyển dụng Mỹ Từ đó, cơng nghệ 3D giúp nước phát triển vươn lên tầm cao chuỗi cung ứng sản xuất cách thúc đẩy khả thiết kế tạo mẫu nhanh quốc gia Hơn hết, nỗi lo suy giảm kinh tế quốc gia thất nghiệp tràn lan khơng hồn tồn đáng ngại Đúng điều xảy thời kì q độ chuyển giao cơng nghệ Nhưng dài hạn, cơng nghệ in 3D cho phép giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm, đồng nghĩa với giảm chi phí sinh hoạt người dân tăng lợi nhuận doanh nghiệp Tương tác chủ yếu máy tính thúc đẩy giao lưu kinh tế toàn giới Nhờ vào yếu tố mà tổng sản phẩm quốc nội (GDP) tăng theo Nền tảng pháp lý Việc phổ biến in 3D gây tác động sâu sắc đến quy định quyền sở hữu trí tuệ công nghệ cho phép tái tạo đối tượng vật chất hóa thiết kế Doanh nghiệp gặp khó khăn nghiêm trọng hãng khác chí cá nhân dễ dàng chép sản phẩm cách sử dụng tập tin thiết kế máy quét 3D File CAD vật thể, giả định có bảo hộ sở hữu trí tuệ, bị chia sẻ tức với giới nhờ vào thiết bị in 3D trực tuyến Rất khó khăn cho người dùng lẫn quan chức để phân biệt việc in 3D có mâu thuẫn với quyền sở hữu trí tuệ hay khơng Ngồi ra, việc việc theo dõi xác định hành vi vi phạm sở hữu trí tuệ sử dụng máy in 3D vô phức tạp Mâu thuẫn quyền sở hữu trí tuệ cao mức độ doanh nghiệp, chí lên đến tầm quốc gia, hồn tồn có nguy xảy In 3D, ngồi ra, cịn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh quốc gia Công nghệ 3D tạo điều kiện cho sản xuất phân tán phát triển Điều có nghĩa khơng sản phẩm có ý nghĩa tốt đẹp hữu dụng làm mà mặt hàng khác vũ khí - thơng thường chịu kiểm soát tầm quốc gia - chế tạo dễ dàng với giá rẻ hơn, dễ tiếp cận đồng thời tăng nguy tiềm ẩn Do đó, nhà quản lý kinh tế lập pháp cần nghiên cứu đưa khung pháp lý, kịp thời định hướng thị trường tránh việc lực xấu lợi dụng công nghệ để xâm phạm đến an toàn nhân sinh quốc gia 3.4 Các rào cản thuận lợi Phạm vi vật liệu sử dụng in 3D hạn chế việc sử dụng chúng phụ thuộc vào phương pháp thiết bị in Chất lượng chi tiết bề mặt thường chưa đủ cho sử dụng cuối yêu cầu bước xử lý sau tốn Các thiết bị in thông thường hoạt động chậm, khó giám sát chất lượng q trình in, đầu in ban đầu với cảm biến tích hợp phát triển Khi in 3D trở nên dễ tiếp cận hơn, vấn đề luật pháp quản lý xung quanh bảo vệ liệu, trách nhiệm sản phẩm sở hữu trí tuệ phải trước Các ngành công nghiệp, nhà phát minh chủ sở hữu nhãn hiệu hàng hoá phải đối mặt với vi phạm quyền sở hữu trí tuệ đáng kể lĩnh vực in ấn cá nhân nguồn mở In 3D tạo khả phân quyền, vi phạm quyền chủ đạo, tương tự vi phạm quyền sản phẩm số hoá âm nhạc, sách phim ảnh Việc thực thi quyền sở hữu tốn (chi phí kiện tụng, xích mích xã hội), khơng minh bạch thường tùy tiện Các nhà quản lý áp đặt giới hạn định thiết kế kỹ thuật máy in nhằm hạn chế việc vi phạm, điều làm chậm đổi Áp thuế thiết bị nguyên liệu ảnh hưởng đến việc sử dụng hợp pháp máy in 3D Giảm thời gian chi phí Một nguyên tắc kinh doanh từ nay, sản xuất nhiều chi phí trung bình đơn vị sản phẩm giảm – hay gọi hiệu ứng kinh tế nhờ quy mơ (economy of scale) Đó rào cản người khởi nghiệp, cạnh tranh chi phí sản xuất giá với công ty lớn sản xuất hàng loạt Những rào cản từ đâu mà có? Đó chi phí đầu tư ban đầu cho máy móc sản xuất, nhà xưởng (chi phí cố định) Khi số lượng sản phẩm làm nhiều, phần chi phí cố định chia trung bình đơn vị giảm, nhờ mà tổng chi phí cho đơn vị giảm dần theo quy mô Những công ty lớn, với dây chuyền sản xuất hàng loạt, đưa chi phí sản xuất trung bình giảm đến mức tối thiểu, nhờ thống lĩnh thị trường việc mạnh tay giảm giá bán, đánh bật nhà sản xuất nhỏ lẻ Tuy nhiên với xuất công nghệ in 3D, nhiều ngành cơng nghiệp, chi phí đầu tư cho máy móc ban đầu cho sản phẩm trở nên nhỏ, chí 0, khiến cho rào cản quy mô bị phá vỡ Thật vậy, theo nghiên cứu Đại học Deloitte, việc sản xuất mặt hàng tiêu dùng từ giày dép đến xe máy, công nghệ in 3D làm giảm thời gian đưa thị trường tới 90% Còn mặt chi phí cho mẫu thử nghiệm, số trường hợp, giảm từ 2.500 USD xuống cịn 50 USD Thông tin từ Stratasys, nhà cung cấp thiết bị sản xuất in 3D lớn nhất, khẳng định thêm kết nghiên cứu Deloitte Theo Stratasys, sản xuất đắp bồi giúp giảm chi phí cơng cụ từ 50 tới 95% đẩy nhanh thời gian hồn thành q trình sản xuất (lead time) từ 30 đến 80% Một nghiên cứu khác Deloitte mẫu động thử nghiệm ngành cơng nghiệp tơ, chi phí sản xuất nhờ in 3D 3.000 USD, so với xấp xỉ 500.0 USD cơng nghệ truyền thống Cịn lĩnh vực y tế Sử dụng công nghệ in 3D sản xuất phận thay hàm titan, giúp giảm thời gian phẫu thuật 60 đến 80% Hay trường hợp bé gái người Mỹ, gia đình bé phải trả 50 USD cho tay giả siêu nhẹ (0,5kg), dễ dàng sử dụng nhờ công nghệ 3D Bình thường nay, chi phí cho tay giả tương tự khoảng 10.000 USD, chí cao Giảm ưu nhờ chun mơn hóa cơng ty lớn Thêm vào đó, trước đây, mơ hình kinh tế ln hướng đến chun mơn hóa định hạn chế chi phí ban đầu chủng loại sản phẩm Ví dụ, để làm nên mơt tơ hồn chỉnh, nhà sản xuất khơng thể đầu tư máy móc, nhân cơng cho việc sản xuất phận khung xe, săm lốp hay phận điều khiển lúc, mà tập trung vào vài phần định cho thầu lại phận khác Những người kinh doanh nhỏ có đủ điều kiện tài quan hệ thị trường để đảm bảo chuỗi sản xuất tương tự Công nghệ in 3D, với khả cho phép sản xuất nhiều phận khác từ chung hệ thống máy móc, thay đổi hồn tồn chênh lệch tiềm lực hai phận kinh doanh quy mô lớn sản xuất nhỏ lẻ Vì vậy, doanh nghiệp nhỏ có hội cạnh tranh với cơng ty truyền thống Trong tình này, lường trước nhiều phản ứng dội từ công ty lớn phát triển cơng nghệ in 3D Giảm hao phí Ngồi ra, cơng ty cịn phải đau đầu việc giảm thiểu hao phí tận dụng, xử lý nguồn nguyên liệu thừa sau sản xuất Mối lo khơng cịn mà cơng nghệ đắp bồi lớp thay cho đẽo gọt từ khối nguyên liệu lớn khiến giảm thiểu đến 90% ngun liệu thừa Ví dụ ngành hàng khơng quốc phịng, ngành có u cầu ngặt nghèo chất lượng độ an toàn sản phẩm, đơi tỉ lệ hàng phế liệu lên tới 97% Cơng nghệ in 3D triệt tiêu hồn tồn phần hao phí xuống tới cịn 0% Airbus sử dụng cơng nghệ sản xuất dịng máy bay A320, giảm 64% khối lượng vật liệu máy bay mà không ảnh hưởng đến sức mạnh tính Với cơng nghệ in 3D, rào cản mơ hình sản xuất nêu khắc phục cách dễ dàng Các nhà kinh doanh, muốn tạo khác biệt chiếm lĩnh thị trường, khơng thể sử dụng chi phí quy mô nữa, mà bắt buộc phải tập trung vào phát triển yếu tố khác sản phẩm, ví dụ thiết kế, chuỗi cung ứng dịch vụ chức kèm Đây coi là cách mạng mơ hình sản xuất Nhà thiết kế khơng cịn phải bận tâm đến hạn chế nguồn nguyên liệu từ xa máy móc mà biến ý tưởng độc đáo thành thực vài ngày Các nhà quản lý khơng cịn cần đội ngũ đông đảo người ngồi lắp ráp phận rời với nữa, mà người tùy chỉnh chi tiết nhỏ sản phẩm cách nhanh chóng theo yêu cầu khách hàng Những sản phẩm sản xuất hàng loạt thay sản phẩm tùy biến theo yêu cầu khách hàng riêng biệt, với mức giá không khác biệt với sản phẩm “hàng trăm một” trước Hiện chứng kiến xuất sản phẩm công nghiệp 3D, công ty Normal sử dụng công nghệ để làm tai nghe nhạc chuẩn xác theo kích cỡ tai khách hàng Thị trường chứng kiến xuất ạt nhà sản xuất nhỏ, khơng cịn e ngại rào cản chi phí, lại thêm giàu sức sáng tạo sẵn sàng lắng nghe nhu cầu khách hàng mục đích tìm kiếm chỗ đứng thị trường Thậm chí khơng phải q xa vời nói khách hàng tham gia trực tiếp vào trình sản xuất Với tiến vượt bậc việc thực hóa ý tưởng thiết kế sản phẩm, khách hàng khắp nơi đưa lên mạng ý tưởng mẻ họ, đề nghị nhà sản xuất đưa sản phẩm theo yêu cầu Những nhà quản lý vĩ mô cần phải dự báo tác động tồn cầu nhằm có thay đổi phù hợp quản lý kinh tế, xã hội luật pháp, đặc biệt liên quan đến tiêu chuẩn chứng nhận quyền sản phẩm Sự đột phá công nghệ kéo theo hàng loạt thay đổi khác chuỗi cung ứng, dịch vụ khách hàng mối quan hệ nhân tố thị trường, trình bày Chuỗi cung ứng giá trị sản phẩm Trong sản xuất hàng loạt, chuỗi cung ứng quản lý dựa tính tốn số lượng hàng hóa theo nhu cầu khách hàng qua thương lượng giá với nhà cung cấp nguyên liệu Với thay đổi mô hình kinh tế nhờ cơng nghệ in 3D, nhà sản xuất khơng cịn lưu trữ lượng lớn ngun liệu mà phải có khả đảm bảo nhiều loại nguyên liệu khác với số lượng nhỏ Điều kéo theo nhiều thay đổi quản lý chuỗi cung ứng, nhằm đáp ứng điều kiện vận chuyển, nhà xưởng, nhân công cho loại nguyên liệu khác Mối quan hệ người sản xuất với nhà cung cấp biến đổi mạnh mẽ Từ mối quan hệ dựa giá nguyên liệu chính, yếu tố quan trọng trở thành khả đáp ứng linh hoạt nhiều loại nguyên liệu, thời gian ngắn nhất, chí tức thời Chúng ta thấy thấp thoáng trở lại khái niệm sản xuất tức thời “just-intime” Ford sau kanban Toyota, tầm cao mới: không giảm thiểu hao phí, tồn kho đơn vị sản xuất tương tự mà cho đơn vị sản xuất khác biệt, thời gian ngắn nhất, theo yêu cầu khách hàng Điều cần phối hợp, thay đổi khơng cơng ty sản xuất mà nhà cung ứng hệ thống thông tin, đặc biệt hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP) Chúng ta áp dụng kanban kinh tế hàng loạt trước cho mơ hình sử dụng cơng nghệ 3D, mà cần hệ thống tích hợp đa dạng nhu cầu khách hàng nguồn nguyên liệu hoạch định chiến lược Đây thách thức lớn cho công ty công nghệ thông tin tương lai Dịch vụ khách hàng Dịch vụ trước bán hàng: Như nêu phần trên, với cơng nghệ in 3D, thị trường bão hồ giá bán, dịch vụ quảng cáo, kinh doanh trước bán hàng phải tập trung vào kết cấu, chức năng, thiết kế sản phẩm thay cho yếu tố Những người bán hàng phải đầu tư vào nhu cầu riêng biệt khách hàng, việc đề nghị mức giảm giá lớn trước Việc tìm cách để quản lý đáp ứng nhu cầu riêng biệt mặt hàng siêu thị, trung tâm phân phối lớn thách thức cho nhà kinh doanh tương lai Khách hàng khơng cịn nhu cầu đến trung tâm phân phối họ hồn tồn có khả u cầu sản phẩm với giá tương đương, mẫu mã chức theo ý vài nhấp chuột Nhà sản xuất 3D dựa vào mà làm sản phẩm cách nhanh chóng, theo nhu cầu, thiết kế khách hàng chọn lựa Dịch vụ sau bán hàng: Cho đến nay, phận sản phẩm gặp trục trặc, khách hàng cần đưa đến trung tâm bảo dưỡng để sữa chữa mua linh kiện thay Công nghệ in 3D cho phép khách hàng sở hữu máy in đơn giản nhà, tự làm phận thay phạm vi định cần thiết Hoặc cửa hàng, dịch vụ in 3D trung gian giúp đáp ứng nhu cầu thiết bị thay cách nhanh chóng Điều tác động không nhỏ đến tương tác khách hàng phận dịch vụ hậu mãi, việc quản lý kho hàng hậu (kho hàng dự trữ cho nhu cầu thay linh kiện) Tầm quan trọng dịch vụ sau bán hàng khơng cịn nằm sẵn có phận thay mà linh hoạt, thường trực đội ngũ tư vấn nhằm giúp khách hàng tự làm phận thay cách chuẩn xác nhanh chóng Việc tùy chỉnh điều kiện hợp đồng sau bán hàng vấn đề cần tính tốn kĩ hơn, cho đem lại dịch vụ tốt cho khách hàng mà không làm xáo trộn tổ chức nhân lực cung ứng doanh nghiệp Mặc dù có cải tiến cơng nghệ in 3D, hạn chế cịn lại, đặc biệt chi phí vật liệu tốc độ in, hạn chế việc áp dụng rộng rãi Tuy nhiên, chi phí nguyên vật liệu tốc độ in cải thiện đáng kể vào năm 2025 với nhiều kỹ thuật dựa tiến triển cơng nghệ Nếu chi phí ngun vật liệu tốc độ in không cải thiện đáng kể, làm giảm đáng kể tác động kinh tế in 3D Phần lớn giá trị tiềm ẩn in 3D dành cho người tiêu dùng doanh nhân phụ thuộc vào lên "hệ sinh thái" để hỗ trợ người dùng Các trao đổi trực tuyến đối tượng in 3D, thiết kế đối tượng trao đổi mua bán rộng rãi tệp nhạc, tạo thuận lợi cho phát triển in ấn 3D Sự thành công in 3D phụ thuộc vào việc cải tiến sản phẩm phần mềm thiết kế, máy quét 3D, ứng dụng phần mềm hỗ trợ Máy quét 3D thương mại công nghệ quan trọng Các nhà sưu tầm sử dụng Xbox Kinect Microsoft để tạo quét 3D điện thoại thơng minh chuyển đổi thành máy quét 3D thông qua việc sử dụng ứng dụng Máy quét 3D định hướng theo người tiêu dùng với giá 1.000 USD sớm xuất thị trường Việc hết hạn sáng chế quan trọng cho cơng nghệ in 3D tạo sóng máy in 3D có chi phí thấp cho doanh nghiệp người tiêu dùng Hàm ý chiến lược cho doanh nghiệp Mặc dù phạm vi sản phẩm mà người tiêu dùng doanh nghiệp chọn in 3D bị giới hạn lúc đầu, khả thiết kế dễ dàng sản phẩm tự sản xuất tạo thặng dư tiêu dùng đáng kể chí ảnh hưởng đến văn hố tiêu dùng Tiếp cận máy in 3D tạo cảm hứng cho nhóm làm việc "nhà sản xuất", người đam mê chia sẻ thiết kế ý tưởng Ví dụ, dịch vụ in 3D Shapeways có 10.000 mơ hình 3D từ đồ trang sức mặt hàng khác người tiêu dùng tải lên In 3D sinh loại hệ sinh thái phức tạp, động tồn phần mềm phát triển Web, nhà phát triển dễ dàng chia sẻ cộng tác với nhau, mở rộng hệ sinh thái đổi để tạo vật hữu hình Các nhà thiết kế doanh nghiệp thiết kế sản phẩm sử dụng cơng cụ in 3D để nhanh chóng tiếp cận đại chúng, chí toàn cầu Người tạo thiết bị in 3D nhà cung cấp dịch vụ nên cân nhắc làm để tạo vị trí thuận lợi hệ sinh thái này, cho dù cách thiết lập thương hiệu cho người tiêu dùng máy in 3D, thiết lập thị trường cho thiết kế 3D, mở cửa hàng in 3D Cuối cùng, việc tăng dần doanh số bán hàng danh mục đồ chơi phụ kiện cá nhân chuyển sang sản xuất nhà trung tâm in 3D Các hãng đầu lĩnh vực cần phải xác định làm để tăng giá trị cho người tiêu dùng theo cách mà sản phẩm in nhà Các nhà sản xuất sản phẩm tiêu dùng nên xem xét cách để tùy chỉnh sản phẩm để phù hợp với số lợi in nhà Đồng thời, họ nên theo sát tiến triển trao đổi trực tuyến cho thiết kế in 3D quản lý cẩn thận quyền sở hữu trí tuệ mình, đồng thời tích cực thúc đẩy trao đổi để phân phối sản phẩm họ Các nhà sản xuất nên tận dụng công nghệ in 3D để tạo mẫu nhanh nhằm tăng tốc độ thiết kế đưa thị trường, phải cẩn thận theo dõi vào thời điểm cải tiến công nghệ khiến cho việc in 3D trở thành phương pháp sản xuất hiệu mặt kinh tế Các chuỗi giá trị hậu cần, vật liệu, sản xuất liên quan đến sản phẩm ứng dụng cho in ấn 3D bị ảnh hưởng cơng nghệ Việc người tiêu dùng sản xuất trực tiếp hàng hố ảnh hưởng đến nhu cầu số nguyên vật liệu khối lượng vận chuyển toàn cầu Lãnh đạo doanh nghiệp, người bị ảnh hưởng hệ sinh thái sản xuất này, nên nghĩ vai trò họ họ muốn phát triển chiến lược để cạnh tranh Ví dụ, định thử nghiệm dịch vụ in 3D Staples cho thấy có hội cung cấp dịch vụ sản phẩm khác cho doanh nhân người tiêu dùng sử dụng in 3D Việc tiếp cận in 3D làm cho số ngành sản xuất cạnh tranh Đối với ngành cơng nghiệp có hàng hố giá trị cao, đổi nhanh chóng quan trọng chi phí tuyệt đối, kết hợp việc in 3D sản phẩm người máy tiên tiến làm cho trình phân phối ngắn lại Tuy nhiên, điều địi hỏi người có tay nghề cao khơng tạo nhiều cơng việc sản xuất, q trình in 3D có mức tự động hóa cao 3.5 Vai trị quản lý chiến lược phát triển Cơng nghệ in thu hút ý hàng loạt phủ nước Tăng cường ngành cơng nghiệp sản xuất sử dụng giáo dục chủ đề trọng tâm phổ biến thu hút quan tâm phủ cơng nghệ Dưới số ví dụ bật liên quan đến vai trị phủ phát triển công nghệ in 3D Hoa Kỳ Nguyên Tổng thống Obama đề cập đến công nghệ in 3D với vai trò “tiềm cách mạng hóa phương pháp sản xuất hầu hết tất thứ”, Thông điệp Liên bang năm 2013 2014 Thực tế Chính phủ Hoa Kỳ hỗ trợ cho công nghệ từ nhiều thập kỷ trước Ví dụ, cơng nghệ SLS phát triển Đại học Texas bảo trợ Cơ quan Đặc trách kế hoạch nghiên cứu quốc phòng cao cấp Hoa Kỳ (DARPA) Trong phát biểu trên, ông Obama đề cập đến Viện Công nghệ sản xuất phụ trợ (NAMII) hay với tên “America Makes” NAMII thành lập năm 2012 đối tác tư nhân với mục tiêu thúc đẩy công nghệ in 3D ngành sản xuất Hoa Kỳ từ giúp tăng khả cạnh tranh ngành NAMII đóng vai trị hỗ trợ nghiên cứu, phát triển thúc đẩy thực hiện, tạo điều kiện cho hợp tác công ty, trường đại học tổ chức phi lợi nhuận; đồng thời hỗ trợ hoạt động giáo dục đào tạo liên quan đến sản xuất Năm 2014, NAMII đầu tư triệu USD cho dự án nghiên cứu ứng dụng in 3D, chủ dự án góp ngân sách 19,3 triệu USD Như vậy, tổng vốn đầu tư nhà nước tư nhân sản xuất đắp dần phạm vi hỗ trợ dự án NAMII lên đến 30 triệu USD năm 2014 Bên cạnh đó, Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) đơn vị ủng hộ cho in 3D Hoa Kỳ, đặc biệt đầu tư cho dự án nghiên cứu sản xuất đắp dần Ngoài ra, quỹ hỗ trợ hoạt động trao đổi kiến thức chương trình giáo dục dành cho học sinh Từ năm 1986 đến 2012, NFS cung cấp 200 triệu USD cho cơng nghệ in 3D Bộ Quốc phịng (DOD) đơn vị tài trợ in 3D qua quan khác Bộ, DARPA Văn phòng Nghiên cứu Hải quân (ONR) Trong NFS chủ yếu đầu tư cho nghiên cứu giai đoạn đầu bản, Bộ Quốc phịng lại quan tâm nhiều đến việc triển khai in 3D sản xuất thực tế Ngồi ra, quan phủ khác Hoa Kỳ tham gian vào công nghệ in 3D NASA, Bộ Năng lượng, Bộ Thương mại Hoa Kỳ (DOC), Viện Tiêu chuẩn công nghệ (NIST), Viện Y tế (NIH) Trung Quốc Trong lúc nhiều người thấy cách mạng công nghệ in 3D mối đe dọa đến lợi sản xuất Trung Quốc, quốc gia lại có tham vọng tận dụng lợi công nghệ in 3D để đưa vào lĩnh vực sản xuất Năm 2012, Trung Quốc đưa công nghệ in 3D vào Chương trình Nghiên cứu phát triển Cơng nghệ cao quốc gia Bộ Khoa học Cơng nghệ Chính phủ Trung Quốc cấp 6,5 triệu USD tài trợ cho nghiên cứu tập trung công nghệ in 3D Hiệp hội Sản xuất châu Á đơn vị phủ hỗ trợ phòng nghiên cứu - khởi xướng Liên minh công nghệ in 3D Trung Quốc để hỗ trợ ngành công nghệ sản xuất Liên minh có kế hoạch xây dựng 10 trung tâm cơng nghệ cao in 3D thành phố khác Trung Quốc, với vốn đầu tư 3,3 triệu USD cho trung tâm Bên cạnh đó, tháng 6/2013, Chính phủ Trung Quốc cam kết đầu tư 245 triệu USD cho công nghệ suốt năm Và Viện nghiên cứu in 3D mắt năm 2013 với 33 triệu USD Chính phủ tài trợ ban đầu Thông qua việc cộng tác với trường đại học, viện nghiên cứu thực nghiên cứu công nghệ in 3D tiến hành thương mại hóa triển khai hoạt động liên quan đến in 3D Trung Quốc nước giới mở Bảo tàng nghệ thuật in 3D Bắc Kinh vào năm 2013 Anh Đầu năm 2014, Thủ tướng Anh công bố họ thành lập trung tâm quốc gia in 3D với khoản đầu tư 25 triệu USD Thực tế, bước nỗ lực không ngừng Anh quốc Tháng 6/2013, Ủy ban Chiến lược Công nghệ (TSB) - quan sáng tạo Vương quốc Anh - với ba hội đồng nghiên cứu giới thiệu chương trình hỗ trợ trị giá 13,9 triệu USD từ phủ cho cơng ty tư nhân để phát triển sản xuất công nghệ in 3D Trước đó, năm 2012, TSB phát động thi mang tên Cảm hứng thiết kế tự sản xuất đắp dần Cuộc thi tổ chức nhằm tài trợ 11,5 triệu USD cho hoạt động nghiên cứu, phát triển, hợp tác lĩnh vực in 3D Ngoài ra, Bộ Giáo dục Anh dành quan tâm cho công nghệ in 3D Trong năm 2012-2013, dự án thí điểm thực 21 trường học nhằm kiểm tra khả sử dụng máy in 3D mơ hình giáo dục STEM (mơ hình với tảng hai mơn học Cơng nghệ thơng tin Robotics) Sáng kiến sau áp dụng rộng rãi đến 60 trường, cho phép mua máy in 3D đào tạo cho đội ngũ giáo viên Nhật Bản Chính phủ Nhật Bản phủ sớm nhận tầm quan trọng công nghệ in 3D Chiến lược Tái tạo Nhật Bản, thông qua tháng 6/2013, bao gồm công nghệ in 3D khuyến khích đầu tư vào cơng nghệ song song công nghệ tiên tiến hàng đầu khác Nhật Bản Gần đây, Bộ Kinh tế, Thương mại Công nghiệp Nhật Bản (METI) công bố kế hoạch hỗ trợ việc sử dụng máy in 3D trường học METI trợ giá mua sắm máy in 3D cho nhiều trường đại học cao đẳng kỹ thuật Khoản trợ cấp dự kiến mở rộng xuống trường trung học sở sau Ngoài ra, METI dành khoảng 44 triệu USD ngân sách 2014 để hỗ trợ hoạt động nghiên cứu phát triển liên quan đến việc sử dụng in ấn 3D sản xuất kim loại KẾT LUẬN Công nghệ in 3D loại hình cơng nghệ cao, tiên tiến chun gia đánh giá ảnh hưởng đến toàn cầu tất ngành nghề tương lai Trong năm gần đây, in 3D thu hút ý ngày tăng Triển vọng máy móc in vật thể giống cách mà máy in phun tạo hình ảnh giấy gây hứng thú làm cho tin in ấn 3D mang lại "cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo." Nghiên cứu tài liệu giúp độc giả có nhìn chi tiết In ấn 3D có tiềm ảnh hưởng đến cách thức sản phẩm thiết kế, xây dựng, phân phối bán Việc cải tiến công nghệ kênh phân phối khiến sản phẩm in 3D (như sử dụng cửa hàng in địa phương) trở nên phổ biến Trên thực tế, máy in cá nhân 3D có giá 1.000 USD In ấn 3D phát triển mạnh thập kỷ tới Doanh số máy in 3D cá nhân tăng từ 200% đến 400% năm từ 2007-2011, máy in 3D trở thành phổ biến cho nhà thiết kế, kỹ sư kiến trúc sư, người sử dụng chúng để tạo mẫu thiết kế sản phẩm nguyên mẫu In ấn 3D thu hút ý sản xuất trực tiếp công cụ, khuôn mẫu, chí sản phẩm cuối Những ứng dụng in ấn 3D cho phép mức độ tùy chỉnh hàng loạt, chuỗi cung cấp tốn hơn, chí "dân chủ hóa" sản xuất người tiêu dùng doanh nhân bắt đầu in sản phẩm riêng họ Nhìn lâu dài, có lẽ sau năm 2025, loại in 3D-bioprinting (in sinh học) in quan thể người – với tiềm giảm chi phí kéo dài tuổi thọ người Các chun gia ước tính in ấn 3D tạo tác động kinh tế lên đến từ 230 tỷ USD đến 550 tỷ USD năm vào năm 2025 Qua hình thành đời cơng nghệ in 3D ta thấy có cơng nghệ in 3D SLA, SLS, LOM, FDM, DMLS in phun sinh học Ngồi có nhiều công nghệ khác chủ yếu dựa loại công nghệ Dựa công nghệ mà ngày nay, sản phẩm thiết kế máy tính “in chụp” qua máy in 3D, tạo nên hình hài vật thể lớp vỏ vật liệu chuyên dụng Dễ dàng thực thiết kế số hóa với vài thao tác click chuột Máy in 3D cho chạy tự khơng cần người kiểm sốt biến thiết kế tưởng chừng phức tạp trở nên đơn giản dễ xử lý cho nhà máy truyền thống Vào thời điểm nay, cỗ máy kì diệu tạo nhiều thứ Những ứng dụng in 3D thực kì vĩ Thậm chí, người ta “in” dụng cụ trợ thính nhiều phận tinh vi máy bay phản lực vũ trang hình dạng khác Như vậy, có ứng dụng to lớn nhiều lĩnh vực khác nhau, công nghệ in 3D đặt khơng thách thức cho nhà kinh doanh, sản xuất, hoạch định sách xã hội Con người dùng cơng nghệ in 3D để tạo phận, tế bào thể giúp điều trị bệnh tật, tạo súng đạn trái phép hay sản phẩm độc hại Bên cạnh đó, ưu điểm chế tạo nhanh, chỗ công nghệ khiến kinh tế phụ thuộc vào nguồn lao động giá rẻ để sản xuất đồ dùng ngày quần áo đồ chơi trẻ em gặp thay đổi lớn In 3D mang lại hội thách thức cho nhà hoạch định sách kinh tế tiên tiến phát triển Xã hội hưởng lợi từ sản phẩm tạo với chất thải mà khơng cần vận chuyển qua khoảng cách lớn ảnh hưởng đến mơi trường Các nhà hoạch định sách nên xem xét hỗ trợ phát triển việc in ấn 3D, đặc biệt việc tài trợ nghiên cứu công nghệ in 3D Những thách thức nhà hoạch định sách bao gồm việc giải vấn đề quản lý, quy định vật liệu để sử dụng, đảm bảo bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ thích hợp gán trách nhiệm pháp lý cho vấn đề cố sản phẩm in 3D Các phủ phải làm rõ quyền sở hữu trí tuệ bảo vệ In 3D làm lên số vấn đề khác an ninh, an tồn Các nhà hoạch định sách phải đối mặt với thách thức việc đánh giá giải rủi ro mà không làm giảm hạn chế đổi sáng tạo lĩnh vực đầy tiềm Vì để quản lý cách có hiệu việc sử dụng cơng nghệ mới, phát huy ưu điểm hạn chế mặt tiêu cực đến kinh tế xã hội điều khơng đơn giản Cịn Việt Nam, bắt đầu xuất cộng đồng in 3D Bên cạnh số dịch vụ in 3D hay bán máy in 3D nhập từ nước ngoài, cá nhân, nhà khoa học số công ty bắt đầu nghiên cứu tiến hành sản xuất máy in 3D Việt Nam với giá thành rẻ, phù hợp với thị trường Ngoài ra, hoạt động đẩy mạnh giáo dục STEM bắt đầu thu hút quan tâm từ người có trách nhiệm, tổ chức lãnh đạo đến tầng lớp trí thức, gia đình có em học Ngày hội STEM lần đầu tổ chức bảo trợ Bộ Khoa học Công nghệ Việt Nam, với đồng hành tạp chí Tia Sáng mang lại kết tốt đẹp thu hút hứng thú không em nhỏ mà bậc phụ huynh người lớn Giáo dục STEM giống công nghệ in 3D, việc học, tiếp thu kiến thức kĩ tích lũy thực hành qua dự án môn học Học sinh, sinh viên phải vận dụng lí thuyết để tạo sản phẩm Những ngày hội, trình diễn khoa học khơi dậy niềm đam mê, lòng tâm em nhỏ môn khoa học, kĩ thuật việc sản xuất công nghiệp Ngành công nghiệp in 3D phát triển không ngừng với tốc độ chóng mặt, phương pháp sản xuất tiếp tục đời, máy in 3D giá rẻ, tốc độ nhanh giới thiệu Hiện nay, người ta chí cịn tun bố in 3D vật thể từ việc xếp nguyên tố đơn lẻ-các viên gạch nhỏ vật chất Vì vậy, tăng cường phát triển giáo dục, xã hội để chuẩn bị cho ngành công nghiệp cần thiết Nhận thấy vai trò, tầm quan trọng xu hướng phát triển công nghệ in 3D, ngày 28/04/2017, Thủ tướng Nguyễn Xuân Phúc ký Quyết định số 13/2017/QĐ-TTg (có hiệu lực thi hành từ 15/6/2017) sửa đổi, bổ sung Danh mục công nghệ cao ưu tiên đầu tư phát triển Danh mục sản phẩm công nghệ cao khuyến khích phát triển ban hành kèm theo Quyết định 66/2014/QĐ-TTg ngày 25/11/2014 Thủ tướng Chính phủ (Quyết định 66) Quyết định 13 Thủ tướng Chính phủ bổ sung Công nghệ in 3D vào Danh mục công nghệ cao ưu tiên đầu tư phát triển bên cạnh công nghệ: Công nghệ Internet kết nối vạn vật (IoT); Công nghệ thực ảo (Virtual Reality) công nghệ thực tăng cường (Augmented Reality) Bên cạnh đó, Thủ tướng Chính phủ bổ sung 16 nhóm sản phẩm, dịch vụ vào Danh mục sản phẩm cơng nghệ cao khuyến khích phát triển, có dịch vụ in 3D Có thể thấy, công nghệ thêm vào Danh mục công nghệ cao nhà nước ưu tiên đầu tư phát triển công nghệ tảng, làm nên đặc trưng Cách mạng cơng nghiệp lần thứ tư (cịn gọi cách mạng công nghiệp 4.0) chuyên gia đánh giá công nghệ tác động mạnh mẽ đến mặt đời sống xã hội Hàm ý chiến lược phát triển tầm vĩ mô Từ thông tin chiến lược phát triển quốc gia khác đây, nội dung đề cập liên quan đến tiềm năng, ứng dụng to lớn tác động, ảnh hưởng cụ thể công nghệ in 3D, thấy ngành công nghệ tiên tiến chiếm lĩnh vị trí to lớn kinh tế, xã hội trị Trong phần cuối này, chúng tơi xin trình bày số đề xuất chiến lược phát triển tầm vĩ mô Thúc đẩy hoạt động sản xuất thiết kế Để củng cố ngành công nghiệp sản xuất, việc áp dụng công nghệ in 3D cần khuyến khích Sự hỗ trợ tài kỹ thuật quan trọng cho mục đích này, đặc biệt nước phát triển Việt Nam Các quan nhà nước phủ trực tiếp giúp xây dựng chuyên môn kỹ thuật ban đầu nguồn vốn nhân lực nước Sau đó, cơng nghệ phổ biến thơng qua hoạt động giáo dục, quảng cáo, ứng dụng thí điểm dịch vụ hướng dẫn kỹ thuật Chúng ta lựa chọn theo đuổi chiến lược để trở thành trung tâm dịch vụ thiết kế tạo mẫu hoạt động qua việc tận dụng lợi từ công nghệ in 3D Các hội mở cho Việt Nam biết xây dựng lực kỹ thuật vốn người trước chưa có lợi đặc biệt sản xuất Trên sở tiềm thay đổi lợi so sánh sản xuất, Việt Nam hồn tồn có hội để trở thành trung tâm sản xuất khu vực Công nghệ in 3D thay đổi chế định nơi sản xuất cách giảm tỷ trọng lao động đầu vào tăng tầm quan trọng khả tùy biến theo ý khách hàng Đảm bảo hỗ trợ hoạt động nghiên cứu phát triển có hiệu Cũng ngành công nghiệp khác, cơng nghiệp in 3D có khả tạo rủi ro cao bù đắp cho công ty tư nhân, đặc biệt Việt Nam hay nước phát triển khác Do đó, phủ nên có hỗ trợ hoạt động nghiên cứu liên quan đến cơng nghệ này, ví dụ thông qua hỗ trợ sáng kiến thực thương mại hóa Hỗ trợ nghiên cứu phát triển nên tập trung vào tìm kỹ thuật in 3D khác biệt số khía cạnh chuyên cho mục đích cụ thể y tế, thực phẩm Ngồi ra, tập trung vào nghiên cứu vật liệu in 3D để đạt vật liệu cao cấp có chi phí hợp lý hiệu suất tốt, hay tìm kiếm vật liệu in 3D lạ có Tạo máy in 3D cá nhân Các sáng chế công nghệ sản xuất đắp dần hết hạn, hội tuyệt vời để tiếp nhận công nghệ Sự tồn nguồn kiến thức mở xung quanh in 3D khuyến khích ý tưởng phát triển cơng nghệ Việt Nam kết hợp thúc đẩy sáng tạo thương hiệu máy in 3D nước Ngồi lợi ích kinh tế trực tiếp, tự sản xuất máy in 3D giúp giảm chi phí nội thay phải phụ thuộc vào nhập khan nhà cung cấp Tăng cường phát triển xã hội Có thể thấy, hầu hết nỗ lực nêu hướng tới thúc đẩy hoạt động kinh tế việc ứng dụng in 3D tạo lợi ích tương lai gần, tác động, ảnh hưởng việc áp dụng công nghệ quy mô rộng xảy gián tiếp tương lai xa Khi máy in 3D bắt đầu sử dụng nhiều hơn, lực quốc gia công nghệ in 3D hoạt động liên quan thiết kế, kỹ máy tính, khả sáng tạo, đổi mới, ngày củng cố Việc phổ biến cơng nghệ in 3D hỗ trợ thông qua hoạt động giáo dục tiếp thị quảng cáo In 3D công cụ cải thiện thực hành giáo dục hiệu quả, đặc biệt với môn học STEM Giống việc cung cấp truy cập internet, máy tính, máy tính bảng, bảng dạy học thông minh cho học sinh, Chính phủ hồn tồn cung cấp máy in 3D cho trường học Các máy in không khuyến khích hoạt động giáo dục mà cịn đặt móng cho kiến thức cơng nghệ in 3D qua chương trình tập huấn giáo viên chương trình giảng dạy sáng tạo công nghệ Giữ cán cân công Như đề cập, can thiệp phủ cần thiết, tác động, ảnh hưởng phát sinh từ công nghệ in 3D ngày tăng cao Với tiềm mà công nghệ tạo ra, tất nhiên có số thành phần kinh tế bị lợi ích số thành phần khác hưởng lợi ích Đối với vấn đề này, phủ cần đưa biện pháp rõ ràng nhằm đảm bảo đầy đủ lợi ích từ cơng nghệ in 3D trì quyền lợi hợp pháp số mặt Chính phủ nên ý đảm bảo can thiệp không làm gián đoạn đổi mà công nghệ in 3D mang lại Đồng thời, nên có biện pháp hiệu để phịng ngừa ngăn chặn việc sử dụng bất hợp pháp công nghệ in 3D, yếu tố trở ngại mở rộng quy mô ứng dụng công nghệ tiên tiến Mặc dù in 3D dẫn đến thay đổi đáng kể cơng nghệ quy trình sản xuất ảnh hưởng đến thị trường giới, không dễ dàng để hiểu tác động thực trung hạn dài hạn Các nhà phân tích quốc tế đề cập đến số bề công nghệ này, tăng trưởng công nghệ Các nghiên cứu dự đốn cơng nghệ 3D đạt trạng thái áp dụng rộng rãi 10 năm tới, thị trường công nghiệp người tiêu dùng Khi ngày đến, nhà máy mini cá nhân trở thành tiêu chuẩn, có lẽ khó để tưởng tượng xã hội tồn mà khơng có công nghệ in 3D Biên soạn: Phùng Anh Tiến (Trung tâm Phân tích Thơng tin) Tài liệu tham khảo Công nghệ in 3D – Lịch sử ứng dụng, tác động thách thức, vai trò quản lý chiến lược phát triển, Tạp chí Tia Sáng, 6/2015; Công nghệ in 3D với giáo dục đào tạo, Tạp chí Tia Sáng, 7/2015; Can 3D Printing Reshape Manufacturing In America? Forbes.com, 17/6/2014 Disruptive technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy, McKinsey Globle Institute Analysis, 5/2013 Exploring the 3D printing opportunity, The Financial Times, 8/2012 The rise of additive manufacturing, Excell, Jon, The engineer, 10/2013 The next step: 3D printing the human body Williams, Rhiannon, The Daily Telegraph, 2/2014 “The Next Big Thing in 3-D Printing: Big Area Additive Manufacturing, or BAAM” McKenna, Beth The Motley Fool 9/2014 https://vi.wikipedia.org/wiki/In_3D 10 http://scantechvn.com 11 Wohler Report 2014, 2015, Wohlers Associates 12 What is 3D printing? https://3dprinting.com/what-is-3d-printing/ 13 3D Printer Technology – Animation of layering, Create It Real, 1/2012 14 3D Printing: Challenges and Opportunities for International Relations, Transcript Council on Foreign Relations, 10/2013 15 3D Printing Technology Insight Report, 2014 ... thành máy vật liệu in 3D rẻ, nên công nghệ công nghệ in 3D phát triển mạnh nhất, phổ biến (còn gọi cơng nghệ in 3D FFF) Điển hình dòng máy in 3D Reprap máy in 3D giá rẻ (Makerbot, Printerbot, Flashforge,... Ưu điểm máy in sinh học 3D mơ quan tạo theo lớp để đạt hình học giải phẫu xác In sinh học 3D thu in laser hỗ trợ sinh học (LaBP) in phun (IBP) II ỨNG DỤNG CỦA IN 3D Công nghệ in 3D ngày phát... sản xuất từ mơ hình 3D nguồn liệu điện tử khác Máy in 3D loại robot công nghiệp 3D công nghệ in 3D định nghĩa hoàn toàn khác với 3D mang tính mơ TV 3D, phim 3D, âm 3D, hình 3D 3D sản phẩm thật,