Khái niệm cơ bản về in 3D: Các loại máy in 3D

In 3D không hoàn toàn hoạt động như in thông thường - trong khi nói đến mực in trên giấy, chỉ cần bất kỳ máy nào sử dụng, tốt, giấy và mực, sẽ làm được, in 3D cụ thể hơn rất nhiều. Không phải mọi máy in, hoặc thậm chí mọi loại máy in đều phù hợp cho mọi loại hoặc dự án dây tóc - bạn sẽ cần nghiên cứu trước khi chọn một chiếc để đảm bảo mua đúng loại cho nhu cầu của mình.

Dưới đây là tóm tắt về một số loại máy in 3D phổ biến nhất mà bạn có thể tìm thấy. Đây không phải là một danh sách đầy đủ, nhưng đây là những thứ mà một người đam mê in 3D mới chớm nở cần biết!

SLA

SLA hay Stereolithography là loại in 3D đầu tiên. Được tạo ra vào năm 1986 bởi Chuck Hall, nó sử dụng một kỹ thuật in được gọi là Vat Polymerisation - nó sử dụng kẹo cao su photopolymer tiếp xúc với nguồn sáng. Loại máy in này lý tưởng cho các bề mặt nhẵn và mức độ chi tiết cao trên các dự án in.

Nó không đặc biệt dành cho người mới bắt đầu và có rất nhiều ứng dụng trong y học, nơi nó được sử dụng để in các mô hình giải phẫu cũng như microfluidics. Máy in sử dụng nhiều gương được bố trí để hướng một cột laser qua kẹo cao su được sử dụng làm dây tóc, để nó có thể tạo thành các lớp khác nhau trong vùng tạo hình.

Độ chính xác và tốc độ là chìa khóa quan trọng và các dự án in 3D được xây dựng từ cơ sở trở lên. Ngoài các ứng dụng đã đề cập trong y học, kỹ thuật in này cũng rất hữu ích trong ngành hàng không và công nghiệp ô tô. Máy in loại này bao gồm ProJets và Vipers.

SLS

Quá trình thiêu kết bằng laser cụ thể hoặc SLS làm mềm bột nylon thành một cấu trúc nhựa rắn. Vật liệu được sử dụng là nhựa nhiệt dẻo, có nghĩa là kết quả rất cứng, thích hợp cho các mục đích sử dụng nhanh và chịu tác động cao. Kỹ thuật được sử dụng được gọi là hợp nhất giường điện. Một loại nhựa nhiệt dẻo sẽ được nung nóng cho đến khi nó hóa lỏng và sau đó được xếp lớp vào công đoạn tạo hình. Một tia laser được sử dụng để thiêu kết bột đã được xếp thành một lớp cứng và rắn - và khi hoàn thành một phân đoạn chéo, giai đoạn giảm xuống bằng chiều cao của lớp đó, nhiều bột hơn được thêm vào và tia laser một lần nữa thiêu kết nó sang thể rắn.

Bột thừa được thêm vào nhưng không được thiêu kết đóng vai trò như một loại vật liệu hỗ trợ cuối cùng sẽ rơi ra. Cấu trúc hỗ trợ không cần thiết vì điều này. Ưu điểm chính của SLS là nó tạo ra các đặc tính cơ học tuyệt vời, với hạn chế là thời gian dẫn lâu hơn các loại máy in khác. Các ví dụ bao gồm Sinterit Lisa, Formlabs Fuse 1 và Sharebot SnowWhite 2.

FDM / FFF

Tạo mô hình lắng đọng hợp nhất và Chế tạo sợi hợp nhất là các loại máy in tương tự. Chúng đẩy từng lớp sợi nhựa lên công đoạn tạo hình. Bằng cách này, các mô hình hoàn chỉnh có thể được tạo ra tương đối nhanh chóng và hiệu quả. Các bề mặt được tạo ra có xu hướng là bất cứ thứ gì ngoại trừ nhẵn và các mô hình kết quả cũng thường không quá mạnh. Nói cách khác, việc sử dụng thực tế các bộ phận được in có thể khá hạn chế. Mặc dù vậy, loại máy in này là một lựa chọn tuyệt vời cho người mới bắt đầu vì nó thân thiện với thử nghiệm và khá dễ sử dụng.

Điều đó nói rằng, loại máy in này có thể là một trong những loại máy in giá cả phải chăng hơn cho các máy in có ngân sách. Một ống sợi tóc được chạy vào máy in và sau đó được đẩy qua một ống phun được làm nóng. Các vật liệu phổ biến nhất được sử dụng là PLA, ABS và PET, nhưng một số vật liệu khác cũng hoạt động, tùy thuộc vào vòi được sử dụng.

Đầu của máy in di chuyển dọc theo các trục định sẵn và phân phối từng lớp nhựa hóa lỏng. Khi một lớp hoàn tất, lớp tiếp theo được khởi chạy cho đến khi đối tượng hoàn tất. Một số cách sử dụng tốt nhất cho kỹ thuật này là đồ đạc và vỏ bọc, nhưng FFF và FDM cũng thích hợp cho tất cả các loại dự án in trang điểm nhỏ.

Các mẫu máy in bao gồm Snapmaker và Ultimaker, cũng như nhiều loại khác. Với mức độ phổ biến của loại máy in này hiện nay, có rất nhiều mẫu mã khác nhau ở mọi mức giá.

DLP

Xử lý ánh sáng kỹ thuật số hơi giống với in SLA. Nó in nhanh hơn và mở ra các lớp cùng một lúc thay vì thực hiện nó thành các phần chéo bằng cách sử dụng tia laser. SLA và DLP có các mục đích sử dụng tương tự nhau và là các mô hình dạng dịch truyền. Không giống như FFF, bề mặt nhẵn và do đó các dự án có thể tìm thấy các ứng dụng trong những thứ như ứng dụng nha khoa.

Mặt khác, bản in DLP hơi yếu. Chúng thường không hữu ích cho các bộ phận cơ khí hoặc bất cứ thứ gì yêu cầu độ ổn định cụ thể. Đối với sự khác biệt giữa SLA và DLP - nơi trước đây sử dụng tia laser để vẽ các hình tròn, DLP sử dụng màn hình để chiếu các voxels hình vuông có kích thước tối thiểu nhất định để tạo ra các hình dạng đang được in.

Máy in loại này bao gồm Micromake L2, SprintRay Moonray và Anycubic Photon S.

MJF

Máy in Multi Jet Fusion lắp ráp các bộ phận từ bột nylon. Thay vì laser (như trong in SLS), một cụm máy in phun được sử dụng để áp dụng nhiệt để làm tan chảy bột. Kết quả là các đặc tính cơ học ổn định hơn và có thể dự đoán được, cũng như kết quả bề mặt tốt hơn.

Thời gian chế tạo nhanh hơn mà kỹ thuật này mang lại cũng dẫn đến chi phí chế tạo tổng thể thấp hơn. Đầu in phun ra hàng trăm giọt photopolymer nhỏ được xử lý và đông đặc sau đó dưới ánh sáng UV. Khi một lớp được bảo dưỡng, lớp tiếp theo được áp dụng cho đến khi vật thể hoàn chỉnh.

Kỹ thuật này cần một vật liệu trợ giúp được đưa ra trong quá trình xử lý hậu kỳ. Mặc dù điều đó có thể gây ra một số khó khăn, nhưng MJF là một trong những kỹ thuật duy nhất cho phép máy in tạo ra nhiều đối tượng trong một dòng duy nhất mà không phải hy sinh bất kỳ tốc độ xây dựng nào. Nó cũng có thể sản xuất những thứ bằng cách sử dụng các vật liệu khác nhau và có tông màu đầy đủ. Điều này có nghĩa là khi được sắp xếp tối ưu, MJF có thể sản xuất hàng loạt các bộ phận nhỏ giống hệt nhau nhanh hơn đáng kể so với bất kỳ loại máy in nào khác. Máy in loại này bao gồm dòng HP Jet Fusion.

PolyJet

Máy in PolyJet tạo ra các bộ phận mượt mà và chính xác phù hợp với nhiều thứ khác nhau. Chúng cung cấp độ phân giải lớp cực nhỏ và có thể tạo ra cả các bức tường mỏng và các phần tử phức tạp vì chúng có thể làm việc với nhiều loại vật liệu nhất trong số bất kỳ máy in 3D nào (tất nhiên là miễn là chúng được trang bị đầu phun / giường phù hợp). Bản in PolyJet có thể được sử dụng để tạo đồ đạc, khuôn mẫu và các công cụ sản xuất khác nhau.

Có một loạt các mẫu máy in đặc biệt để sử dụng trong công việc nha khoa - cho phòng thí nghiệm nha khoa và in nha khoa. Các bản in nhanh và chất lượng cao từ công nghệ này làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho loại hình sử dụng y tế đó. Những máy in này hoạt động bằng cách sử dụng một số đầu phun - chúng lắng đọng một lớp vật liệu xây dựng bằng cách trượt dọc theo một trục. Mỗi đầu đóng góp số lượng khác nhau ở các điểm khác nhau để tạo ra bất kỳ hình dạng nào của lớp đó. Các thiết lập phổ biến nhất của các máy in này có đầu in kiểu máy in phun nhiều vòi.

Các vật liệu được phân phối được quét và làm cứng bởi một lớp UV trước khi máy in di chuyển theo - nền tảng giảm một lớp, và lớp tiếp theo được thêm vào. Nguyên liệu thô và sợi được lưu trữ không phải trên ống cuộn mà là trong hộp mực được nối với đầu phun, không giống như một máy in phun thông thường. Máy in loại này bao gồm dòng Connex 3, Objet30 và J5 DentaJet.

DMLS

Máy in DMLS có một ứng dụng chính - in những thứ làm từ kim loại. Sử dụng các chất phụ gia gốc kim loại, DMLS là máy tiêu chuẩn cho bất kỳ loại bản in 3D nào liên quan đến các sợi MF. Trong khi một số máy in khác cũng có khả năng xử lý vật liệu, máy in DMLS đặc biệt giỏi trong việc tạo ra các bộ phận đồng nhất với chất lượng tương tự như những thứ được đúc từ kim loại 'bình thường'.

DMLS là viết tắt của Direct Metal Laser Sintering, và đó chính xác là cách nó hoạt động - nó sử dụng tia laser công suất cao để làm tan chảy các lớp bột của hỗn hợp kim loại / nhựa trước khi làm cứng chúng lại để tạo ra dự án. Nó hoạt động tương tự như cách người ta có thể hàn hoặc hàn bằng tia laser rất tốt và chính xác, tuy nhiên nó nhanh hơn và chính xác hơn nhiều so với những gì bàn tay con người có thể mong đợi.

Những máy in này khá phức tạp để sử dụng và yêu cầu / sử dụng một số yếu tố khác thường (chẳng hạn như buồng xây dựng thường chứa đầy khí argon) và do đó thực sự không phù hợp cho người mới bắt đầu - đặc biệt là khi xem xét mức giá quá cao của chúng. Điều đó nói rằng, chúng có thể làm việc với các hợp kim và kim loại khác nhau, bao gồm thép, titan, niken, coban và đồng. Các mẫu máy in DMLS bao gồm EOS M 290 và FormUp 350.

EBM

Electron Beam Melting là một loại in nhiệt hạch dạng bột. Nó sử dụng một chùm tia điện tử thay vì tia laser thông thường để hợp nhất các hạt và xây dựng bộ phận. Nó tạo ra các cấu trúc cực kỳ ổn định và bền bỉ bằng cách nung chảy kim loại với kim loại. Hiện tại, công nghệ này chỉ được sử dụng và sản xuất bởi một công ty - GE Additive.

So với các máy in khác sử dụng tia laser làm nguồn nhiệt, máy in EBM sử dụng súng bắn điện tử để tách các điện tử từ dây tóc thép vonfram trong chân không. Sau đó, chúng được tăng tốc và chiếu lên bột kim loại được lắng đọng cho từng lớp.

Khi dự án được in, bột thừa được loại bỏ bằng súng thổi. Vì toàn bộ quá trình xảy ra trong môi trường chân không, các bộ phận và bột không bị ôxy hóa khi chúng đang được sử dụng - và khi in xong, có thể sử dụng trực tiếp một lượng bột chưa sử dụng. Điều này khác với hầu hết các kỹ thuật in khác và làm giảm đáng kể chi phí in, vì vật liệu có thể khá đắt, đặc biệt là khi nói đến sợi kim loại.

So với máy in chùm tia laze, máy in chùm tia điện tử có lợi thế về tốc độ, nhưng bị ảnh hưởng một chút về độ chính xác và kích thước bộ phận sản xuất tối đa. Vì chùm tia rộng hơn tia laser, một số điều có thể thực hiện được với tia laser không thể thực hiện được trong máy in EBM. Do số lượng mô hình máy in có sẵn hạn chế, cũng có giới hạn về kích thước bộ phận - khối lượng sản xuất của máy in laser có thể dễ dàng gấp đôi so với mô hình EBM tương đương.