Công nghệ in 3D và xu hướng phát triển của nó
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ in 3D trong thiết kế sản phẩm công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạo mô hình sản phẩm kỹ thuật số đang trở thành xu hướng và là chủ đề nóng. Sự trưởng thành và ứng dụng dần dần của thiết bị in 3D trên máy tính để bàn đã bắt đầu thúc đẩy sự trỗi dậy của thị trường in 3D toàn cầu. Một báo cáo nghiên cứu của Global Industry Analysis Inc dự đoán rằng thị trường in 3D toàn cầu sẽ đạt 2,99 tỷ USD vào năm 2018.
I. Công nghệ in 3D và máy in 3D
Công nghệ in 3D và in 3D là hai khái niệm hoàn toàn khác nhau. In 3D là tách hình ảnh thành hai hình ảnh màu đỏ và xanh lam ở các góc khác nhau, sau đó in đè hai hình ảnh với nhau theo khoảng cách thị sai được chỉ định và xem chúng bằng kính đặc biệt để tạo hiệu ứng hình ảnh 3D, hoặc sau khi các hình ảnh được được xử lý đặc biệt, Công nghệ in in trực tiếp trên tấm thấu kính đặc biệt để tạo hiệu ứng hình ảnh 3D. Công nghệ in 3D đề cập đến việc sử dụng công nghệ in phun ba chiều, thông qua sự kết hợp của quá trình xử lý lớp và hình thành chồng chất, để tăng từng lớp vật liệu để tạo ra một thực thể 3D, để đạt được đối tượng thực 3D giống như các mô hình 3D khác công nghệ sản xuất như laser tạo hình. công nghệ sản xuất kỹ thuật số.
1. Máy in 3D dựa trên công nghệ in 3D
Máy in 3D dựa trên công nghệ in 3D trước tiên sẽ gửi một lượng bột nguyên liệu nhất định từ thùng chứa, bột được con lăn đẩy thành một lớp mỏng trên nền xử lý, sau đó đầu in phun một chất kết dính đặc biệt vào khu vực được hình thành. Lúc này, bột gặp chất kết dính sẽ nhanh chóng đông đặc và kết dính, còn bột không gặp chất kết dính thì vẫn lỏng. Sau khi mỗi lớp được phun, nền xử lý sẽ tự động giảm xuống một chút, và nó sẽ tiếp tục luân chuyển theo kết quả cắt lát của máy tính cho đến khi hoàn thành đối tượng thực. Sau khi hoàn thành, bạn chỉ cần quét đi lớp bột rời bên ngoài để có được vật thể ba chiều như mong muốn.
2. Máy in 3D dựa trên công nghệ sản xuất lắng đọng hợp nhất
Nguyên lý hoạt động của máy in 3D dựa trên công nghệ sản xuất lắng đọng hợp nhất là nhập dữ liệu vật lý do CAD tạo ra vào phần mềm điều khiển của máy in 3D, sau đó xử lý nó để tạo ra đường di chuyển của vật liệu hỗ trợ và vòi phun nhiệt. Sau đó, dưới sự điều khiển của máy tính, đầu phun nhiệt sẽ di chuyển trên mặt phẳng in theo thông tin mặt cắt ngang của vật thể. Đồng thời, vật liệu dạng sợi nhựa nhiệt dẻo sẽ được cơ cấu cung cấp dây tóc đưa đến vòi phun nhiệt, và được đốt nóng và nấu chảy thành trạng thái bán lỏng trong vòi phun và sau đó được ép đùn. ra ngoài và phun trên nền tảng làm việc tương ứng. Sau khi vật liệu nhựa nhiệt dẻo được phun được làm nguội nhanh chóng, một tấm đường viền có độ dày khoảng 0,1 mm được hình thành trên nền tảng, tạo thành một phần được in 3D. Quá trình hoạt động này liên tục theo chu kỳ, và chiều cao của bàn vận chuyển liên tục được giảm xuống, và các lớp của phần in 3D phủ tạo thành một chồng nhiều lớp, và cuối cùng là các vật thể ba chiều được yêu cầu.
II. Yêu cầu ứng dụng của công nghệ in 3D
Hiện tại, công nghệ in 3D hỗ trợ nhiều loại vật liệu và có thể được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như đồ trang sức, giày dép, thiết kế công nghiệp, kiến trúc, ô tô, hàng không vũ trụ, nha khoa, y tế và thậm chí cả thực phẩm. Vật liệu được sử dụng là nhựa, nylon, thạch cao, ABS, polycarbonate (PC) hoặc các thành phần thực phẩm, tùy thuộc vào nhu cầu của mục tiêu ứng dụng. Công nghệ tạo mẫu nhanh của máy in 3D khiến nó trở nên độc nhất trên thị trường và có tiềm năng lớn trong ứng dụng sản xuất. Các ứng dụng hot được tóm tắt như sau.
1. Ứng dụng công nghiệp
Các"Xe đạp trên không"là chiếc xe đạp in đầu tiên trên thế giới do Công ty Hàng không và Phòng thủ Hàng không Châu Âu ở Bristol, Vương quốc Anh sản xuất, sử dụng máy in 3D và công nghệ in 3D. Chiếc xe đạp sử dụng nylon, bền như thép và nhôm, và nhẹ hơn 65% so với kim loại. Điều thú vị hơn là"xe đạp không khí", cho dù đó là bánh xe, dây xích hay ổ trục, được in cùng một lúc, không có quy trình lắp ráp ban đầu là sản xuất các bộ phận và sau đó lắp ráp các bộ phận lại với nhau. Sau khi in xong, xe đạp có thể di chuyển tự do. Quá trình sản xuất một chiếc xe đạp đơn giản như in các đường không liên tục trong một bản in phẳng, một máy in 3D có khả năng in các vật thể tách rời nhau về mặt không gian.
2. Ứng dụng y tế
Trong y học, sự kết hợp của polyme hai photon và vật liệu chức năng sinh học được biến đổi thành mao mạch bằng cách in 3D, không chỉ có độ đàn hồi tốt và tương thích với con người, mà còn có thể được sử dụng để thay thế các mạch máu hoại tử, kết hợp với các cơ quan nhân tạo và thay thế một phần thuốc Động vật thí nghiệm đang phát triển. Tại BiotechnicalFair ở Đức vào tháng 10 năm 2011, các mao mạch nhân tạo được in bằng máy in 3D đã thu hút sự chú ý của những người tham gia. Các mao mạch nhân tạo này đã được ứng dụng trong y học lâm sàng.
3. Ứng dụng cuộc sống hàng ngày
"Máy in thực phẩm 3D"là một thiết bị sản xuất thực phẩm được phát triển bởi Đại học Cornell ở New York. Cái này"Máy in thực phẩm 3D"sử dụng nguyên lý hoạt động tương tự như nguyên lý hoạt động của máy in vi tính hàng ngày. Các nguyên liệu và thành phần được cho vào hộp đựng (cartridge) từ trước. Chỉ cần nhập công thức cần thiết, và món ăn có thể được"đã in"thông qua phần mềm CAD hỗ trợ."đi ra ngoài. Đối với nhiều đầu bếp, dụng cụ nấu ăn mới này có nghĩa là họ có thể tạo ra các món ăn mới, tạo ra các món ăn cá nhân hóa hơn và thu được giá trị gia tăng cao hơn của thực phẩm. Sử dụng một"Máy in thực phẩm 3D"để làm cho thực phẩm có thể làm giảm đáng kể liên kết từ nguyên liệu thô đến thành phẩm, do đó tránh được các tác động xấu như ô nhiễm và bảo quản trong chế biến, vận chuyển và đóng gói thực phẩm. Vì các nguyên liệu và nguyên liệu để nấu ăn phải được đặt trong hộp đựng của máy in, nguyên liệu thực phẩm phải ở trạng thái lỏng hoặc trạng thái khác có thể"đã in".
4. Ứng dụng CNTT
Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu của Disney đã sử dụng công nghệ in 3D để in màn hình LCD và nhiều loại cảm biến trên một loại nhựa có độ trong suốt cao với hiệu ứng tương tự như plexiglass với chi phí thấp, đạt được bước đột phá mới trong ứng dụng CNTT. Sử dụng các ống ánh sáng in 3D, các quân cờ công nghệ cao có thể được tạo ra để phát hiện và hiển thị vị trí hiện tại của chúng.
Mặc dù màn hình đơn sắc này không đáng kể so với màn hình nhiều màu sắc thường thấy trong cuộc sống hàng ngày, nhưng nó có ưu điểm là giá thành rẻ và quy trình sản xuất đơn giản của công nghệ in 3D. Ngoài màn hình, nhiều loại cảm biến có thể được in bằng công nghệ in 3D. Các cảm biến này có thể phát hiện cảm ứng, rung động và các kích thích khác thông qua ánh sáng hồng ngoại và đưa ra kết quả. Công nghệ in 3D chắc chắn sẽ tạo ra nhiều ứng dụng CNTT cho cuộc sống thông minh và thành phố thông minh.
III. Xu hướng phát triển của công nghệ in 3D
Trong những năm gần đây, công nghệ in 3D đã tiếp tục phát triển và việc giảm đáng kể chi phí đã đưa nó vào thị trường chính thống từ không gian thích hợp của nghiên cứu và phát triển. Việc ứng dụng các mô hình, quà tặng, quà lưu niệm và thậm chí cả hàng thủ công mỹ nghệ bằng phương pháp in 3D đã thu hút được sự quan tâm và đầu tư của xã hội. Tốc độ phát triển ngày càng nhanh, thị trường bắt đầu có bước nhảy vọt về số lượng và chất lượng. Dự đoán, sản phẩm in 3D thành phẩm sẽ chiếm 50% tổng sản lượng sản phẩm vào năm 2020.
Vào tháng 12 năm 2012, Thứ trưởng Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin Tô Bồi đã tuyên bố công khai rằng ông sẽ thúc đẩy công nghiệp hóa in 3D, xây dựng lộ trình và chiến lược phát triển trung và dài hạn, đồng thời tăng cường hướng dẫn các chính sách tài khóa và thuế. Theo"Tin tức chứng khoán Thượng Hải"báo cáo, kế hoạch chiến lược liên quan đến in 3D hiện tại đang được nghiên cứu và xây dựng, dự kiến sẽ được công bố sau hai phiên họp. Đồng thời, chính quyền địa phương đã vào cuộc sớm. Khu công nghiệp in 3D đầu tiên của đất nước tôi sẽ được đặt tại Khu công nghệ cao Hồ Đông Vũ Hán. Hiện tại, Ủy ban Cải cách và Phát triển thành phố Vũ Hán và các ban ngành khác đang tiến hành điều tra kỹ lưỡng về ngành công nghiệp in 3D, đồng thời lên kế hoạch chuẩn bị kế hoạch và cung cấp hỗ trợ cũng như canh tác. Dongguan cũng đã viết sự phát triển của in 3D vào báo cáo công việc của chính quyền địa phương năm nay. Shi Yusheng, giám đốc Trung tâm Sản xuất Nhanh của Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung, người nghiên cứu và phát triển công nghệ in 3D sớm nhất ở Trung Quốc,"in"khuy ao. . Hiện một số công ty đúc đã bắt đầu phát triển máy in 3D thiêu kết laser chọn lọc và các ứng dụng của chúng, cố gắng rút ngắn thời gian đúc phức tạp từ 3 tháng xuống còn 10 ngày. Nhà sản xuất động cơ đã rút ngắn chu kỳ phát triển lõi cát cho đầu xi-lanh của động cơ diesel sáu xi-lanh cỡ lớn từ năm tháng qua xuống còn một tuần thông qua công nghệ in 3D. Shi Yusheng nói:"Ưu điểm lớn nhất của công nghệ in 3D là có thể mở rộng trí tưởng tượng của người thiết kế. Miễn là mọi thứ có thể được thiết kế thành đồ họa ba chiều trên máy tính, cho dù đó là quần áo với các hình dạng khác nhau, đồ thủ công mỹ nghệ tinh xảo, hay ô tô được cá nhân hóa, miễn là sau khi giải quyết được vấn đề vật liệu thì có thể đạt được in 3D ”.
Với sự đột phá không ngừng của công nghệ in 3D, cải tiến vật liệu mới, cải tiến liên tục tốc độ và kích thước của in 3D, liên tục tối ưu hóa công nghệ, không ngừng mở rộng các lĩnh vực ứng dụng, đặc biệt là tiềm năng trong lĩnh vực nghệ thuật đồ họa , mô hình khái niệm ba chiều Để truyền tải tốt hơn ý tưởng hoặc giải pháp của người sáng tạo, một bức tranh có thể tốt hơn một mô tả hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn từ. Các chuyên gia tin tưởng chắc chắn rằng in 3D được cá nhân hóa hoặc tùy chỉnh có thể đưa mô hình 3D tưởng tượng ra trước mắt bạn ngay lập tức, có thể nhanh chóng cải tiến sản phẩm, tốc độ tăng trưởng sẽ vượt quá sức tưởng tượng và nó sẽ thay đổi tương lai của các ứng dụng khác nhau trong xã hội.
Công nghệ in 3D sẽ loại bỏ các dây chuyền sản xuất truyền thống, rút ngắn chu kỳ sản xuất, giảm đáng kể chất thải sản xuất và giảm lượng nguyên liệu thô cần thiết xuống một phần nhỏ so với ban đầu. In 3D sẽ không chỉ tiết kiệm chi phí và cải thiện độ chính xác của sản xuất, mà còn bù đắp những thiếu sót của sản xuất truyền thống và sẽ nhanh chóng vươn lên trong thị trường dân dụng, do đó mở ra một kỷ nguyên sản xuất mới và mang lại những cơ hội và hy vọng mới cho ngành in .
