Tìm hiểu về sự ra đời của công nghệ FDM
Năm 1980, S, Scott Crump phát triển công nghệ in 3D FDM. Năm 1989, phương pháp in 3D này được công ty Stratasys thương mại hóa. Đến năm 1992, chiếc máy in 3D đầu tiên có tên 3D Modeler ứng dụng công nghệ FDM đã được Stratasys bán ra thị trường.
Thời điểm đó, Stratasys đã sử dụng các loại vật liệu nhiệt dẻo như ABS, nylon,… cho công nghệ in FDM. Đồng thời, phía Stratasys cũng đăng ký bản quyền thành công và giữ thế độc quyền từ năm 1992.
Năm 2009, khi Stratasys hết hiệu lực bảo hộ bản quyền công nghệ in này, nhiều công khác đã đặt chân tham gia thị trường máy in 3D công nghệ FDM. Khi sự cạnh tranh diễn ra mạnh mẽ, giá thành của máy in FDM giảm xuống nhiều.
Đồng thời, công nghệ FDM được cải tiến và có tên gọi mới là Fused Filament Fabrication (FFF). Công nghệ FFF có ưu điểm là in hoàn hảo những nguyên mẫu với hiệu suất cao. Công nghệ in 3D FFF sử dụng kỹ thuật in nhựa dẻo, phù hợp sử dụng trong môi trường nhà máy sản xuất, cơ khí,…
Thời gian in 3D bằng công nghệ này phù hợp vào chất lượng máy in, kích thước và độ phức tạp của vật thể in. Theo đó, vật thể lớn hoặc phức tạp sẽ tốn nhiều thời gian hơn hẳn các vật thể có kích thước nhỏ, đơn giản.
Vậy tóm lại công nghệ in 3D FDM là gì? Dựa trên cách thức vận hành, các loại máy in 3D dùng công nghệ in FDM hoạt động theo nguyên tắc đùn các sợi nhựa nóng chảy ra. Máy in sau đó sẽ thực hiện việc in từng lớp và dần dần bồi đắp thành cấu trúc chi tiết theo dạng khối 3D.
Ngày nay, công nghệ FDM được sử dụng phổ biến vì có thể sử dụng đa dạng vật liệu in 3D khác nhau. Vì thế, giá thành rẻ và tính ứng dụng phong phú. Có nhiều dòng máy in 3D phổ biến trên thị trường, tiêu biểu là Creatbot, Flashforge, Reprap, Printerbot và Markforged.
Cấu tạo máy in 3D FDM
Máy in 3D công nghệ FDM có cấu tạo tương đối đơn giản, gồm các bộ phận sau:
- Máy tính và hệ thống phần mềm: Phần mềm đóng vai trò quyết định trong việc nhận thiết kế CAD định dạng STL. Bên cạnh đó, phần mềm này còn chia thiết kế thành các mặt cắt ngang.
- Cơ cấu điều khiển đầu đùn: Giúp di chuyển theo 2 hướng XY
- Đầu đùn: Điều khiển dựa trên tất cả file đã được định trước
- Sợi nhựa nhiệt dẻo hoặc sáp: Đùn qua một đầu in nhỏ đã được gia nhiệt.
- Cơ cấu cung cấp sợi nhựa
- Bàn in: kết cấu dễ dàng nâng lên hạ xuống hoặc có thể di chuyển theo trục Z
Nguyên lý hoạt động của máy in 3D công nghệ FDM
Công nghệ in 3D FDM tạo ra sản phẩm theo nguyên tắc bồi đắp từng lớp. Bằng việc ép đùn nhựa nhiệt dẻo nóng chảy qua vòi phun, máy in tạo nên sản phẩm đúng như mô hình mẫu. Máy in có thể dùng hai đầu phun khi dùng công nghệ in 3D FDM. Trong đó một đầu dùng cho vật liệu hỗ trợ, đầu còn lại dùng cho vật liệu sản phẩm.
Trong in ấn FDM, vật liệu sử dụng thường là dạng sợi với kích thước đường kính dao động từ 1.75mm – 3mm. Các vật liệu này được dẫn từ một cuộn đi đến đầu đùn, kế tiếp được làm nóng. Vật liệu tiếp tục được đẩy qua một vòi in và tiến hành in từng sợi. Cuối cùng là bước bồi đắp dần để tạo nên chi tiết và hoàn thành.
Khi sử dụng công nghệ in 3D FDM, vật liệu được nung nóng chảy sẽ dần dần được đẩy ra. Song song đó, đầu đùn di chuyển theo biên dạng 2D. Độ rộng đường in thường có thể linh hoạt thay đổi trong mức 0,193 – 0,965 mm. Đồng thời, độ rộng này cũng được xác định bằng kích thước miện đầu in.
Lưu ý, trước khi tiến hành in, cần phải phân tích và đánh giá kỹ mô hình mẫu để chọn đầu in phù hợp. Nguyên nhân là vì bạn không thể đổi đầu in trong quá trình in.
Chỉ 1/10 giây sau khi được đùn ra, lớp vật liệu nóng chảy sẽ nhanh chóng nguội và rắn lại. Máy in sẽ tiếp tục di chuyển qua một lớp mỏng khác khoảng 0,178 – 0,356 mm sau khi phủ xong một lớp lên mặt phẳng. Quá trình này lặp đi lặp lại đến khi hoàn thành sản phẩm một các liên tục. Lưu ý, để in được các lỗ hổng, các góc nhô hoặc in được trên không khí, công nghệ FDM cần có vật liệu hỗ trợ.
Công nghệ in 3D FDM có thể sử dụng nhiều loại vật liệu nhiệt dẻo khác nhau để tạo mẫu. Với mỗi loại, người dùng có thể linh hoạt chọn màu sắc khác nhau đáp ứng yêu cầu sử dụng. Với ưu điểm tạo ra sản phẩm có cơ tính tốt và tạo mẫu nhanh chóng, công nghệ FDM ngày càng phát triển nhanh chóng.
Tính ứng dụng của máy in 3D FDM
- Công nghệ in 3D FDM được dùng nhiều để tạo ra mô hình mẫu, các mẫu hoặc mẫu kiểm tra chức năng một cách nhanh chóng
- Chế tạo ra những bộ phận có chi tiết và hình dáng nhỏ, phức tạp
- Ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như công nghiệp sản xuất, kiến trúc, thiết kế, giáo dục, y tế, hàng không vũ trụ,…
Ưu và nhược điểm của máy in 3D công nghệ FDM
Ưu điểm
Ngày nay, công nghệ in 3D FDM có giá thành rẻ, dễ thay thế và sửa chữa nên rất được ưa chuộng. Bên cạnh đó, công nghệ này có tốc độ tạo hình 3D nhanh, dễ dàng in được số lượng lớn, tốn ít nguyên liệu. Công nghệ FDM còn được dùng để in những sản phẩm có khả năng chịu lực tốt.
giá thành rẻ, dễ thay thế và sửa chữa nên rất được ưa chuộng
Khác với những công nghệ in 3D SLS hay SLA, công nghệ FDM tạo mẫu nhanh và có chế độ bảo trì, bảo dưỡng đơn giản. Bên cạnh đó, công nghệ này ít tạo ra tiếng ồn khi hoạt động. Ở khía cạnh môi trường, FDM dùng nhựa nhiệt dẻo không độc, không mùi, góp phần bảo vệ không khí.
Nhược điểm
- Độ chính xác của công nghệ in 3D FDM không cao, ít được dùng trong lắp ráp
- Khả năng chịu lực không được đồng nhất
- Bề mặt in của các chi tiết không mịn đẹp
Công nghệ in 3d nào phù hợp cho ứng dụng cụ thể của bạn?
So sánh công nghệ in 3D FDM, SLA và SLS
| Công nghệ | FDM | SLA | SLS |
| Nguyên lý | Nung chảy và đùn sợi nhựa nhiệt dẻo theo nguyên tắc bồi đắp lớp chồng lớp. | Dùng tia laser để xử lý những vật liệu nhựa lỏng thành vật liệu nhựa cứng. | Dùng tia laser công suất cao hợp nhất các hạt bột polymer nhỏ. |
| Vật liệu in | ABS, PLA, TPU và các loại sợi nhựa khác | Nhựa in 3D Resin | Nylon – loại nhựa nhiệt kỹ thuật có tính cơ nước và bụi bẩn |
| Bề mặt | Các đường lớp như “ruộng bậc thang”, dễ nhìn thấy bằng mắt thường | Bề mặt mịn, cạnh sắc nét, các đường lớp chỉ thấy tối thiểu | Bề mặt sản phẩm sần sùi |
| Ứng dụng | Phục vụ việc kiểm tra ngoại quan, tạo tạo mẫu nhanh | Ứng dụng trong việc tạo ra nguyên mẫu có độ chi tiết cao | In 3d hình học phức tạp, sử dụng để tạo mẫu chức năng |
| Ưu điểm | Chi phí thấp cho các sản phẩm đơn giản | Sản phẩm in có độ chính xác rất cao | Chi phí thấp, năng suất cao |
Ngày nay, công nghệ in 3D FDM được ứng dụng vào nhiều ngành nghề khác nhau, phục vụ sự phát triển của mọi mặt đời sống, xã hội. Nếu có nhu cầu in 3D bằng công nghệ này, quý khách có thể tham khảo dịch vụ tại Savina Group. Với hệ thống máy móc hiện đại và đội ngũ chuyên viên chuyên nghiệp, Savina Group cam kết mang đến dịch vụ chất lượng với giá thành tối ưu nhất.
