In 3D: những gì bạn cần biết

Chúng không phải là máy in bánh xe của ông ngoại hay ma trận điểm của mẹ bạn. Trên thực tế, chúng có chút giống với máy in tài liệu hoặc ảnh ngày nay, chỉ có thể in hai chiều cũ nhàm chán. Như tên gọi của chúng, máy in 3D có thể xây dựng các vật thể ba chiều, từ nhiều loại vật liệu. Chúng sẽ trở thành xu hướng, xuất hiện tại các nhà bán lẻ như Staples, Best Buy và Home Depot và bạn có thể mua nhiều máy in 3D và nguồn cung cấp của chúng trên Amazon.com và thông qua các cửa hàng trực tuyến khác. Mặc dù chủ yếu vẫn được tìm thấy trên các cửa hàng hoặc trong các xưởng thiết kế, trong trường học và trung tâm cộng đồng và trong tay những người có sở thích, máy in 3D đang ngày càng được tìm thấy trên bàn làm việc, trong phòng nghỉ và nhà bếp và có lẽ trong một ngôi nhà gần bạn, nếu không phải của riêng bạn.

In 3D là gì?

Về cơ bản nhất, in 3D là một quy trình sản xuất trong đó vật liệu được đặt xuống, từng lớp để tạo thành một vật thể ba chiều. (Đây được coi là một quy trình phụ gia vì vật thể được chế tạo từ đầu, trái ngược với các quy trình trừ trong đó vật liệu được cắt, khoan, xay hoặc gia công.) Mặc dù máy in 3D sử dụng nhiều loại vật liệu (như nhựa hoặc kim loại) và các kỹ thuật (xem phần "In 3D hoạt động như thế nào?" bên dưới), họ chia sẻ khả năng biến các tệp kỹ thuật số chứa dữ liệu ba chiều cho dù được tạo trên thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) hoặc chương trình sản xuất hỗ trợ máy tính (CAM), hoặc từ máy quét 3D 3D vào các vật thể.

Là in 3D ngay cả in ấn?

Có, in 3D có thể được coi là in, mặc dù không được xác định theo truyền thống. Các định nghĩa của Webster có liên quan về "in" trung tâm về sản xuất vật chất in, ấn phẩm hoặc ảnh và sản xuất bằng phương tiện ấn tượng (áp dụng áp lực). Không có định nghĩa thực sự phù hợp với in 3D. Nhưng từ góc độ công nghệ, in 3D là sự phát triển vượt bậc của in ấn truyền thống, trong đó một lớp vật liệu (thường là mực in) được áp dụng. Thông thường, nó mỏng đến mức không có chiều cao đáng chú ý (mặc dù với máy in mực cứng, nó có phần dày hơn). Những gì in 3D làm được là mở rộng đáng kể chiều cao đó thông qua việc áp dụng nhiều lớp. Vì vậy, sẽ rất hợp lý khi mở rộng định nghĩa về in ấn để bao gồm việc chế tạo các vật thể ba chiều theo cách này.

In 3D hoạt động như thế nào?

Giống như máy in truyền thống, máy in 3D sử dụng nhiều công nghệ. Phổ biến nhất được biết đến là mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM), còn được gọi là chế tạo dây tóc hợp nhất (FFF). Trong đó, một sợi filam bao gồm acrylonitrile butadiene styrene (ABS), axit polylactic (PLA) hoặc một loại nhựa nhiệt dẻo khác được nấu chảy và lắng đọng qua một vòi phun nóng trong các lớp. Máy in 3D đầu tiên được tung ra thị trường, được sản xuất vào giữa những năm 1990 bởi Stratasys với sự trợ giúp của IBM, đã sử dụng FDM (thuật ngữ được thương hiệu bởi Stratasys), cũng như hầu hết các máy in 3D hướng đến người tiêu dùng, người có sở thích và trường học.

Một công nghệ khác được sử dụng trong in 3D là lập thể. Trong đó, một tia cực tím được chiếu vào một thùng chứa photopolyme nhạy cảm với tia cực tím, truy tìm vật thể được tạo ra trên bề mặt của nó. Polyme hóa cứng bất cứ nơi nào chùm tia chạm vào nó và chùm tia "in" lớp đối tượng theo từng lớp theo hướng dẫn trong tệp CAD hoặc CAM mà nó hoạt động.

Trong một biến thể về điều đó, bạn cũng có in 3D máy chiếu ánh sáng kỹ thuật số (DLP). Phương pháp này cho thấy một polymer lỏng với ánh sáng từ máy chiếu xử lý ánh sáng kỹ thuật số. Điều này làm cứng lớp polymer theo từng lớp cho đến khi vật thể được chế tạo và polymer lỏng còn lại bị chảy ra.

Mô hình đa phản lực là một hệ thống in 3D giống như máy in phun, phun một chất kết dính giống như keo màu lên các lớp bột liên tiếp nơi tạo ra vật thể. Đây là một trong những phương pháp nhanh nhất và là một trong số ít phương pháp hỗ trợ in nhiều màu.

Có thể sửa đổi một máy in phun tiêu chuẩn để in bằng các vật liệu không phải là mực. Những người tự làm táo bạo đã xây dựng hoặc sửa đổi các đầu in, nói chung là các đầu áp điện, để làm việc với các vật liệu khác nhau trong một số trường hợp tự in ra các đầu in trên các máy in 3D khác! Các công ty như MicroFab Technologies bán đầu in có khả năng 3D (cũng như hệ thống in hoàn chỉnh).

Thiêu kết laser chọn lọc (SLS) sử dụng tia laser công suất cao để hợp nhất các hạt nhựa, kim loại, gốm hoặc thủy tinh. Khi kết thúc công việc, vật liệu còn lại được tái chế. Sự nóng chảy chùm tia điện tử (EBM) sử dụng, bạn đoán nó là một tia điện tử để làm nóng chảy bột kim loại, từng lớp một. Titanium thường được sử dụng với EBM để tổng hợp cấy ghép y tế, cũng như các bộ phận máy bay.

Tùy thuộc vào kỹ thuật, máy in 3D có thể sử dụng nhiều loại vật liệu, bao gồm nhưng không giới hạn ở các kim loại (thép không gỉ, hàn, nhôm và titan trong số chúng); nhựa và polyme (bao gồm vật liệu tổng hợp kết hợp nhựa với kim loại, gỗ và các vật liệu khác); gốm sứ; thạch cao; Thủy tinh; và thậm chí cả thực phẩm như phô mai, kem và sô cô la! (Xem phần mồi của chúng tôi về các loại dây tóc máy in 3D.)

Ai phát minh ra in 3D?

Máy in 3D đầu tiên, sử dụng kỹ thuật lập thể, được Charles W. Hull tạo ra vào giữa những năm 1980. Stereolithography phần lớn là một kỹ thuật thương mại đắt tiền, với các máy móc thường có giá từ 100.000 đô la trở lên.

Năm 1986, Hull thành lập 3D Systems, một công ty ngày nay bán máy in 3D sử dụng nhiều công nghệ khác nhau. Chúng bao gồm từ bộ dụng cụ nhập cảnh đến các hệ thống thương mại tiên tiến và Hệ thống 3D cũng cung cấp các dịch vụ phụ tùng theo yêu cầu, chủ yếu cho người dùng doanh nghiệp.

Lợi ích của in 3D là gì?

Với in 3D, các nhà thiết kế có khả năng nhanh chóng biến các khái niệm thành mô hình hoặc nguyên mẫu 3D (còn gọi là "tạo mẫu nhanh") và thực hiện các thay đổi thiết kế nhanh chóng. Nó cho phép các nhà sản xuất sản xuất sản phẩm theo yêu cầu thay vì chạy lớn, cải thiện quản lý hàng tồn kho và giảm không gian kho. Mọi người ở các địa điểm xa có thể chế tạo các vật thể mà không thể tiếp cận được với họ.

Từ quan điểm thực tế, in 3D có thể tiết kiệm tiền và vật liệu so với các kỹ thuật trừ, vì rất ít nguyên liệu thô bị lãng phí. Và nó hứa hẹn sẽ thay đổi bản chất của sản xuất, cuối cùng cho phép người tiêu dùng tải xuống các tệp để in ngay cả các vật thể 3D phức tạp, bao gồm, ví dụ, các thiết bị điện tử, trong nhà của họ.

Máy in 3D có thể làm gì?

Các nhà thiết kế sử dụng máy in 3D để nhanh chóng tạo ra các mô hình sản phẩm và nguyên mẫu, nhưng chúng ngày càng được sử dụng để tạo ra các sản phẩm cuối cùng. Trong số các mặt hàng được làm bằng máy in 3D là thiết kế giày, đồ nội thất, đúc sáp để làm đồ trang sức, dụng cụ, giá ba chân, quà tặng và đồ mới lạ, và đồ chơi. Các ngành công nghiệp ô tô và hàng không sử dụng máy in 3D để chế tạo các bộ phận. Các nghệ sĩ có thể tạo ra các tác phẩm điêu khắc, và các kiến ​​trúc sư có thể chế tạo các mô hình của các dự án của họ. Các nhà khảo cổ đang sử dụng máy in 3D để tái tạo lại các mô hình của các cổ vật mỏng manh, bao gồm một số cổ vật mà trong những năm gần đây đã bị ISIS phá hủy. Tương tự như vậy, các nhà cổ sinh vật học và sinh viên của họ có thể nhân đôi bộ xương khủng long và các hóa thạch khác. Kiểm tra bộ sưu tập của chúng tôi về các đối tượng máy in 3D đơn giản và thực tế.

Bác sĩ và kỹ thuật viên y tế có thể sử dụng in 3D để chế tạo chân tay giả, máy trợ thính, răng nhân tạo và ghép xương, cũng như sao chép mô hình các cơ quan, khối u và các cấu trúc cơ thể bên trong khác từ CT scan để chuẩn bị cho phẫu thuật. Một ví dụ điển hình là Project Daniel, nơi in tay và tay giả cho các nạn nhân của bạo lực ở Sudan. Ngoài ra, máy in 3D đang được phát triển có thể đặt các lớp tế bào để tạo ra các cơ quan nhân tạo (như thận và mạch máu) đã ở giai đoạn R & D. Thậm chí còn có một nơi để in 3D trong pháp y, ví dụ để sao chép một viên đạn được đặt bên trong một nạn nhân.

In điện tử là một tập hợp các phương pháp in cho phép các thiết bị điện tử hoặc mạch điện được in trên vật liệu linh hoạt như nhãn, vải và bìa cứng, bằng cách sử dụng mực điện tử hoặc quang. Nó cung cấp chế tạo chi phí rất thấp của các thiết bị hiệu suất thấp. Thiết bị điện tử in đang bắt đầu được kết hợp với in 3D, cho phép in các mạch hoặc thiết bị phân lớp. Một kết quả tự nhiên của kết hợp mạnh mẽ này là một ngày nào đó bạn có thể in ra các tiện ích từ các kế hoạch 3D thay vì mua chúng.

Chuẩn bị thực phẩm là một cách khác có thể sử dụng máy in 3D. Viện ẩm thực Pháp đã sử dụng máy in 3D nguồn mở được phát triển tại Đại học Cornell để chuẩn bị các món ngon nghệ thuật và MIT đã tạo ra một máy in thực phẩm 3D có tên là Cornucopia. Một số ít nhà hàng đang thử nghiệm các nguyên mẫu máy in thực phẩm. Nghiên cứu in 3D của NASA đã bao gồm in thực phẩm, chẳng hạn như pizza in 3D.

Một số ít máy in 3D thực phẩm đã trở nên có sẵn trên thị trường. Họ có xu hướng tập trung vào các mặt hàng thực phẩm cụ thể, như sô cô la, hoặc bánh kếp, hoặc bánh quy.

Dịch vụ in 3D là gì?

Bạn không cần phải sở hữu một máy in 3D để hưởng lợi từ một. Nhiều dịch vụ in 3D, như Shapeways và Sculpteo, in quà tặng và các mặt hàng nhỏ khác theo đơn đặt hàng trên máy in 3D của riêng họ, sau đó gửi chúng cho khách hàng. Khách hàng có thể gửi tệp đối tượng 3D của riêng mình hoặc chọn các mục, hầu hết chúng được thiết kế bởi người dùng dịch vụ khác, từ một danh mục trực tuyến.

Nhưng dịch vụ in 3D không còn chỉ là lĩnh vực của các chuyên gia. Các công ty lớn như Staples và UPS đã giới thiệu dịch vụ in 3D và một số cửa hàng in truyền thống đã thêm in 3D vào tiết mục của họ.

Tôi có thể lấy máy in 3D ở đâu?

Hầu hết các nhà sản xuất máy in 3D bán sản phẩm của họ trực tiếp. Nhiều thợ may điện tử hiện đang lưu trữ chúng, bao gồm các công ty chỉ trực tuyến như Amazon.com và các công ty khác cũng có các cửa hàng chính thống. Một số thứ hai, chẳng hạn như Walmart, Best Buy và Staples, cung cấp chúng trong các cửa hàng cũng như trực tuyến, nhưng hãy chắc chắn kiểm tra tính sẵn có của cửa hàng trên trang web của họ vì không phải tất cả các cửa hàng đều mang chúng. Một số cửa hàng máy in 3D đã được mở tại các thành phố lớn. Chẳng hạn, iMakr có mặt tiền cửa hàng ở London và thành phố New York.

Một vài nhà bán lẻ trực tuyến chuyên về máy in 3D, chẳng hạn như Dynamicism, bán một loạt máy in 3D từ các thương hiệu khác nhau và cũng cung cấp hỗ trợ khách hàng.

Tôi cần phần mềm gì để in 3D?

Gần như tất cả các máy in 3D chấp nhận các tệp ở định dạng STL (được đặt tên cho ảnh lập thể). Các loại tệp này có thể được sản xuất bởi hầu hết mọi phần mềm CAD, từ các gói thương mại đắt tiền như AutoCAD đến các sản phẩm miễn phí hoặc nguồn mở như Google SketchUp và Blender. Đối với những người không có xu hướng tạo các tệp 3D của riêng họ, cơ sở dữ liệu đối tượng 3D như Thingiverse của MakerBot cung cấp nhiều tệp đối tượng 3D có thể được tải xuống và in ra.

Hầu hết các máy in 3D đều đi kèm với bộ phần mềm, được cung cấp trên đĩa hoặc có sẵn để tải xuống, bao gồm mọi thứ bạn cần để in. Các bộ thường cung cấp một chương trình để điều khiển máy in và máy cắt, để chuẩn bị cho việc in, định dạng tệp đối tượng thành các lớp dựa trên độ phân giải đã chọn và các yếu tố khác. Một số bộ phần mềm bao gồm một chương trình "chữa lành" tệp đối tượng bằng cách sửa các vấn đề có thể ảnh hưởng đến việc in trơn tru. Các chương trình ra đời từ phong trào nguồn mở RepRap, trong đó phát triển in 3D theo sở thích. Với một số máy in, bạn có thể chọn các chương trình thành phần riêng lẻ để tải xuống thay vì đi với bất kỳ thứ gì được cung cấp trong bộ.

Tương lai giữ gì cho in 3D?

Một loạt các máy in 3D cho gia đình và doanh nghiệp nhỏ có sẵn, PC PCMag đã xem xét khá nhiều trong số đó, nhưng chúng vẫn thường được xem là những tác phẩm kỳ lạ và khá đắt tiền. Hy vọng rằng điều đó sẽ thay đổi trong vài năm tới, khi máy in 3D sẽ trở nên phổ biến hơn trong các ngôi nhà, được tìm thấy trên bàn làm việc, trong studio, văn phòng tại nhà và thậm chí là trong nhà bếp. Bạn có thể không tìm thấy chúng trong mọi gia đình, nhưng chúng sẽ trở nên không thể thiếu đối với những người có chúng. Đối với hầu hết các phần, các mặt hàng được làm bằng máy in 3D có nội thất đồng nhất, nhưng chúng ta sẽ bắt đầu thấy những sáng tạo phức tạp hơn kết hợp nhiều vật liệu và vật liệu tổng hợp, cũng như thiết bị điện tử có thể in được. Với máy in 3D ngày nay, nếu bạn mất nắp pin của TV, bạn có thể in nắp thay thế. Với ngày mai, nếu bạn mất điều khiển từ xa, bạn sẽ có thể in một điều khiển từ xa mới.

Ngoài ra, in 3D đang có chỗ đứng ngoài không gian. NASA đang thử nghiệm máy in 3D trên tàu vũ trụ quốc tế. Cuối cùng, máy in 3D có thể được sử dụng để tạo môi trường sống trên Sao Hỏa và các thế giới khác. Để cứu các phi hành gia Apollo 13 khỏi chết vì ngạt khí carbon monoxide, NASA đã phải thực hiện một cách để lắp một cái chốt vuông vào một lỗ tròn. Đã có một máy in 3D trên tàu, họ có thể dễ dàng giải quyết vấn đề bằng cách thiết kế và in một đầu nối.

Các phi hành gia không thể di chuyển bằng Home Depot nếu họ cần thay van hoặc vật dụng, nhưng máy in 3D có thể chế tạo một cái khi cần thiết. Tương tự như vậy, chúng ta sẽ thấy máy in 3D ở các căn cứ ở Nam Cực và các địa điểm xa xôi khác trên Trái đất, nơi mọi người không thể chờ sáu tháng để tiếp tế tiếp theo thay thế các bộ phận hoặc công cụ thiết yếu.

Các ứng dụng y tế của in 3D không dừng lại với chân giả, máy trợ thính và mão răng. (Xem phần "Máy in 3D có thể làm gì?" Ở trên để xem trước những gì trong công trình.) Các bộ phận thay thế không cần phải bị hạn chế đối với máy móc.

Vài năm qua, chúng ta đã chứng kiến ​​sự bùng nổ về sự đa dạng và sử dụng của máy in 3D. Nó tương tự như nơi điện toán cá nhân vào khoảng năm 1980. Mặc dù thật dễ dàng để thấy một số lĩnh vực mà lĩnh vực in 3D sẽ phân nhánh, nhưng những lĩnh vực khác nằm ngoài khả năng dự đoán của chúng tôi, giống như không ai trong năm 1980 có thể tưởng tượng được nhiều về những gì máy tính cá nhân sẽ biến thành. Có thể in 3D có thể không có tác động tương tự như PC, nhưng nó có tiềm năng cách mạng hóa sản xuất và, có lẽ quan trọng hơn, đưa nó vào tay người tiêu dùng hàng ngày. Mặc dù vậy, có một điều chắc chắn: in 3D vẫn ở đây.

Để biết thêm, hãy xem hướng dẫn của chúng tôi về 10 máy in 3D tốt nhất và một số thông tin chi tiết từ người dùng đầu tiên.