Biết Hết Về Vật Liệu In 3D (Nhựa – Kim Loại ) - TechnicalVN

Nội dung bài viết

• Tổng quan về vật liệu in 3D
• Các loại vật liệu in 3D phổ biến
  • Vật liệu in 3D Polime
    • Nhựa in ABS
    • Nhựa lỏng Resin
    • Nhựa PLA
    • Nhựa TPU
  • Vật liệu in 3D kim loại
    • Vật liệu bột (Powder)
    • Vật liệu kim loại in 3D đặc biệt
  • Các loại vật liệu in 3D khác
    • Nhóm vật liệu in 3D hữu cơ
    • Nhóm các loại vật liệu nhựa đặc biệt

Tổng quan về vật liệu in 3D

Các loại vật liệu in 3D cùng công nghệ và máy in 3D luôn luôn được phát triển với nhau một cách gắn bó. Bởi vì, khi công nghệ và kỹ thuật máy in càng cao sẽ phải cần nguồn vật liệu tốt, đồng thời vật liệu cao cấp, chất lượng bắt buộc máy in và công nghệ in cũng phải được cải thiện để đáp ứng được nhu cầu. Nếu như trước đây, vật liệu in 3D chủ yếu chỉ là nhựa dẻo, bột kim loại hay bột sứ, thì hiện nay với sự nghiên cứu và phát triển không ngừng, người ta đã phát minh thêm nguồn vật liệu in ngày càng đa dạng, phong phú hơn. Đặc biệt, phải kể đến các loại vật liệu này vô cùng thân thiện với môi trường, an toàn cho con người lẫn thực phẩm, thậm chí còn in được các các chất liệu hữu cơ có thể ăn được như socola, đường kính…

Ngành công nghiệp in 3D ngày càng phát triển và thông dụng trong đời sống con người hiện đại, từ đó cũng đã được phân hóa ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau. Không chỉ mang lại nguồn cảm hứng mới mẻ cho người nhìn, ngành in 3D còn cho ra đời nhiều sản phẩm rất hữu ích giúp con người giải quyết được nhiều vấn đề khó khăn. Từ những thiết bị, dụng cụ dùng trong y tế, nha khoa cho đến các loại trang sức, mô hình dùng cho điện ảnh, nghệ thuật, thậm chí là cả thức ăn đều đang vận dụng công nghệ in 3D mà cho ra đời nhiều tác phẩm xinh đẹp. Do đó mới nói, máy in và công nghệ in 3D đã bao phủ mọi ngóc ngách của cuộc sống.

Song song với đó, các loại vật liệu in 3D cũng ngày càng đa dạng hơn về chủng loại cũng như lý hóa tính. Vật liệu in 3D chính là chất liệu được dùng trong máy in, người ta vận dụng kĩ thuật in 3D để sáng tạo ra những sản phẩm có thiết kế, hình dáng tinh xảo, độc đáo. Vật liệu in 3D có rất nhiều khác biệt về đặc điểm tùy vào từng lĩnh vực mà chúng tham gia chế tác. Thông thường, người ta sẽ phân loại vật liệu in theo thuộc tính và chất liệu.      

Các loại vật liệu in 3D phổ biến

Tuỳ theo sản phẩm 3D được tạo ra để làm gì mà có những cách chọn lựa vật liệu in cho phù hợp. Vật liệu dùng để in 3D có thể chia thành 3 nhóm chính: Vật liệu polyme; vật liệu kim loại và các loại vật liệu in 3D khác.

1. Polyme: bao gồm nhựa ABS, nhựa PLA, Resin… mỗi loại sở hữu một đặc tính riêng biệt.
2. Kim loại: bao gồm vật liệu nhôm, thép không gỉ, vàng, bạc… với những đặc điểm nổi bật khác nhau.
3. Các loại vật liệu in 3D khác như vật liệu hữu cơ dùng trong ngành thực phẩm, đất sét dùng trong ngành gốm, sứ…

Vật liệu in 3D Polime

Vật liệu in 3D Polime hay còn gọi là nhựa, là loại vật liệu có độ mềm, dẻo và độ bền cao, được dùng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp sản xuất sản phẩm nặng như cơ khí, cầu đường…

Nhựa in ABS

Nhựa in ABS có nguồn gốc từ dầu mỏ là một dạng vật liệu tổng hợp hóa thạch được sử dụng nhiều trong máy in 3D FDM sơ cấp. Điểm nổi bật của ABS chính là có độ bền cao, khả năng chịu lực và chịu nhiệt rất tốt (~80 độ C), lại rất linh hoạt. Chúng tạo ra các sản phẩm được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp sản xuất như: Ống cống, ống chất thải, linh kiện ô tô, dụng cụ nhà bếp… Các ngành khuôn mẫu thường quen thuộc với loại vật liệu này, bởi họ cần thứ chất liệu tốt với thủ thuật in cao để đảm bảo không in sai hình dáng sản phẩm.

Nhựa ABS là dạng nguyên liệu tổng hợp có nguồn gốc từ dầu mỏ

♦ Nhựa ABS và nhựa PLA được sử dụng rất phổ biến trong in 3D, bạn hãy đọc bài viết về so sách 2 loại nhựa này để thấy được đặc điểm của từng loại và lựa chọn nhựa cho phù hợp nhất: Xem bài viết

Nhựa lỏng Resin

Nhựa lỏng 3D Resin hay còn gọi là mực in lỏng 3D ở dạng lỏng, thường được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực kim hoàn. Chúng tạo ra các mẫu trang sức có nhiều chi tiết với độ khó cao và tinh xảo. Những loại máy in 3D in được Resin là SLA và DLP.

Một số dòng Resin phổ biến

1. High Detail Resin: một dòng Resin sáng, lỏng được dùng khi cần tạo những mẫu vật có độ chi tiết sắc sảo.
2. Paintable Resin: là loại vật liệu nhựa Resin có độ bóng mượt rất cao, nhìn như sơn phủ, được dùng để sáng tạo những sản phẩm cần độ bóng sáng hoàn thiện.
3. Transparent Resin: là dòng Resin có đặc tính lỏng, trong suốt, rất khả dụng trong việc in ra các chi tiết mẫu vật cần có độ trong suốt và gần giống thực tế nhất.

♦ Bạn có thể tìm hiểu về công nghệ in 3D trong lĩnh vực trang sức thông qua bài viết: IN 3D trang sức – mỹ nghệ

Nhựa PLA

Nhựa PLA là loại nhựa dẻo phân hủy sinh học có nguồn gốc từ các nguyên liệu có thể tái tạo như bột ngô, mía, củ sắn… PLA có tính chất là nhựa trong suốt nên có thể nhuộm bất cứ màu nào trong quá trình in 3D để cho ra sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng. Không chỉ tạo được các sắc độ đậm nhạt khác nhau, nhựa PLA còn có khả năng phát sáng vào buổi tối. Điều này khiến chúng được ứng dụng nhiều trong việc sản xuất các mô hình đồ chơi để trang trí. Không mềm dẻo như nhựa ABS, nhưng nhựa PLA lại cứng và khỏe rất có tác dụng trong chế tác gia công đối với các chi tiết sản phẩm ở những bộ phận phải lồng ghép vào nhau như khớp nối chẳng hạn. Vì là nhựa phân hủy hữu cơ nên PLA rất an toàn, lành tính, thân thiện với môi trường, bảo vệ tốt cho sức khỏe.

Nhựa in 3D PLA không chịu được nhiệt cao (<55 độ C ) nên chúng rất dễ in và tạo nên những bề mặt mẫu in rất đẹp mắt. Đa phần với chất liệu PLA sẽ được lựa chọn in mẫu với máy in FDM.

Nhựa TPU

Nhựa TPU là loại vật liệu in 3D đa năng nhờ đặc điểm bền, mềm dẻo, dai, khó đứt và có khả năng chịu được va đập cao. Chúng được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp sản xuất nhờ đặc tính lai giữa nhựa cứng và cao su. Đây là lựa chọn hàng đầu cho các sản phẩm yêu cầu sự liên kết vững chắc và độ linh hoạt cao. Chẳng hạn, nhựa TPU có thể dùng để chế tạo các chi tiết lắp ghép có cơ cấu đàn hồi như bánh xe, dây gút, hoặc các đồ dùng dân dụng có thể chịu được uốn nắn…

Vật liệu in 3D nhựa TPU có tốc độ in chậm với 20 – 30mm/s, chịu nhiệt được tối thiểu là 230 độ C và có khả năng tránh ẩm hiệu quả. Nhựa TPU có tuổi thọ rất cao và có khả năng hấp thụ các rung động, giảm chấn, vì vậy chúng xuất hiện rất phổ biến trong đời sống hàng ngày.

Vật liệu in 3D kim loại

Vật liệu bột (Powder)

Vật liệu bột hay còn gọi là Powder là một loại vật liệu in 3D đắt tiền thường được dùng để sáng tạo ra những mô hình thu nhỏ đẹp mắt. Sử dụng Powder mang lại hiệu quả cao bởi đặc tính mềm, mịn.

Các vật liệu bột được sử dụng nhiều nhất như

• Alumite: là vật liệu hỗn hợp pha trộn giữa bột nhôm xám với polyamide.
• Polyamide: Là loại bột đa năng mịn, nhỏ bắt nguồn từ dầu mỏ, chúng có thể tạo ra những mô hình 3D rất dẻo và trong suốt.
• Multicolor: là loại vật liệu in 3D mềm, giòn thường được sử dụng trong các máy in nhiều màu sắc. Tuy nhiên, loại chất liệu in này thường cho ra sản phẩm có màu sắc không được tươi tắn cho lắm.

Vật liệu kim loại in 3D đặc biệt

Các loại vật liệu in 3D bằng kim loại đa phần là nhôm, dẫn xuất cacbon, thép không gỉ, vàng, bạc, titanium… Đặc điểm nổi bật của chúng là cứng và thường xử lý ở dạng bột để dàng in thành hình dạng mẫu vật hơn. Vật liệu in 3D kim loại hay được sử dụng trong các máy in 3D nữ trang.

Titanium: Đây là loại vật liệu in 3D có nền tảng titan đặc biệt rất đắt tiền và cao cấp. Titanium thường được ứng dụng chủ yếu trong các ngành hàng không vũ trụ như chế tạo cánh quạt máy bay để tạo độ bền, cứng và an toàn. Chúng được gia công bằng phương pháp in 3D titan rất phức tạp và có độ khó cao.

Nhôm, thép, vàng, bạc, ceramics: Là các loại vật liệu thường được sử dụng trên những máy in kim loại giống như titan, alu… Còn Ceramics thuộc đặc tính chất liệu gốm đặc biệt, nhờ có khả năng chịu nhiệt rất cao nên cũng được sử dụng nhiều trong ngành vũ trụ.

♦ Đến đây, có thể bạn sẽ thắc mắc liệu rằng công nghệ in 3D kim loại có gì khó khăn không khi mà phải làm nóng chảy kim loại ra. Nếu bạn quan tâm hãy đọc bài viết công nghệ in 3d kim loại

Các loại vật liệu in 3D khác

Nhóm vật liệu in 3D hữu cơ

Ngày nay, ngoài hai nhóm vật liệu in 3D sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp hiện đại vừa kể trên, thì ngành in 3D cũng được ứng dụng trên các ngành công nghệ thực phẩm. Người ta vận dụng công nghệ in 3D để sáng tạo ra các loại đồ ăn bắt mắt và hấp dẫn như bánh, kẹo,… Loại vật liệu 3D hay dùng nhất là socola, đường kính, chúng tạo ra các loại thực phẩm với nhiều hình dạng sinh động, mang lại giá trị tinh thần cao.

Bên cạnh đó, một số loại vật liệu khác cũng được sử dụng trong công nghệ in 3D như đất sét. Chúng thường được in 3D trên các sản phẩm thủ công mỹ nghệ trong sản xuất đồ gốm. Hay, các mô, tế bào được dùng trong 3D Printing hỗ trợ nghiên cứu khoa học.

Nhóm các loại vật liệu nhựa đặc biệt

Bên cạnh các loại nhựa in 3D giá rẻ đã liệt kê là ABS và PLA, thì các vật liệu in 3D còn được cập nhật thêm những loại nhựa đặc biệt khác như sau

• Nilon: Là dạng vật liệu sợi mềm, bền cực kỳ linh hoạt khi in mẫu vật mỏng. Sợi nilon có thể chịu được nhiệt cao và tốc độ in nhanh, thường được dùng trong lĩnh vực sản xuất các bộ phận bánh răng, bản lề,…
• Nhựa PVA: Là loại nhựa có thể hòa tan trong nước có đặc tính kết dính và làm đặc hiệu quả. Trong in ấn 3D, vật liệu in PVA thường để in những bản in với mô hình phức tạp có nhiều chi tiết như đồ dùng nội thất.
• Nhựa PETG: Có giá khá đắt, có nguồn gốc từ nhựa PET truyền thống và pha thêm hoạt chất G để có thể in được trên máy in 3D. Nhựa PETG có thuộc tính khó chảy lỏng, độ chịu nhiệt lớn nên được vận dụng vào quy trình sản xuất các loại vật dụng như chai, lọ xoắn với công nghệ tạo mẫu phức tạp.
• HIPS: Đây là loại vật liệu in 3D đặc biệt có thể hòa tan trong dung dịch Limonene, vì vậy người ta dựa vào đặc tính này mà dùng nó để tạo nên cấu trúc đỡ cho các mô hình 3D. HIPS thường được in trên máy in 3D FDM với khả năng chịu nhiệt gần bằng nhựa ABS (~235 độ C).  

Nhìn chung, các vật liệu in 3D vẫn còn rất đa dạng mà bài viết trên đây vẫn chưa kể hết bởi mục đích sử dụng đa dạng trong đời sống hiện nay. Vẫn còn những loại vật liệu in 3D mà chúng tôi không thể liệt kê được vì chúng còn là các vật liệu đã và đang nghiên cứu, phát triển. Có thể thấy, ngành in 3D đã hình thành và đi lên, phát triển một cách rất rõ nét ở tất cả các lĩnh vực, ngành nghề. Trong tương lai, sẽ có thêm nhiều sáng tạo nhờ in 3D, đẩy xã hội mạnh mẽ vươn tới ở một tầm cao mới.

Hy vọng rằng, với bài viết trên đây, chúng tôi đã phần nào giúp bạn hiểu thêm về ngành công nghệ in 3D trên đà phát triển. Bên cạnh đó, cũng giúp bạn có thêm thông tin về sự phong phú, đa dạng của các loại vật liệu in 3D đang được sử dụng nhiều hiện nay.