Công nghệ in 3D FDM là gì? Tổng quan về công nghệ in sợi nhựa phổ biến nhất

Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling) là một trong những phương pháp in 3D được phát triển vào cuối những năm 1980 bởi S. Scott Crump và được thương mại hóa bởi Stratasys. Đây là một trong những công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay nhờ tính dễ sử dụng, giá thành hợp lý và khả năng sản xuất linh hoạt. Vậy in 3D FDM là gì? Nguyên lý hoạt động như thế nào? Ứng dụng cụ thể ra sao, mời các bạn đọc cùng Vạn Lộc tìm hiểu chi tiết trong nội dung bài viết này nhé!

Công nghệ in 3D FDM là gì? Nguyên lý hoạt động của công nghệ in 3D FDM

1 - Định nghĩa về công nghệ in 3D FDM

Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling), hay còn gọi là mô hình hóa đắp dần, là một phương pháp sản xuất sử dụng quá trình đắp từng lớp vật liệu để tạo ra các vật thể ba chiều. Công nghệ FDM sử dụng các loại nhựa nhiệt dẻo (PLA, PETG, ABS,...), thường được đùn qua một đầu phun nóng chảy và sau đó từng lớp nhựa được đắp chồng lên nhau để tạo thành mô hình 3D hoàn chỉnh.

FDM nổi bật với khả năng chế tạo nhanh chóng các mẫu thử nghiệm, các chi tiết cơ khí hoặc các sản phẩm tùy chỉnh với chi phí thấp, phù hợp với cả cá nhân và doanh nghiệp nhỏ.

Công nghệ in 3D FDM (fused deposition modeling) là công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay

2 - Nguyên lý hoạt động của FDM

Công nghệ in 3D FDM hoạt động dựa trên nguyên lý đùn vật liệu nóng chảy theo từng lớp. Quá trình in bắt đầu với một cuộn sợi nhựa nhiệt dẻo (filament) (Thường có đường kính khoảng từ 1m5-3mm), được đưa vào đầu đùn(extruder). Đầu đùn được làm nóng đến nhiệt độ phù hợp để làm chảy nhựa, sau đó sợi nhựa này được đùn ra qua đầu đùn. Đầu đùn di chuyển theo biên dạng 2D trên các trục X và Y để tạo thành lớp vật liệu đầu tiên, trong khi bàn in (build plate) di chuyển theo trục Z để đắp các lớp tiếp theo. Mỗi lớp vật liệu khi nguội dần sẽ kết dính với lớp trước đó, và quá trình này tiếp tục cho đến khi mô hình 3D hoàn thiện.

Công nghệ in 3D FDM hoạt động theo nguyên lý đùn nóng chảy vật liệu theo từng lớp

3- Cấu tạo chính của máy in 3D công nghệ FDM

Máy in 3D công nghệ FDM có cấu tạo đơn giản nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện quá trình in đắp dần từng lớp vật liệu. Các bộ phận chính của một máy in FDM bao gồm:

• Đầu phun (Extruder): Đây là bộ phận chính giúp đùn sợi nhựa sau khi được làm nóng chảy. Nó bao gồm một hệ thống gia nhiệt để đun nóng nhựa đến nhiệt độ mong muốn, và cơ chế đẩy vật liệu.
• Bàn in (Build Plate): Là bề mặt phẳng nơi vật thể được in lên. Bàn in thường có thể làm nóng để giúp tăng độ bám dính giữa lớp nhựa đầu tiên và bàn in, đồng thời giảm thiểu hiện tượng cong vênh (warping).
• Hệ thống truyền động: Hệ thống này bao gồm các động cơ và thanh trượt, giúp điều khiển đầu phun di chuyển chính xác theo ba trục X, Y, Z để đắp từng lớp vật liệu.
• Nguồn cung cấp vật liệu (Filament spool): Vật liệu in thường được cuộn thành sợi dài (filament) và được cuộn trên một trục quay để cung cấp liên tục cho đầu phun.
• Khung máy (Frame): là phần cấu trúc chịu lực của máy in 3D, giúp giữ ổn định các bộ phận trong quá trình in. Khung máy có thể được làm bằng kim loại (nhôm) hoặc nhựa. Một khung máy chắc chắn sẽ giúp quá trình in diễn ra chính xác hơn và giảm thiểu rung lắc.
• Cảm biến và hệ thống an toàn: gồm có cảm biến nhiệt (Thermistor): Theo dõi nhiệt độ của đầu phun và bàn in để đảm bảo nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình in. Và cảm biến sợi nhựa (Filament sensor): Một số máy in FDM có cảm biến phát hiện khi sợi nhựa bị đứt hoặc hết, giúp tránh hư hỏng sản phẩm khi đang in.
• Quạt làm mát (Cooling Fans): Máy in FDM thường có quạt làm mát để làm nguội lớp nhựa ngay sau khi được đùn ra. Điều này giúp cải thiện độ bám dính giữa các lớp và tránh hiện tượng chảy nhựa quá mức, giữ cho sản phẩm in có độ chi tiết cao hơn.
• Nguồn cấp điện (Power Supply Unit): Nguồn cấp điện cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống máy in, từ đầu phun, bàn in đến động cơ và bo mạch điều khiển. Các máy in FDM thường sử dụng nguồn điện với công suất khoảng 200W - 600W, tùy thuộc vào kích thước và công suất của máy.

Cấu tạo cơ bản của máy in 3D FDM

Công nghệ in 3D FDM sử dụng vật liệu in 3D nào?

Công nghệ in 3D FDM nổi bật nhờ khả năng tương thích với nhiều loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo khác nhau, mỗi loại có những tính chất và ưu điểm riêng. Các loại chất liệu phổ biến được sử dụng trong in 3D FDM bao gồm:

- PLA (Polylactic Acid): PLA là một trong những vật liệu in 3D FDM phổ biến nhất nhờ tính dễ in và thân thiện với môi trường. PLA có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên tái tạo như bắp và mía, có khả năng phân hủy sinh học. PLA dễ dàng sử dụng với hầu hết các máy in FDM và ít gặp các vấn đề về cong vênh, phù hợp cho việc tạo mẫu và các sản phẩm không yêu cầu chịu lực lớn.

- ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): ABS là một loại nhựa bền, có khả năng chịu nhiệt và va đập tốt, thường được sử dụng để in các bộ phận cơ khí hoặc vỏ ngoài sản phẩm. Tuy nhiên, ABS dễ bị cong vênh khi in, đòi hỏi bàn in phải được gia nhiệt và môi trường in phải kiểm soát tốt.

- PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol): PETG là sự kết hợp giữa tính bền của ABS và tính dễ in của PLA. PETG có độ bền cơ học cao, chống chịu được môi trường khắc nghiệt, đồng thời ít bị cong vênh. PETG thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao như hộp đựng, phụ kiện hoặc các chi tiết ngoài trời.

- TPU (Thermoplastic Polyurethane): TPU là loại nhựa nhiệt dẻo đàn hồi, có độ dẻo cao, thường được sử dụng để in các sản phẩm linh hoạt như bao da, gioăng cao su, và các bộ phận cần khả năng chịu uốn, nén. TPU có khả năng chịu lực tốt nhưng khó in hơn so với PLA và ABS.

- Nylon (Polyamide): Nylon có độ bền cao, dẻo dai và khả năng chịu mài mòn tốt, thường được sử dụng để in các chi tiết chịu lực hoặc các sản phẩm cần độ bền cơ học cao. Tuy nhiên, Nylon dễ hút ẩm từ không khí, do đó cần được bảo quản cẩn thận và yêu cầu nhiệt độ in cao.

- PVA (Polyvinyl Alcohol): PVA là một loại nhựa đặc biệt, thường được sử dụng làm vật liệu hỗ trợ in. PVA có khả năng tan trong nước, vì vậy sau khi in xong, các cấu trúc hỗ trợ có thể được loại bỏ dễ dàng bằng cách ngâm trong nước.

Công nghệ in 3D FDM nổi bật nhờ khả năng tương thích với nhiều loại vật liệu nhựa nhiệt dẻo khác nhau

Ưu và nhược điểm của công nghệ in 3D FDM

1 - Ưu điểm

• Chi phí thấp: Một trong những lý do lớn khiến FDM trở nên phổ biến là vì chi phí thấp so với các công nghệ in 3D khác, cả về máy in, phụ kiện lẫn vật liệu sử dụng. Máy in FDM có giá thành từ vài trăm đến vài nghìn đô la, phù hợp với cả người dùng cá nhân và doanh nghiệp nhỏ.
• Dễ sử dụng: Máy in FDM dễ cài đặt, vận hành và bảo trì, ngay cả đối với người mới. Giao diện người dùng của phần mềm hỗ trợ in thường rất thân thiện, giúp quá trình thiết lập và in diễn ra suôn sẻ.
• Đa dạng vật liệu: Công nghệ FDM có thể sử dụng nhiều loại nhựa nhiệt dẻo khác nhau như PLA, ABS, PETG, TPU, giúp người dùng có nhiều sự lựa chọn hơn cho từng dự án cụ thể.
• Bảo vệ môi trường: Một số vật liệu như PLA có nguồn gốc từ cây trồng (bắp, mía) nên thân thiện với môi trường, có khả năng phân hủy sinh học và ít phát thải khí độc hại.

2 - Nhược điểm

• Độ chính xác và bề mặt hoàn thiện không bằng các công nghệ in mịn: So với các công nghệ in khác như SLA (Stereolithography) hay SLS (Selective Laser Sintering), độ chính xác và bề mặt của sản phẩm in từ FDM thường kém mịn hơn, không phù hợp với các dự án đòi hỏi độ chính xác cao về chi tiê
• Tốc độ in chậm: Thời gian in phụ thuộc vào kích thước và độ chi tiết của mô hình, đôi khi có thể mất nhiều giờ hoặc thậm chí là vài ngày để in một vật thể lớn.
• Cong vênh và co rút: Khi in các vật thể lớn, có thể xảy ra hiện tượng cong vênh, đặc biệt là khi sử dụng các loại nhựa như ABS. Điều này đòi hỏi người dùng cần điều chỉnh nhiệt độ bàn in và môi trường in.

Công nghệ in 3D FDM cũng có các ưu nhược điểm nhất định

Ứng dụng của công nghệ in 3D FDM

Công nghệ in 3D FDM là công nghệ được sử dụng phổ biến nhất nên được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sau:

• Chế tạo mẫu thử (Prototyping): FDM thường được sử dụng để chế tạo các mẫu thử nghiệm nhanh chóng, giúp các doanh nghiệp kiểm tra thiết kế, cải thiện sản phẩm mà không phải tốn quá nhiều chi phí và thời gian sản xuất. Phổ biến nhất là làm mẫu tượng trong lĩnh vực đúc đồng, xưởng gỗ,...
• Sản xuất sản phẩm tùy chỉnh: Công nghệ FDM cho phép sản xuất các sản phẩm tùy chỉnh theo yêu cầu cá nhân hoặc đơn đặt hàng nhỏ lẻ, từ các đồ trang sức, phụ kiện, mô hình trang trí, sự kiện đến các sản phẩm kỹ thuật.
• Ngành y tế: Trong y tế, FDM được sử dụng để in các thiết bị y tế như tay giả, bộ phận hỗ trợ phục hồi chức năng, hoặc các mô hình giải phẫu học phục vụ cho giảng dạy và nghiên cứu.
• Giáo dục và nghiên cứu: FDM là công nghệ phổ biến trong giáo dục, giúp học sinh, sinh viên học hỏi về công nghệ sản xuất hiện đại và phát triển các kỹ năng thiết kế, kỹ thuật.
• Ngành công nghiệp ô tô và hàng không:Trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không, FDM được sử dụng để sản xuất các bộ phận thử nghiệm, nguyên mẫu và cả một số bộ phận chính thức cho xe hơi, máy bay, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian.

Công nghệ in 3D FDM được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ngành công nghiệp, sản xuất

3D Vạn Lộc - Doanh nghiệp uy tín chuyên cung cấp các mẫu máy in 3D FDM chất lượng

Nếu quý khách đã có kiến thức và kinh nghiệm sử dụng máy in 3D FDM và đang có nhu cầu tìm cho mình một địa chỉ mua máy in uy tín, chất lượng, hãy tới với 3D Vạn Lộc. Chúng tôi là một doanh nghiệp uy tín chuyên cung cấp các mẫu máy in 3D FDM chính hãng, chất lượng cao, nhiều phân khúc giá thành phù hợp với nhu cầu đa dạng của khách hàng từ cá nhân đến doanh nghiệp, dịch vụ bảo hành dài, giao hàng vận chuyển toàn quốc cùng đội ngũ chuyên môn cao, hỗ trợ kỹ thuật trong suốt quá trình sử dụng.