BỘ CƠNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Ứng dụng công nghệ in 3D FDM vào chế tạo khn trong kỹ
thuật nhiệt định hình
Mã số đề tài: 20/1.1CK01
Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Khoa Triều
Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí

Tp. Hồ Chí Minh, 01/2021


LỜI CÁM ƠN

Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Quỹ nghiên cứu khoa học của Trường Đại học Công
Nghiệp tp. HCM. Chúng tôi cảm ơn các đồng nghiệp từ Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí, trường
Đại học Cơng Nghiệp tp. HCM đã cung cấp cái nhìn sâu sắc và chun mơn và hỗ trợ rất
nhiều cho nghiên cứu. Đồng thời, chúng tôi cũng xin cảm ơn các em sinh viên của Khoa
Cơng nghệ Cơ Khí đã hỗ trợ hồn thành nhiều công việc chế tạo và thực nghiệm của đề tài
này.
Chúng tơi cảm ơn Phịng Quản lý Khoa học & Hợp tác Quốc tế đã hỗ trợ về mặt thủ tục và
đã cho chúng tôi các lời khuyên để cải thiện cho bản thảo của bài viết này.
Chúng tôi cũng muốn bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc của mình đối với GS. TS. Bong-Kee Lee
vì đã chia sẻ kinh nghiệm với chúng tơi trong suốt q trình nghiên cứu, và chúng tơi cảm
ơn các nhà phê bình vì những cái nhìn sâu sắc của họ. Chúng tơi cũng xin vơ cùng biết ơn
PGS. TS. Nguyễn Đức Nam, TS. Ao Hùng Linh, TS. Đặng Hoàng Minh, TS. Trần Ngọc
Đăng Khoa, TS. Nguyễn Thanh Hải, PGS. TS. Phạm Sơn Minh, TS. Nguyễn Hữu Thọ về

những nhận xét sâu sắc, giúp chúng tôi có thể hồn thành đề tài nghiên cứu.

1


Contents
PHẦN I. THƠNG TIN CHUNG.................................................................. 8
I. Thơng tin tổng qt ....................................................................................... 8
1.1. Tên đề tài: ................................................................................................ 8
1.2. Mã số: ...................................................................................................... 8
1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài ............................ 8
1.4. Đơn vị chủ trì: .......................................................................................... 9
1.5. Thời gian thực hiện: ................................................................................. 9
1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): ............................... 9
1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: ................................................. 9
II. Kết quả nghiên cứu ...................................................................................... 9
1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 9
2. Mục tiêu .....................................................................................................10
3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................10
4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu ..................................................................12
5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận .............................................13
6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)...................................................13
III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo ...........................................15
3.1. Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3) ..............................................15
3.2. Kết quả đào tạo .......................................................................................15
IV. Tình hình sử dụng kinh phí .......................................................................16
V. Kiến nghị ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài) ....................16
VI. Phụ lục sản phẩm ( liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III) ...16

PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 17

A. GIỚI THIỆU ...............................................................................................17
B. PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU ...............................................................26
1. Tổng quan về công nghệ và thiết bị nhiệt định hình ....................................26
a/ Tạo hình chân khơng cơ bản .......................................................................28
b/ Tạo hình áp suất .........................................................................................28
c/ Tạo hình có thiết bị dập hỗ trợ ....................................................................29
d/ Tạo hình kéo đảo chiều ..............................................................................30
e/ Tạo hình tự do ............................................................................................30
2


f/ Tạo hình bằng khn dương .......................................................................31
g/ Tạo hình bằng khn dương ngược ............................................................32
h/ Tạo hình khn tương hợp .........................................................................33
2. Tổng quan về các loại tấm nhựa sử dụng trong cơng nghệ nhiệt định hình .38
C. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .....................................................................42
1. Tính chọn nhiệt điện trở cho máy ...............................................................42
2. Tính tốn ước lượng thời gian gia nhiệt cho tấm nhựa ................................43
3. Thành lập phương trình truyền nhiệt...........................................................43
4. Lựa chọn nguyên lý và thiết kế tổng thể thiết bị nhiệt định hình .................45
Khung thiết bị.................................................................................................47
Thanh trượt ....................................................................................................48
Buồng hút chân khơng ....................................................................................49
Tấm kẹp .........................................................................................................49
Khuôn dương .................................................................................................50
Tấm cách nhiệt ...............................................................................................50
Ceramic heater ..............................................................................................51
5. Chế tạo và lắp ráp máy ...............................................................................52
Bộ phận gia nhiệt: Ceramic heater. .................................................................66
Thứ tự lắp ráp.................................................................................................69

Kết luận .........................................................................................................70
6. Tổng quan về nâng cao chất lượng bề mặt mẫu in FDM .............................71
7. Tổng quan về giảm tính hấp thụ nhiệt của khuôn nhựa ...............................73
8. Sự kết hợp đồng thời của nâng cao chất lượng bề mặt và giảm tính hấp thụ nhiệt của
khn nhựa ....................................................................................................74
9. Quy trình ứng dụng cơng nghệ in 3D FDM vào kỹ thuật nhiệt định hình ....78
D. KẾT LUẬN ..................................................................................................84
Tài liệu tham khảo ...........................................................................................85

PHẦN III. PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM............................................................ 89
PHỤ LỤC 1. HỢP ĐỒNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

90

PHỤ LỤC 2. THUYẾT MINH ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƯỢC PHÊ DUYỆT ...............91
PHỤ LỤC 3. QUYẾT ĐỊNH THÀNH LẬP HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU ....92
PHỤ LỤC 4. HỒ SƠ NGHIỆM THU .............................................................93
PHỤ LỤC 5.1. TẬP BẢN VẼ THIẾT KẾ 2D VÀ 3D.....................................94
3


PHỤ LỤC 5.2. HÌNH CHỤP THIẾT BỊ NHIỆT ĐỊNH HÌNH .....................95
PHỤ LỤC 5.3. HÌNH CHỤP KHN NHỰA ...............................................97
PHỤ LỤC 5.4. QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ ............................98
PHỤ LỤC 5.5. GIẤY CHẤP NHẬN ĐĂNG BÀI TẠP CHÍ IUH................ 105
PHỤ LỤC 5.6. BÀI BÁO SCOPUS ............................................................... 106

4



Danh mục hình ảnh

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý của cơng nghệ FDM [1] .................................................... 18
Hình 2. Sơ đồ ngun lý của phương pháp cải thiện chất lượng mẫu in FDM bằng
nhựa epoxy có gốc nhơm [13] .................................................................................. 19
Hình 3. a. Thiết bị mài bằng thùng cát [18]; b. Sơ đồ thiết bị mài thùng cát cho mơ
hình tốn [19] ........................................................................................................... 19
Hình 4. So sánh lõi khn chế tạo bằng FDM (màu trắng) và PolyJet (màu vàng) [28]
................................................................................................................................. 20
Hình 5. Sơ đồ nguyên lý của máy in PolyJet sử dụng tia UV [29] ............................ 21
Hình 6. Ứng dụng in 3D FDM làm một phần sản phẩm ép phun [32] ...................... 21
Hình 7. a. Thiết bị nhiệt định hình [33]; b. Niềng răng bằng nhựa [33] .................... 22
Hình 8. a. Thiết bị nhiệt định hình bằng nhựa [35]; b. Sản phẩm mẫu [35]............... 22
Hình 9. a. Khn nhựa cho thiết bị nhiệt định hình [36]; b. Sản phẩm mẫu [36] ...... 23
Hình 10. a. Khn nhiệt định hình bằng nhựa [37]; b. Sản phẩm mẫu [37] .............. 24
Hình 11. Ứng dụng in 3D FDM làm khuôn đầu nối USB [43] ................................. 24
Hình 12. a. Khn thổi hình bằng nhựa [44]; b. Sản phẩm thổi [44] ........................ 25
Hình 13. Ứng dụng in 3D FDM làm khn ép nhựa [46] ......................................... 25
Hình 14. Các sản phẩm chính của cơng nghệ ép nhiệt định hình [48] ....................... 27
Hình 15. Tạo hình chân khơng cơ bản [47] .............................................................. 28
Hình 16. Tạo hình bằng áp suất [47] ........................................................................ 29
Hình 17. Tạo hình bằng thiết bị dập [47] .................................................................. 30
Hình 18. Tạo hình kéo đảo chiều [47] ...................................................................... 30
Hình 19. Tạo hình tự do [47] ................................................................................... 31
Hình 20. Tạo hình bằng khn dương [47]............................................................... 32
Hình 21. Tạo hình bằng khn dương ngược [47] .................................................... 33
Hình 22. Tạo hình bằng khn tương hợp [47]......................................................... 34
Hình 23. Máy tự động làm hộp đựng thức ăn nhanh [50] ......................................... 35
Hình 24. Hệ thống tự động đóng gói sản phẩm bằng chân khơng của hãng Illig [51]35
Hình 25. Máy tự động tạo ly nhựa từ Trung Quốc [52] ............................................ 36

Hình 26. Máy Compac Mini Vacuum Former từ hãng Formech nước Anh [53]....... 36
Hình 27. Máy tạo hình chân khơng BIY-V6090B [54] ............................................. 37
Hình 28. Máy tạo hình chân khơng Centroform EZFORM LV 1827 [55] ................ 37
Hình 29. Cấu tạo phân tử của một số loại nhựa cho nhiệt định hình [49, 56] ............ 39
Hình 30. Mơ hình truyền nhiệt của khn FDM được gia nhiệt bởi một nhiệt điện trở
................................................................................................................................. 44
Hình 31. Mơ hình khung thiết bị .............................................................................. 47
Hình 32. Minh họa thanh trượt ................................................................................. 48
Hình 33. Minh họa buồng hút................................................................................... 49
Hình 34. Minh họa thanh kẹp ................................................................................... 49
Hình 35. Minh họa khn dương.............................................................................. 50
Hình 36. Bản vẽ tấm cách nhiệt ................................................................................ 50
Hình 37. Minh họa bộ phận gia nhiệt ....................................................................... 51
Hình 38. Thiết bị ép nhiệt định hình hồn chỉnh ....................................................... 51
Hình 39. Mơ hình thiết bị ép nhiệt với bơm chân không........................................... 52
5


Hình 40. Sơ đồ gá đặt và định vị nguyên cơng 1 ...................................................... 53
Hình 41. Sơ đồ gá đặt và định vị ngun cơng 2 ...................................................... 56
Hình 42. Sơ đồ gá đặt và định vị ngun cơng 3 ...................................................... 59
Hình 43. Chi tiết khuôn sau khi được gia công ......................................................... 62
Hình 44. Bản vẽ buồng hút ....................................................................................... 63
Hình 45. Buồng hút sau khi gia cơng........................................................................ 63
Hình 46. Tấm kẹp sau khi gia cơng .......................................................................... 64
Hình 47. Khung thiết bị sau khi gia cơng ................................................................. 65
Hình 48. Thanh trượt sau khi gia cơng ..................................................................... 65
Hình 49. Ceramic heater – Nhiệt điện trở gốm ......................................................... 66
Hình 50. Cơng tắc tự động CB ................................................................................. 66
Hình 51. Temperature controller .............................................................................. 67

Hình 52. Khởi động từ ............................................................................................. 67
Hình 53. Tấm phíp chịu nhiệt ................................................................................... 68
Hình 54. Tấm nhựa PET........................................................................................... 69
Hình 55. Thiết bị ép nhiệt định hình sau khi chế tạo, lắp ráp .................................... 70
Hình 56. Mơ hình thiết bị ép nhiệt định hình dùng bơm hút chân khơng .................. 70
Hình 57. Sử dụng tai chuột và keo ABS để tăng độ bám bàn.................................... 71
Hình 58. Một số khái niệm trong in 3D [1] .............................................................. 72
Hình 59. Hình ảnh hiển vi của mẫu phẳng: a) như in, b) chỉ được tráng nhôm, c) chỉ
được xử lý bằng axeton và d) được xử lý bằng axeton và được tráng nhơm ............. 75
Hình 60. Đo độ nhám bề mặt: a) chỉ được xử lý bằng axeton và b) được xử lý bằng
axeton và được phủ nhôm ........................................................................................ 76
Hình 61. Quy trình ứng dụng cơng nghệ in 3D FDM vào kỹ thuật nhiệt định hình... 78
Hình 62. Mơ hình CAD của khn nhựa có tỷ số kéo 2.5......................................... 79
Hình 63. Máy in 3D Cubicon Single ........................................................................ 80
Hình 64. Nhựa ABS Torwell cuộn 1 kg.................................................................... 81
Hình 65. Minh họa cài đặt thơng số máy in 3D ........................................................ 82
Hình 66. Minh họa quá trình in 3D........................................................................... 82
Hình 67. Ba loại khn nhựa sau khi in 3D .............................................................. 83
Hình 68 a. Hình sản phẩm khi dùng khn kim loại; b. Hình sản phẩm khi dùng
khuôn nhựa .............................................................................................................. 84

6


Danh mục bảng

Bảng 1. Một số máy hút chân không đề xuất cho máy EZFORM [55] ..................... 38
Bảng 2. Tính chất vật lý của các loại nhựa thường dụng trong kỹ thuật nhiệt định hình
................................................................................................................................. 42
Bảng 3. Các thơng số và điều kiện chi tiết cho DOE cho thí nghiệm ........................ 77

Bảng 4. Kết quả ANOVA......................................................................................... 77
Bảng 5. Thông số máy in 3D Cubicon Single [75] ................................................... 80
Bảng 6. Thông số nhựa ABS Torwell [76] ............................................................... 81
Bảng 7. Các thông số cài đặt chính của máy in 3D ................................................... 81

7


PHẦN I. THƠNG TIN CHUNG
I. Thơng tin tổng qt
1.1. Tên đề tài:
Ứng dụng công nghệ in 3D FDM vào chế tạo khn trong kỹ thuật nhiệt định hình
1.2. Mã số:

20/1.1CK01
1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
TT

Họ và tên
(học hàm, học vị)

1 TS. Nguyễn Khoa Triều

2 TS. Châu Minh Quang

3 ThS. Nguyễn Hải Sơn

4 Nguyễn Trung Phi

5 Nguyễn Xuân Chiến


6 Phạm Hoàng Anh Dương

7 Nguyễn Minh Nhật

8 Lê Hồng Thi

9 Tống Khánh Ngun

Đơn vị cơng tác
Khoa Cơng Nghệ Cơ
Khí, ĐH. Cơng Nghiệp
TP. Hồ Chí Minh
Khoa Cơng Nghệ Cơ
Khí, ĐH. Cơng Nghiệp
TP. Hồ Chí Minh
Khoa Cơ Khí, Trường
Cao đẳng Kỹ thuật Cao
Thắng
Lớp DHCT11F, Khoa
Cơng Nghệ Cơ Khí, ĐH.
Cơng Nghiệp TP. Hồ
Chí Minh
Lớp DHCT11F, Khoa
Cơng Nghệ Cơ Khí, ĐH.
Cơng Nghiệp TP. Hồ
Chí Minh
Lớp DHCT11E, Khoa
Cơng Nghệ Cơ Khí, ĐH.
Cơng Nghiệp TP. Hồ

Chí Minh
Lớp DHCT13A, Khoa
Cơng Nghệ Cơ Khí, ĐH.
Cơng Nghiệp TP. Hồ
Chí Minh
Lớp DHCT13A, Khoa
Cơng Nghệ Cơ Khí, ĐH.
Cơng Nghiệp TP. Hồ
Chí Minh
Lớp DHCT13A, Khoa
Cơng Nghệ Cơ Khí, ĐH.
Cơng Nghiệp TP. Hồ

Vai trị thực hiện đề tài
Chủ nhiệm đề tài

Thành Viên

Thành Viên

Thành Viên

Thành Viên

Thành Viên

Thành Viên

Thành Viên


Thành Viên
8


10 Phạm Hồng Hà

Chí Minh
Lớp DHCT13A, Khoa
Cơng Nghệ Cơ Khí, ĐH.
Cơng Nghiệp TP. Hồ
Chí Minh

Thành Viên

1.4. Đơn vị chủ trì:
Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí, ĐH. Cơng Nghiệp TP. Hồ Chí Minh
1.5. Thời gian thực hiện:
1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 03 năm 2020 đến tháng 12 năm 2020.
1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng….. năm…..
1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 02 năm 2020 đến tháng 11 năm 2020.
1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên
nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)
1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài:
89.642 triệu đồng.

II. Kết quả nghiên cứu
1. Đặt vấn đề
Đề tài nhằm mục tiêu ứng dụng công nghệ in 3D FDM (fused deposition modeling) vào
việc chế tạo khuôn trong kỹ thuật nhiệt định hình, vốn yêu cầu nhiệt độ cao – nhiệt độ cài

đặt của nhiệt điện trở ~3000C, nhiệt độ chảy dẻo của các loại màng nhựa thường dùng
~1600C. Để có thể ứng dụng khn nhựa FDM vào lĩnh vực sản xuất cần nhiệt độ cao như
thế, có hai vấn đề kỹ thuật cần phải được khắc phục, bao gồm độ bóng bề mặt và lượng
nhiệt hấp thụ của khuôn. Chất lượng bề mặt của mẫu in FDM thường không cao do mối
ghép giữa các sợi nhựa giữa các lớp. Vì mục tiêu của đề tài hướng đến khả năng sử dụng
rộng rãi nên nhựa in thông thường được sử dụng thay vì nhựa chịu nhiệt kỹ thuật cao vốn
đắt tiền và chưa phổ biến ở Việt Nam. Do đó, vấn đề giảm lượng nhiệt hấp thụ của khn
được đặt ra thay cho nâng cao tính bền nhiệt của nhựa. Để làm được những điều đó, đầu
tiên, bằng phương pháp tổng hợp và phân tích lý thuyết, các cơng trình nghiên cứu ứng
dụng khn nhựa FDM vào nhiệt đình hình nói riêng và những lĩnh vực sản xuất có nhiệt độ
cao nói chung trên thế giới được tổng hợp. Các kiến thức này sau đó được phân tích, liên kết
từng bộ phận thông tin tạo ra một cái nhìn đầy đủ và sâu sắc về việc ứng dụng của khn
nhựa. Tiếp theo, một mơ hình trực quan của thiết bị nhiệt định hình được thiết kế dùng
phương pháp mơ hình hóa, với sự trợ giúp của CAD. Ở bước tiếp theo, thiết bị nhiệt định
hình được chế tạo thực tế. Sau đó, quy trình ứng dụng khn nhựa FDM được thử nghiệm
dùng phương pháp thực nghiệm khoa học. Cuối cùng, phương pháp phân tích tổng kết kinh
nghiệm được sử dụng để nghiên cứu, xem xét những thành quả thực tiễn trong việc nghiên
cứu lý thuyết ứng dụng khuôn nhựa FDM trong kỹ thuật nhiệt định hình và thực tế thiết kế,
chế tạo và khảo nghiệm thiết bị cũng như khuôn nhựa FDM để rút ra những kết luận bổ ích
cho nghiên cứu lẫn cho thực tiễn sản xuất.
9


2. Mục tiêu
a) Mục tiêu tổng quát.
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ in 3D FDM vào kỹ thuật nhiệt định hình, góp phần mở
rộng phạm vi ứng dụng của cơng nghệ in 3D FDM.
b) Mục tiêu cụ thể.
- Thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm được một máy nhiệt định hình.
- Xây dựng được chế độ làm việc của máy.

- Xây dựng được quy trình ứng dụng cơng nghệ in 3D FDM dùng loại nhựa ABS thông
thường vào làm khuôn cho thiết bị nhiệt định hình.
- Khn nhựa từ đề tài có thể phục vụ cơng tác đào tạo trong trường đại học Cơng
nghiệp TPHCM, làm ví dụ minh họa trong môn học Kỹ thuật khuôn mẫu.

3. Phương pháp nghiên cứu
Các nội dung, công
việc
chủ yếu

Phương
pháp
nghiên
cứu

Cách tiếp cận

4.1

Tổng quan về ứng
dụng của FDM vào
các cơng nghệ địi
hỏi nhiệt độ cao hiện
có trên thế giới và
phân tích những ưunhược của chúng

- Phân
tích và
tổng hợp
- Phương

pháp khảo
sát

Tìm kiếm và thu
thập các tài liệu
tham khảo
(TLTK)

Tìm kiếm các
TLTK, sau đó
đọc và ghi chú
lại những ưu và
nhược điểm của
từng ứng dụng
của FDM

Tập hợp các tư
liệu ở dạng văn
bản phân tích
tổng quan về
ưu-nhược điểm

4.2

Tổng quan về cơng
- Phương Tìm kiếm và thu
nghệ và thiết bị nhiệt pháp phân thập các TLTK
định hình
tích tổng
hợp


Tìm kiếm các
TLTK, sau đó
đọc và ghi chú
lại những ưu và
nhược điểm của
từng nguyên lý

Tập hợp các tư
liệu ở dạng văn
bản phân tích
tổng quan về
ưu-nhược điểm

4.3

Tổng quan về các
loại tấm nhựa sử
dụng trong công
nghệ nhiệt định hình

- Phương Tìm kiếm và thu
pháp phân thập các TLTK
tích tổng
hợp

Tìm kiếm các
TLTK, sau đó
đọc và ghi chú
lại những ưu và

nhược điểm của
từng loại nhựa

Tập hợp các tư
liệu ở dạng văn
bản phân tích
tổng quan về
ưu-nhược điểm
của từng loại
nhựa

4.4

Tính chọn nhiệt
điện trở cho máy

- Phương Lựa chọn nhiệt
pháp năng điện trở phù hợp

- Tập hợp tất cả
các TLTK liên

Mã số đặt hàng
và các thông số

TT

Kỹ thuật thực
hiện


Kết quả
đạt được

10


lượng

với điều kiện cụ
thể.

quan đến các vấn kỹ thuật cần
đề cần tiếp cận
thiết
- Tính tốn thử
nghiệm với các
số liệu cụ thể để
kiểm định tính
chính xác của
cơng suất thu
được

4.5

Tính tốn ước lượng
thời gian gia nhiệt
cho tấm nhựa

- Phương Xem xét phương
pháp năng thức truyền nhiệt

lượng
bằng bức xạ
nhiệt

- Tập hợp tất cả
Thời gian gia
các TLTK liên
nhiệt
quan đến các vấn
đề cần tiếp cận

4.6

Thành lập phương
trình truyền nhiệt

- Phương Xem xét cả ba
pháp năng hình thức truyền
lượng
nhiệt là bức xạ
nhiệt, dẫn nhiệt
và đối lưu nhiệt
của khuôn phù
hợp với điều
kiện cụ thể.

- Tập hợp tất cả
Phương trình
các TLTK liên
truyền nhiệt

quan đến các vấn
đề cần tiếp cận
- Tính tốn thử
nghiệm với các
số liệu cụ thể để
kiểm định tính
chính xác của
cơng suất thu
được

4.7

Lựa chọn ngun lý
và thiết kế tổng thể
thiết bị nhiệt định
hình

- Phương
pháp phân
tích tổng
hợp
- Phương
pháp quy
nạp
- Phương
pháp
chuyên
gia

Xem xét tổng thể

các bài toán kết
cấu, độ bền các
chi tiết máy

- Tập hợp tất cả
Bản thiết kế
các TLTK liên
tổng thể của
quan đến các vấn thiết bị
đề cần tiếp cận
- Biến đổi các
cơng thức,
phương trình sao
cho phù hợp với
bài tốn thiết kế
máy để xác định
các thơng số

4.8

Chế tạo và lắp ráp
máy

- Phương
pháp phân
tích hoạt
động, ưu
nhược
điểm


Sử dụng những
kết quả đã làm
được ở các nội
dung từ bước 3

Chế tạo thiết bị
nhiệt định hình
có tính đến việc
sử dụng vật liệu
địa phương

4.9

Tổng quan về nâng
cao chất lượng bề
mặt mẫu in FDM

- Phương Xem xét đến vấn - Tập hợp tất cả
(Các) Phương
pháp phân đề tính chất của các TLTK liên
pháp phù hợp
tích tổng vật liệu nhựa và quan đến các vấn để xử lý nâng

Một thiết bị
nhiệt định hình

11


hợp


mối liên kết giữa đề cần tiếp cận
các lớp trong in
3D FDM.

cao chất lượng
mẫu in 3D
FDM.

4.10

Tổng quan về giảm
tính hấp thụ nhiệt
của khn nhựa

- Phân
tích và
tổng hợp

Xem xét tổng
qt các phương
thức truyền nhiệt
(bức xạ nhiệt,
đối lưu, dẫn
nhiệt) có trong
cơng nghệ nhiệt
định hình

- Tập hợp tất cả
các TLTK liên

quan đến các vấn
đề cần tiếp cận
- Tính tốn
phương trình
truyền nhiệt, cân
bằng nhiệt

(Các) Phương
pháp phù hợp
để giảm tính
hấp thụ nhiệt
của khn nhựa

4.11

Sự kết hợp đồng thời
của nâng cao chất
lượng bề mặt và
giảm tính hấp thụ
nhiệt của khn
nhựa

- Phương
pháp phân
tích hoạt
động, ưu
nhược
điểm

Sử dụng những

kết quả đã làm
được ở các nội
dung ở trên

Phân tích các
phương pháp có
liên quan

Phương pháp
xử lý bề mặt
khn nhựa
phù hợp

4.11b Nghiên cứu tái chế
khuôn nhựa FDM
(không bắt buộc)

Phương
pháp thực
nghiệm

Nghiền nhỏ
khuôn nhựa cho
tái chế

- Tập hợp tất cả
các TLTK liên
quan đến các vấn
đề cần tiếp cận
- Tính tốn q

trình nghiền

Ngun lý máy
băm nhựa
Thiết kế dao
máy băm nhựa

4.12

- Phương
pháp phân
tích và
tổng hợp
- Phương
pháp thực
nghiệm
khoa học
- Phương
pháp
chuyên
gia (đánh
giá, phản
biện)

Sử dụng những
kết quả đã làm
được ở nội dung
bước 11

Tổng hợp lại quá

trình quản lý
thiết kế, chế tạo
và thử nghiệm
thiết bị nhiệt
định hình và
khn nhựa: ứng
dụng các phương
pháp phân tích
đánh giá cùng sự
tư vấn của các
chuyên gia để cải
tiến, hoàn thiện
nhằm thỏa mãn
tất cả các yêu cầu

Bộ số liệu thử
nghiệm và các
phân tích đánh
giá
Các thơng số
kỹ thuật của
thiết bị

Thử nghiệm và phân
tích

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu
Đề tài nhằm mục tiêu ứng dụng công nghệ in 3D FDM vào việc chế tạo khuôn trong kỹ
thuật nhiệt định hình, vốn yêu cầu nhiệt độ cao – nhiệt độ cài đặt của nhiệt điện trở ~3000C,
nhiệt độ chảy dẻo của các loại màng nhựa thường dùng ~1600C. Để có thể ứng dụng khn

nhựa FDM vào lĩnh vực sản xuất cần nhiệt độ cao như thế, có hai vấn đề kỹ thuật cần phải
12


được khắc phục, bao gồm độ bóng bề mặt và lượng nhiệt hấp thụ của khuôn. Chất lượng bề
mặt của mẫu in FDM thường không cao do mối ghép giữa các sợi nhựa giữa các lớp. Đồng
thời, vì mục tiêu của đề tài hướng đến khả năng sử dụng rộng rãi nên nhựa in thơng thường
được sử dụng thay vì nhựa chịu nhiệt kỹ thuật cao vốn đắt tiền và chưa phổ biến ở Việt
Nam. Do đó, vấn đề giảm lượng nhiệt hấp thụ của khuôn được đặt ra thay cho nâng cao tính
bền nhiệt của nhựa. Để làm được những điều đó, một mơ hình trực quan của thiết bị nhiệt
định hình được thiết kế dùng phương pháp mơ hình hóa, với sự trợ giúp của CAD. Ở bước
tiếp theo, thiết bị nhiệt định hình được chế tạo thực tế. Sau đó, quy trình ứng dụng khn
nhựa FDM gồm 7 bước được thử nghiệm. Kết quả cho thấy, độ bóng bề mặt có thể tăng từ
2.28 um lên 330,56 nm sau khi được xử lý bằng acetone. Lớp phủ nhơm đóng góp 78.27%
vào kết quả giảm lượng nhiệt hấp thụ của khn nhựa. Nhóm nghiên cứu đã rút ra một kết
luận sơ bộ rằng khn nhựa in 3D có thể được xử lý sau khi in để có thể được ứng dụng vào
một kỹ thuật cần nhiệt độ cao như nhiệt định hình trong việc tạo mẫu nhanh hoặc sản xuất
loạt nhỏ. Đồng thời, nghiên cứu này cũng mở ra một khả năng nghiên cứu sâu hơn về tính
chất của khuôn nhựa trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao theo chu kỳ trong kỹ thuật
nhiệt định hình.

5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận
- 01 bài báo SCOPUS;
- 01 bài báo tạp chí IUH;
- 01 thiết bị nhiệt định hình (khơng bao gồm bơm hút chân không);
- 05 khuôn bằng nhựa;
- 01 tập bản vẽ thiết kế;
- 01 quy trình ứng dụng công nghệ in 3D FDM vào kỹ thuật nhiệt định hình.
Như vậy, các kết quả trên đã đáp ứng đầy đủ yêu cầu về các kết quả nghiên cứu và cơng
bố của đề tài.


6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)
Đề tài nhằm mục tiêu ứng dụng công nghệ in 3D FDM vào việc chế tạo khuôn trong kỹ
thuật nhiệt định hình, vốn yêu cầu nhiệt độ cao – nhiệt độ cài đặt của nhiệt điện trở ~3000C,
nhiệt độ chảy dẻo của các loại màng nhựa thường dùng ~1600C. Để có thể ứng dụng khn
nhựa FDM vào lĩnh vực sản xuất cần nhiệt độ cao như thế, có hai vấn đề kỹ thuật cần phải
được khắc phục, bao gồm độ bóng bề mặt và lượng nhiệt hấp thụ của khuôn. Chất lượng bề
mặt của mẫu in FDM thường không cao do mối ghép giữa các sợi nhựa giữa các lớp. Đồng
thời, vì mục tiêu của đề tài hướng đến khả năng sử dụng rộng rãi nên nhựa in thơng thường
được sử dụng thay vì nhựa chịu nhiệt kỹ thuật cao vốn đắt tiền và chưa phổ biến ở Việt
Nam. Do đó, vấn đề giảm lượng nhiệt hấp thụ của khn được đặt ra thay cho nâng cao tính
bền nhiệt của nhựa. Để làm được những điều đó, một mơ hình trực quan của thiết bị nhiệt
định hình được thiết kế dùng phương pháp mơ hình hóa, với sự trợ giúp của CAD. Ở bước
tiếp theo, thiết bị nhiệt định hình được chế tạo thực tế. Sau đó, quy trình ứng dụng khn
nhựa FDM gồm 7 bước được thử nghiệm. Kết quả cho thấy, độ bóng bề mặt có thể tăng từ
2.28 um lên 330,56 nm sau khi được xử lý bằng acetone. Lớp phủ nhơm đóng góp 78.27%
vào kết quả giảm lượng nhiệt hấp thụ của khuôn nhựa. Nhóm nghiên cứu đã rút ra một kết
13


luận sơ bộ rằng khn nhựa in 3D có thể được xử lý sau khi in để có thể được ứng dụng vào
một kỹ thuật cần nhiệt độ cao như nhiệt định hình trong việc tạo mẫu nhanh hoặc sản xuất
loạt nhỏ. Đồng thời, nghiên cứu này cũng mở ra một khả năng nghiên cứu sâu hơn về tính
chất của khuôn nhựa trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao theo chu kỳ trong kỹ thuật
nhiệt định hình.
The project aims to apply FDM 3D printing technology to mold fabrication in
thermoforming technology, which requires high temperature - setting temperature of the
heater ~ 3000C, the working temperature of films, common plastic ~ 1600C. In order to be
able to apply FDM plastic molds in such a high temperature manufacturing field, there are
two technical problems that need to be overcome, including surface quality and heat

absorption of the mold. The surface quality of FDM prints is usually not very good due to
the seam between the layers. At the same time, because the target of the topic is to be
widely used, an ordinary printing filament was used instead of high-tech heat-resistant
plastics, which are expensive and not yet popular in Vietnam. Therefore, the problem of
reducing the amount of heat absorbed was posed instead of improving the thermal stability
of the plastic. To do that, a visualization model of the thermoforming device was designed
using SolidWorks. In the next step, the thermoforming device was actually fabricated. Then,
the 7-step FDM plastic mold application process was tested. The results showed that surface
quality was increased from 2.28 um to 330.56 nm after being treated with acetone.
Aluminum coating contributes 78.27%, to the reduction of heat absorption of the plastic
mold. There was a preliminary conclusion that 3D printed plastic molds can be processed
after printing so they could be applied to a technique that required high temperatures such as
thermoforming in rapid prototyping or small-scale manufacturing. At the same time, this
research has also opened up a possibility of further research about the properties of plastic
molds under cyclically high temperature and pressure in thermoforming techniques.

14


III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo
3.1. Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3)
TT

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật

Tên sản phẩm

Đăng ký
- Kích thước:

350x250x410 mm;
- 02 nhiệt điện trở kích
thước 240x60 mm.
- Được chế tạo bằng
cơng nghệ in 3D FDM;
- Kích thước: đường
kính 100 mm hoặc
50x100mm

Đạt được
- Kích thước:
350x250x410 mm;
- 02 nhiệt điện trở kích
thước 240x60 mm.
- Được chế tạo bằng
cơng nghệ in 3D FDM;
- Kích thước: đường
kính 100 mm.

1

Thiết bị nhiệt định hình
(khơng bao gồm bơm hút
chân khơng)

2

Khn bằng nhựa

3


Tập bản vẽ thiết kế 2D và
3D

Đầy đủ dung sai kích
thước và yêu cầu kỹ
thuật

Đầy đủ dung sai kích
thước và u cầu kỹ
thuật

4

Quy trình ứng dụng cơng
nghệ in 3D FDM vào kỹ
thuật nhiệt định hình

Rõ ràng, đúng thực tế

Rõ ràng, đúng thực tế

5

Bài báo Tạp chí IUH

Chấp nhận đăng

Chấp nhận đăng


Bài báo Tạp chí ISI /
SCOPUS
Ghi chú:

Chấp nhận đăng

Chấp nhận đăng

6

- Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ được chấp
nhận nếu có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trường ĐH Công Nghiệp Tp. HCM đã cấp kính phí
thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định.
- Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo.
(đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang chính và trang cuối
kèm thơng tin quyết định và số hiệu xuất bản)
3.2. Kết quả đào tạo
TT

Họ và tên

Thời gian
thực hiện đề tài

Tên đề tài
Tên chuyên đề nếu là NCS
Tên luận văn nếu là Cao học

Đã bảo vệ


Nghiên cứu sinh
Học viên cao học
Sinh viên Đại học
15


Ghi chú:
- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận và bằng/giấy
chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành công luận án/ luận
văn;( thể hiện tại phần cuối trong báo cáo khoa học)

IV. Tình hình sử dụng kinh phí
T
T
A
1
2
3
4
5
6
7
8
B
1
2

Nội dung chi
Chi phí trực tiếp
Th khốn chun mơn

Ngun, nhiên vật liệu, cây con..
Thiết bị, dụng cụ
Cơng tác phí
Dịch vụ th ngoài
Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu giữa kỳ
In ấn, Văn phịng phẩm
Chi phí khác
Chi phí gián tiếp
Quản lý phí
Chi phí điện, nước
Tổng số

Kinh phí
được duyệt
(triệu đồng)

Kinh phí
thực hiện
(triệu đồng)

33.421
55.576

33.421
55.576

0.645

0.645


89.642

89.642

Ghi
chú

V. Kiến nghị ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)
Đề xuất Khoa Cơng nghệ Cơ Khí cho phép sử dụng thiết bị nhiệt định hình cho các
nghiên cứu tiếp theo.

VI. Phụ lục sản phẩm ( liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)
1. Tập bản vẽ thiết kế 2D và 3D.
2. Giấy chấp nhận đăng bài báo Tạp chí IUH.
3. Bài báo Scopus.

Chủ nhiệm đề tài

Tp. HCM, ngày ........ tháng........ năm .......
(ĐƠN VỊ)
Phòng QLKH&HTQT
Trưởng (đơn vị)
(Họ tên, chữ ký)

16


PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
(báo cáo tổng kết sau khi nghiệm thu, đã bao gồm nội dung góp ý của hội đồng nghiệm thu)


A. GIỚI THIỆU
Công nghệ cộng vật liệu hay in 3D là cơng nghệ sản xuất tiên tiến, trong đó, vật thể
được chế tạo bằng cách đắp vật liệu theo lớp. Mỗi lớp là một mặt cắt ngang mỏng của vật
thể đó, được tạo ra bằng phần mềm cắt lớp. Có rất nhiều cơng nghệ in 3D, vốn đang trong
q trình phát triển, với những ưu và nhược điểm riêng, trong đó, FDM là cơng nghệ được
sử dụng rất rộng rải [1]. Hình 1 trình bày sơ đồ nguyên lý của công nghệ này [1].
Trên thế giới, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các kỹ thuật in 3D nói chung và
FDM nói riêng, vấn đề khắc phục các yếu điểm của FDM đã được sự quan tâm rất lớn từ cả
từ giới học thuật lẫn các nhà công nghiệp, rất nhiều cơng trình nghiên cứu xử lý bề mặt mẫu
in 3D cũng như tăng cường tính chịu nhiệt của chúng đã được thực hiện [2].
Rất nhiều nghiên cứu tập trung vào việc phân tích, mơ hình hóa và cải thiện độ bóng bề
mặt của mẫu in FDM [1]. Các nghiên cứu này có thể được phân vào 3 dạng: (i) tối ưu hóa
trước khi in, (ii) tối ưu hóa các thông số in và (iii) xử lý bề mặt sau khi in. Tối ưu hóa trước
khi in bao gồm tối ưu hóa thiết kế của mơ hình 3D, hướng in, và những biện pháp nhằm làm
tăng sự bám dính giữa mẫu in và bàn in. Tối ưu hóa các thơng số in bao gồm những cài đặt
trong q trình in và phương pháp cắt lớp để giảm hiệu ứng bậc thang (staircase effect). Xử
lý bề mặt sau khi in bao gồm rất nhiều biện pháp áp dụng trực tiếp cho bề mặt của mẫu in.

17


Hình 1. Sơ đồ ngun lý của cơng nghệ FDM [1]

Để tối ưu hóa trước khi in và tối ưu hóa các thơng số in, rất nhiều nghiên cứu đã được
tóm tắt trong [1,3,4]. Có rất nhiều kỹ thuật tối ưu hóa đã được sử dụng, ví dụ như phương
pháp Taguchi, quy hoạch toàn phần, quan hệ xám (gray relational), phương pháp bề mặt đáp
ứng (response surface methodology – RSM), thiết kế mẫu tổng hợp trung tâm (central
composite design – CCD), giải thuật di truyền (genetic algorithm – GA), logic mờ (fuzzy
logic). Trong đó, phương pháp Taguchi là một cơng cụ hiệu quả để tối ưu hóa q trình
FDM vì nó là một cơng cụ đơn giản nhưng hiệu quả và chi phí thấp. Bên cạnh tối ưu hóa,

Boschetto và các cộng sự [5] phát triển một mơ hình lý thuyết là một hàm của các thơng số
in và hình dạng của mẫu in để dự đoán độ nhám bề mặt của mẫu in.
Để cải thiện độ nhám bề mặt của mẫu in, rất nhiểu quy trình xử lý bề mặt sau khi in đã
được nghiên cứu và ứng dụng. Những quy trình này có thể được phân thành hai loại là hóa
và cơ [2]. Phương pháp hóa bao gồm xử lý bề mặt bằng hóa chất, sơn và phủ / mạ bề mặt.
Các tác giả [6-11] đề xuất xử lý bề mặt bằng hóa chất (dung dịch acetone) để chỉnh sửa bề
mặt của mẫu in ABS. Sau khi xử lý bề mặt mẫu in bằng acetone, độ nhám bề mặt được cải
thiện đáng kể mà độ chính xác về mặt kích thước vẫn được đảm bảo. Tuy nhiên, việc tiếp
xúc trực tiếp trong thời gian dài với acetone có thể gây hại cho con người. Jin và các cộng
sự [12] dùng hơi dichloromethane để xử lý bề mặt mẫu in bằng nhựa polylactic acid (PLA).
Kuo và Su [13] dùng một miếng cao su silicone để cải thiện chất lượng bề mặt mẫu in dùng
nhựa epoxy có gốc nhơm, hình 2. Trong phương pháp này, các tác giả cần phải làm thêm
một miếng cao su silicone có biên dạng tương tự như bề mặt mẫu in. Reeves và Cobb [14]
dùng nhựa epoxy có tính quang hóa (photocurable) để trám vào những vị trí mà đường hàn
giữa các lớp khơng tốt để tăng độ bóng bề mặt của mẫu in stereolithography (SL).
18


Hình 2. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp cải thiện chất lượng mẫu in FDM bằng nhựa epoxy
có gốc nhôm [13]

Các phương pháp cơ bao gồm gia công cắt gọt, gia cơng nhiệt, gia cơng bằng dịng chảy
mài mịn (abrasive flow machining – AFM), mài trong thùng cát (barrel finishing – BF), bắn
cát (sand blasting) và chà nhám. Trong các cơng trình nghiên cứu của Kulkarni và Dutta
[15] và Boschetto cùng các cộng sự [16], máy phay CNC được dùng để cải thiện độ nhám
bề mặt của mẫu in. Tuy nhiên, với những bề mặt phức tạp thì phương pháp này tốn rất nhiều
thời gian do vấn đề gá đặt, tạo và đổ G-code cho máy. Thêm vào đó, đơi khi, có những vùng
trên mẫu in mà dao CNC không thể gia công được. Williams và Melton [17] dùng phương
pháp AFM để tăng độ bóng bề mặt của lỗ và các bề mặt nhỏ phức tạp. Tuy nhiên, phương
pháp này có một nhược điểm rất lớn là khó kiểm sốt được sự phân bố áp suất của dịng lưu

chất, dẫn đến lượng gia công không đồng đều. Boschetto và Bottini dùng kỹ thuật BF, hình
3a, [18] và kỹ thuật BF kết hợp với mơ hình tốn học, hình 3b, [19] để cải thiện chất lượng
bề mặt của mẫu in. Tuy nhiên, chất lượng xử lý vẫn chưa đồng đều, đặc biệt là ở những góc
khuất hầu như chưa được gia cơng, trong khi những chi tiết nhỏ ở phía ngồi thì bị mài mịn
rất nhiều. Cịn Pandey và các cộng sự [20] thì dùng phương pháp gia cơng nhiệt mà cụ thể là
máy cắt (hot cutter machining - HCM) để giảm độ nhám bề mặt của mẫu in từ giá trị ban
đầu 6-10 µm xuống xấp xỉ 0.5 µm. Nhược điểm chính của HCM là vẫn có những vị trí
khơng thể gia cơng được, đối với những mẫu in phức tạp. Phương pháp cơ đơn giản hơn là
bắn cát [21]. Tuy nhiên phương pháp này vẫn rất khó điều chỉnh và kiểm sốt độ đồng đều,
do đó vẫn cần những phương pháp phù hợp hơn [2].

Hình 3. a. Thiết bị mài bằng thùng cát [18]; b. Sơ đồ thiết bị mài thùng cát cho mơ hình tốn
[19]

Để khắc phục những vấn đề liên quan đến tính chịu nhiệt của mẫu in FDM, Rajaguru và
các cộng sự [22] dùng phương pháp mạ vô điện (electroless-plating) để mạ một lớp nikel
19


mỏng lên trên bề mặt mẫu in. Những mẫu in đã được xử lý bề mặt này sau đó được dùng để
làm lõi khuôn cho ép phun cho sản xuất loạt nhỏ những sản phẩm nhựa. Nhiều tác giả khác
cũng dùng kỹ thuật này [23-25], có thể có thêm cơng đoạn xử lý bề mặt trước khi mạ. Cần
lưu ý rằng, công đoạn xử lý bề mặt trước khi mạ khá phức tạp, bao gồm chà nhám, ăn mòn
bằng acid, trung hịa và kích hoạt bằng một loại acid khác [23, 24], sau đó mạ bằng acid [23,
24] hoặc phủ palladium [25]. Zhou và các cộng sự [26] sử dụng phương pháp mạ điện
(electro deposition) để phủ nikel lên mẫu nhằm cải thiện độ cứng và độ bền của mẫu in SL.
Các tác giả đã đo và phân tích tính dẫn điện của mẫu mạ nhưng chưa phân tích tính chất
nhiệt của các mẫu này. Còn Tak và các cộng sự [27] thì dùng một phương pháp đơn giản
hơn, đó là phun phủ sơn chứa kim loại thay cho quá trình hóa học phức tạp và độc hại. Tuy
nhiên, kết luận chung là mẫu in FDM hiện tại chưa thể sử dụng làm lõi khn ép phun được

vì khả năng tản nhiệt kém của vật liệu nhựa, hình 4 [28].

Hình 4. So sánh lõi khuôn chế tạo bằng FDM (màu trắng) và PolyJet (màu vàng) [28]

Tương tự, Sagar Kumar và Amit Kumar Singh cũng thử nghiệm ứng dụng in 3D vào
cơng nghệ ép phun. Họ có kết luận rằng kỹ thuật FDM truyền thống vẫn chưa thể được sử
dụng cho những cơng nghệ địi hỏi nhiệt độ và áp suất cao, thay vào đó, họ dùng kỹ thuật in
PolyJet [29]. Hình 5 trình bày sơ đồ nguyên lý của máy in PolyJet (Stratasys Object 350
connex) sử dụng tia UV mà các tác giả này đã sử dụng. Máy này vốn có giá từ 100,000 usd
(2.3 tỷ đồng) đến 250,000 usd (5.8 tỷ đồng) tùy theo các phụ kiện đi kèm [30]. Giá của một
máy in PolyJet phổ thơng trung bình khoảng 30,000 usd (khoảng 0.7 tỷ đồng) [31].

20


Hình 5. Sơ đồ nguyên lý của máy in PolyJet sử dụng tia UV [29]

Trong khi đó Boros, R. và các cộng sự [32] cũng ứng dụng in 3D FDM vào ép phun,
nhưng theo một cách khác. Các tác giả ứng dụng in 3D FDM làm một phần sản phẩm ép phun,
lợi dụng nhiệt độ cao và áp suất cao của dòng nhựa từ máy ép phun để tạo nên một sản phẩm ghép,
một phần FDM, một phần ép phun, hình 6 [32].

Hình 6. Ứng dụng in 3D FDM làm một phần sản phẩm ép phun [32]

Cũng đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng in 3D trong một lĩnh vực khác có nhiệt độ
vận hành khá cao là nhiệt định hình, chủ yếu là lĩnh vực nha khoa. Sau khi mơ hình 3D của
hàm răng được in ra bằng kỹ thuật in 3D, kỹ thuật nhiệt định hình được sử dụng để tạo các
tấm niềng chỉnh răng [33]. Hình 7a mơ tả thiết bị nhiệt định hình và hình 7b mô tả niềng
21



răng bằng nhựa được tạo ra từ thiết bị nhiệt định hình đó. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, các tác
giả sử dụng nhựa kháng nhiệt, chống cháy ULTEM 9085 (polyetherimide) để khắc phục
nhược điểm về tính chịu nhiệt của nhựa. Loại nhựa này có giá khoảng 1.6 triệu vnđ (75 – 80
usd [34]), chưa tính phí giao hàng, và chưa có bán tại Việt Nam, trong khi sợi nhựa ABS
thường có giá từ 0.2 triệu vnđ.

Hình 7. a. Thiết bị nhiệt định hình [33]; b. Niềng răng bằng nhựa [33]

Tương tự, Gajdos và các cộng sự [35] cũng dùng khuôn in 3D FDM, vật liệu ULTEM
9085, cho nhiệt định hình. Nhiệt độ làm việc của thiết bị là 175°C. Tuy nhiên, các tác giả
không nghiên cứu về tuổi thọ của khn và sản phẩm được tạo ra có bề mặt rất thơ. Thiết bị
nhiệt định hình, phần lớn được in bằng nhựa chịu nhiệt và chống cháy, được minh họa trong
hình 8a, cịn sản phẩm mẫu được trình bày trong hình 8b.

Hình 8. a. Thiết bị nhiệt định hình bằng nhựa [35]; b. Sản phẩm mẫu [35]

Rayegani và các cộng sự [36] trình bày rất nhiều ưu điểm khi ứng dụng FDM vào nhiệt
định hình:
i) FDM giúp giảm rất nhiều thời gian và nhân công lao động cho việc làm khuôn;
22


ii) Khn tạo ra bởi kỹ thuật FDM có độ rỗng ở bên trong, khơng mất thời gian làm lỗ
thốt khí trong khi có thể bố trí các lỗ thốt khí đồng đều hơn làm tăng chất lượng sản
phẩm;
iii) Khn FDM cịn có thể giúp giảm thời gian chu kỳ.
Các tác giả này dùng nhựa polyphenylsulfone (PPSF) [36]. Đây là loại nhựa chịu nhiệt và
có tính kháng hóa chất [34]. PPSF thuộc loại nhựa vơ định hình, có Tg là 220°C [34]. Giá của
loại nhựa này khoảng hơn 1.4 triệu vnđ (70 usd) chưa kể phí giao hàng. Các tác giả cho biết đây

là những sản phẩm mẫu, hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ là cho sản xuất. Trong nghiên cứu này,
các tác giả khơng phân tích các tính chất về nhiệt của khuôn in 3D FDM cũng như tuổi thọ của
chúng. Thêm vào đó, chất lượng bề mặt của cả khn và mẫu nhiệt định hình đều có chất lượng
bề mặt khơng cao, hình 9 a và b.

Hình 9. a. Khn nhựa cho thiết bị nhiệt định hình [36]; b. Sản phẩm mẫu [36]

Gần đây, Rodríguez-Parada, L. và các cộng sự đến từ Tây Ban Nha [37] bắt đầu thử
nghiệm ứng dụng kỹ thuật nhiệt định hình vào ngành đóng gói. Các tác giả dùng kỹ thuật in
3D FDM với máy in Witbox® có chiều dày lớp in tối thiểu chỉ 20 micromet, giá 1,600 usd
(khoảng 36 triệu đồng). Bề mặt mẫu in trơn mịn hơn rất nhiều so với các máy in FDM phổ
thơng tại Việt Nam, hình 10a và b. Tuy nhiên, các tác giả chưa nghiên cứu tính bền nhiệt
của các khn này.

23


Hình 10. a. Khn nhiệt định hình bằng nhựa [37]; b. Sản phẩm mẫu [37]

Song song với đó, các cơng ty sản xuất máy in 3D, các nhà công nghiệp cũng rất
khuyến khích ứng dụng FDM vào kỹ thuật nhiệt định hình. Tuy nhiên, họ khuyên dùng
nhựa kỹ thuật, chịu nhiệt [38, 39] hoặc công nghệ in PolyJet [40, 41].
Tuy cơng nghệ in 3D nói chung và cơng nghệ FDM nói riêng đã phát triển rất mạnh mẽ
trên thế giới, nhưng trong nước, tạo mẫu nhanh chủ yếu là dùng để làm các mẫu đơn giản,
có chức năng minh họa là chính, giá trị gia tăng chưa cao. Cũng có một số nhà sản xuất,
cung cấp máy in 3D quan tâm đến việc tăng tính ứng dụng của FDM. Tuy nhiên, đa số họ
chỉ dừng lại ở việc dịch lại một số bài báo, bài viết của nước ngoài, chưa có những ứng
dụng cụ thể. Một số nhà cơng nghiệp đề xuất ứng dụng khuôn in 3D vào công nghệ ép phun
cho sản xuất loạt thấp, kiểm thử khuôn mẫu [42]. Họ khuyên dùng nhựa chịu nhiệt
Formlabs High Temperature hoặc nhựa Stratasys Digital ABS dùng công nghệ in PolyJet.

Tuy nhiên, đây chỉ là bài dịch từ trang báo nước ngoài, hình 11 [43], khơng phải là thực
nghiệm của họ.

Hình 11. Ứng dụng in 3D FDM làm khuôn đầu nối USB [43]

Trong [44], các tác giả chỉ ra rằng in 3D giúp giảm chi phí tạo mẫu khn thổi. Các sản
phẩm chai lọ, can nhựa thông thường được làm bởi công nghệ thổi khuôn. Các tấm khuôn
được gia công trên máy CNC và bằng chất liệu kim loại. Thời gian để chế tạo bộ khuôn thổi
rất lâu. Từ công đoạn chuẩn bị, lập trình chạy dao CNC và đánh bóng lịng khuôn… Bạn
24