BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM IN 3D
TỪ BỘT NHỰA
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV2020-103

S KC 0 0 7 4 0 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM IN 3D TỪ BỘT NHỰA
SV2020 - 103

Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN TRUNG KIÊN

TP Hồ Chí Minh, 07/2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN KÉO SẢN PHẨM IN 3D TỪ BỘT NHỰA
SV2020 - 103

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật
SV thực hiện:
Nguyễn Trung Kiên

Dân tộc:
Kinh
Lớp, khoa: Đào tạo Chất Lượng Cao
Ngành học: Cơng nghệ kỹ thuật cơ khí

Nam, Nữ:

Nam

Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: 4

Người hướng dẫn: ThS. Trần Thái Sơn

TP Hồ Chí Minh, 07/2020


MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................. iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................v
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH......................................................... vi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: ...............................................................................................................2
TỔNG QUAN .............................................................................................................2
1.1. Tình hình về cơng nghệ in 3D .......................................................................2
1.1.1. Khái quát về các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay ........................3
1.1.2. Ứng dụng của in 3D ................................................................................9
1.2. Lý do chọn đề đề tài ....................................................................................13
1.3. Lý do chọn đề tài .........................................................................................15

1.4. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................15
1.5. Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................15
CHƯƠNG 2: .............................................................................................................16
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................16
2.1. Công nghệ in 3D SLS ...................................................................................16
2.1.1. Nguyên lý thiêu kết bột nhựa bằng laser ...........................................16
2.1.2. Các loại vật liệu được dùng cho công nghệ in 3D SLS ....................16
2.1.3. Vật liệu bột nhựa PE............................................................................17
2.2. Độ bền kéo của chi tiết ................................................................................18
2.2.1. Khái quát độ bền của chi tiết ..............................................................18
2.2.2. Độ bền kéo của chi tiết .........................................................................19
2.3. Các tiêu chuẩn thử kéo cho sản phẩm nhựa ............................................19
2.4. Các thông số in 3D ảnh hưởng đến độ bền kéo của sản phẩm .............20
CHƯƠNG 3: .............................................................................................................21
i


CHẾ TẠO MẪU THỬ BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN 3D LASER BỘT (SLS)..........21
3.1. Thiết kế mẫu thử .........................................................................................21
3.1.1. Tiêu chuẩn thiết kế mẫu ......................................................................21
3.2. Chương trình điều khiển: ..........................................................................23
3.3 Chế tạo mẫu ..................................................................................................24
3.3.1. Các thơng số có thể thay đổi được .....................................................24
3.3.2. Thiết lập các bộ thơng số thí nghiệm .................................................24
3.3.3 Tiến hành chế tạo mẫu thử ..................................................................28
CHƯƠNG 4: .............................................................................................................30
KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ IN 3D LASER BỘT ĐẾN
ĐỘ BỀN KÉO CỦA CHI TIẾT .................................................................................30
4.1. Độ bền kéo ....................................................................................................30
4.2. Phương pháp và trình tự tiến hành xác định độ bền kéo của mẫu thử

...............................................................................................................................30
4.2.1 Phương pháp kéo ...................................................................................30
4.2.2 Các bước tiến hành kéo ........................................................................30
4.3. Kết quả thu được sau thí nghiệm..............................................................38
4.4. Sự ảnh hưởng của độ bền kéo khi thay đổi các thông số in 3D ............42
4.4.1 Ảnh hưởng của công suất Laser đến độ bền kéo của mẫu ..............42
4.4.2. Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển của laser đến độ bền kéo của
mẫu ...................................................................................................................44
4.4.3. Ảnh hưởng của bề dày vỏ mẫu đến độ bền kéo của mẫu ...............46
4.4.4. Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu ..........48
4.4.5. Ảnh hưởng của mật độ điền đầy đến độ bền kéo của mẫu ............50
4.5. Nhận xét kết quả ..........................................................................................52
CHƯƠNG 5: .............................................................................................................53
TỐI ƯU HÓA Q TRÌNH CHẾ TẠO CHI TIẾT TỪ CƠNG NGHỆ IN 3D SLS 53
5.1. Phương pháp Taguchi .................................................................................53
5.1.1. Khái quát về phương pháp Taguchi ..................................................53
ii


5.1.2. Kết quả phương pháp Taguchi ...........................................................55
5.1.3. Nhận xét kết quả ...................................................................................58
5.2. Phương pháp Anova....................................................................................60
5.2.1. Kết quả của phương pháp Anova ......................................................60
5.2.2. Nhận xét kết quả ...................................................................................63
5.3. Phương pháp Mạng Nơron ........................................................................63
5.3.1. Trình tự các bước tiến hành ...............................................................63
5.3.2 Nhận xét kết quả phương pháp mạng Nơron....................................72
CHƯƠNG 6: .............................................................................................................73
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................73
6.1. Kết luận.........................................................................................................73

6.2. Hướng phát triển.........................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................74
PHỤ LỤC ..................................................................................................................75

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng thông số cơ bản của bột nhựa LDPE
Bảng 3.1 Các kích thước của mẫu thử
Bảng 3.2 Giá trị của các thông số in sau khi thử nghiệm
Bảng 3.3 Thông số in cho phương pháp đơn biến
Bảng 3.4 Các mức độ của thông số in theo phương pháp Taguchi
Bảng 3.5 Thông số cho phương pháp Taguchi
Bảng 4.1 Kết quả lực kéo đứt theo thông số của phương pháp đơn biến
Bảng 4.2 Kết quả lực kéo đứt theo thông số của phương pháp Taguchi
Bảng 4.3 Ảnh hưởng của thông số Công suất đến độ bền kéo của mẫu
Bảng 4.4 Ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển các trục đến độ bền kéo của mẫu
Bảng 4.5 Ảnh hưởng của bề dày vỏ mẫu đến độ bền kéo của mẫu
Bảng 4.6 Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu
Bảng 4.7 Ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu
Bảng 5.1 Bảng giá trị tỷ số S/N
Bảng 5.2 Kết quả tỷ lệ S/N
Bảng 5.3 Kết quả phương pháp Anova

iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT


RP: Rapid Prototyping
AM: Additive Manufacturing
LM: Layered Manufacturing
SLA: Stereolithographic Apparatus
SLS: Selective Laser Sintering
LOM: Laminated Object Manufacturing
FDM: Fused Deposit Modelling
SGC: Soling Ground Curing
STL: Standard Tessellation Language
PA: Polyamide
PE: Polyethylene
LDPE: Low Density Polyethylene
MDPE: Medium Density Polyethylene
HDPE: High Density Polyethylene

v


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mơ hình cấu tạo máy in 3D SLA
Hình 1.2 Sản phẩm của cơng nghệ in 3D SLA
Hình 1.3 Hình dáng máy in và một số sản phẩm cơng nghệ LOM
Hình 1.4 Ngun lý hoạt động của cơng nghệ in 3D FDM
Hình 1.5 Sản phẩm cơng nghệ in 3D FDM
Hình 1.6 Ngun lý hoạt động của cơng nghệ in 3D SLS
Hình 1.7 Sản phẩm in 3D SLS
Hình 1.8 Xe Urbee được sản xuất bằng cơng nghệ in 3D
Hình 1.9 In 3D dùng trong in mạch điện tử

Hình 1.10 Cánh quạt tua bin khí ché tạo bằng in 3D
Hình 1.11 Ứng dụng in 3D trong y tế
Hình 1.12 Ngơi nhà được in 3D ở Trung Quốc
Hình 3.1 Mẫu thử kéo theo tiêu chuẩn ASTM-D638
Hình 3.2 Kích thước để thiết kế mẫu thử loại V
Hình 3.3 Giao diện làm việc chính của Mach3
Hình 3.4 Mẫu thử sau khi in
Hình 3.5 Mẫu thử được lấy khỏi bàn và tiến hành đánh số
Hình 4.1 Mẫu thử đã được đánh số
Hình 4.2 Máy kéo vạn năng INSTRON 3369
Hình 4.3 Máy kéo trong trạng thái khơng làm việc
Hình 4.4 Gắn ngàm cố định
Hình 4.5 Gắn ngàm di động
Hình 4.6 Lắp hệ thống khí nén vào máy kéo
vi


Hình 4.7 Bảng điều khiển
Hình 4.8 Phần mềm Bluehill Lite
Hình 4.9 Kẹp chặt chi tiết vào ngàm
Hình 4.10 Mẫu thử bị kéo đứt trên máy kéo
Hình 4.10 Mẫu thử sau khi bị kéo đứt
Hình 4.11 Biểu đồ kéo và lực kéo đứt
Hình 4.12 Biểu đồ ảnh hưởng của cơng suất đến độ bền kéo của mẫu
Hình 4.13 Biểu đồ ảnh hưởng của tốc độ dịch chuyển đến độ bền kéo của mẫu
Hình 4.14 Bề dày vỏ
Hình 4.14 Biểu đồ ảnh hưởng của bề dày vỏ đến độ bền kéo của mẫu
Hình 4.15 Sự thay đổi Layer trong in 3D
Hình 4.16 Biểu đồ ảnh hưởng của bề dày mỗi lớp in đến độ bền kéo của mẫu
Hình 4.17 Sự thay đổi mật độ in trong in 3D

Hình 4.18 Biểu đồ ảnh hưởng của mật độ in đến độ bền kéo của mẫu
Hình 5.1 Thiết lập yếu tố đầu vào
Hình 5.2 Các thơng số trên Minitab
Hình 5.3 Tỷ lệ S/N của các yếu tố đầu vào
Hình 5.4 Thiết lập yếu tố đầu vào và đầu ra
Hình 5.5 Chọn độ tin cậy là 95%
Hình 5.6 Khởi động Matlab
Hình 5.7 Dùng New variable thiết lập thơng số
Hình 5.8 Nhập thơng số đầu vào
Hình 5.9 Nhập thơng số đầu ra
Hình 5.10 Dùng lệnh “nntool” để tạo mạng nơron
Hình 5.11 Import dư liệu đầu vào và đầu ra
vii


Hình 5.12 Tạo mạng
Hình 5.13 Tiến hành huấn luyện mạng nơron
Hình 5.14 Kết quả huấn luyện mạng nơron
Hình 5.15 Export mạng
Hình 5.16 Tạo new variable và nhập bộ thơng số cần dự đốn sau đó nhập lệnh
network1 (test) để dự đốn bộ thơng số
Hình 5.17 Kết quả dự đốn lực kéo

viii


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Thử nghiệm độ bền kéo sản phẩm in 3D từ bột nhựa
- Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Trung Kiên
- Lớp: 16144CL2

Mã số SV: 16144085

Khoa: Đào tạo Chất Lượng Cao

- Thành viên đề tài:
Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

1

Nguyễn Trung Kiên

16144085

16144CL2

CLC


2

Nguyễn Tấn Khoa

16144077

16144CL2

CLC

3

Nguyễn Tiến Phong

16144125

16144CL2

CLC

- Người hướng dẫn: ThS. Trần Thái Sơn
2. Mục tiêu đề tài:
Thử nghiệm đồ bền kéo của 138 sản phẩm.
3. Tính mới và sáng tạo:
In 3D SLS là công nghệ mới, việc thử nghiệm độ bền kéo cho ra các thơng số ảnh
hưởng góp phần dự đốn được các thơng số ảnh hưởng lên sản phẩm in 3D từ vật
liệu bột. Bên cạnh đó đóng góp cho việc nghiên cứu sâu hơn vào cơng nghệ này.
4. Kết quả nghiên cứu:
Kết quả nghiên cứu cho thấy các thông số khi tăng giá trị sẽ làm tăng lực kéo đứt:
Công suất laser, bề dày vỏ, mật độ in. Các thông số khi tăng sẽ làm giảm lực kéo

đứt: tốc độ dịch chuyển và bề dày của mỗi lớp in. Trong đó, thơng số bề dày mỗi
lớp in có ảnh hưởng lớn nhất đến độ bền kéo của sản phẩm

ix


5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng
và khả năng áp dụng của đề tài:
Công nghệ in 3D SLS là một cơng nghệ có nhiều tiềm năng nên việc phát triển và
mở rộng các đề tài liên quan là rất cần thiết. Đề tài trong đồ án này sẽ là nền tảng và
đóng góp phát triển nghiên cứu sâu hơn
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí
nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu
có):

Ngày 27 tháng 07 năm 2020
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện
đề tài :

Ngày 27 tháng 07 năm 2020
Người hướng dẫn

x


MỞ ĐẦU
Cơng nghệ in 3D nói chung, là cơng nghệ mang tính đột phá, đầy hứa hẹn, đang

được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng sâu rộng trong nhiều lĩnh vực của đời sớng
và sản xuất. Trong đó, cơng nghệ in 3D SLS (Selective Laser Sintering) là công nghệ
sử dụng tia laser công suất cao thiêu kết (nung chảy và kết dính) vật chất (ở dạng bột)
một cách có chọn lọc đã được ứng dụng nhiều trên thế giới; tuy nhiên, ở Việt Nam
việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này chưa thật sự rộng rãi. Do đó việc xác
định được độ bền, đặc biệt là độ bền kéo của sản phẩm được chế tạo từ công nghệ in
này là một vấn đề cần thiết và quan trọng. Các thơng sớ trong quá trình cài đặt có ảnh
hưởng khơng nhỏ đến đặc tính của chi tiết in, chúng liên quan mật thiết với nhau và
cần được nghiên cứu. Trong đồ án này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông
số in 3D SLS đến độ bền kéo của sản phẩm, từ đó tới ưu hóa bộ thơng sớ in để sản
phẩm đạt được độ bền kéo cao nhất. Quá trình thự hiện gồm việc chế tạo mẫu thử với
5 thơng sớ cần kiểm tra đó là: cơng suất laser (Laser Power), tốc độ dịch chuyển bàn
máy (Feed), bề dày vỏ (Shell), bề dày mỗi lớp in (Layer height) và mật độ in (Infill
density). Thu thập các kết quả thí nghiệm, lập biểu đồ và rút ra nhận xét về sự ảnh
hưởng của các thông số đến độ bền kéo của sản phẩm in. Bên cạnh đó áp dụng các
phương pháp khoa học như: Taguchi, Anova, Mạng Nơron; và các phần mềm chuyên
dụng để tối ưu được các thông số in, nâng cao độ bền kéo cho sản phẩm. Kết quả rút
ra từ quá trình thực hiện đồ án là: các thơng sớ in có ảnh hưởng nhất định đến độ bền
kéo của sản phẩm, trong sớ đó thì bề dày mỗi lớp in là ảnh hưởng nhiều nhất. Đồng
thời xác định bộ thông số tối ưu cho quá trình như sau: cơng suất là 2,5W; tớc độ dịch
chuyển là 465mm/ph; bề dày vỏ là 1mm; bề dày mỗi lớp in là 0,6mm; mật độ in là
60%; và tạo huấn luyện được mạng nơron nhằm giúp dự đoán được lực kéo đứt của
sản phẩm với độ tin cậy cao mà không cần chế tạo và thử nghiệm.

1


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN
1.1. Tình hình về cơng nghệ in 3D

Ngun mẫu (Prototype) là một phần quan trọng của quá trình phát triển sản
phẩm. Ngun mẫu đóng một số vai trị trong quá trình phát triển sản phẩm như thử
nghiệm và học tập, thử nghiệm và chứng minh, giao tiếp và tương tác, tổng hợp và
phân tích, liệt kê. Q trình tạo mẫu đã trải qua ba giai đoạn phát triển như tạo mẫu
thủ công, tạo mẫu mềm hoặc tạo mẫu ảo và tạo mẫu nhanh. Hai trong số đó mới chỉ
xuất hiện trong hai thập kỷ qua như quy trình mơ hình hóa trong đồ họa máy tính.
Ngun mẫu của mơ hình vật lý đang phát triển qua giai đoạn thứ ba, do vòng đời
sản phẩm ngày càng ngắn hơn do sự phát triển cơng nghiệp nhanh chóng và nhu cầu
đa dạng của khách hàng, việc giảm thời gian, trong thời gian phát triển sản phẩm
mới là vấn đề quan trọng (Rossi et al., 2004). Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid
prototyping) là công nghệ được sử dụng từ cuối những năm 1980 đã có vị trí trong
CAD / CAM và được kỳ vọng hướng tới môi trường sản xuất năng động. RP là quy
trình sản xuất bồi đắp (AM - Additive Manufacturing) hoặc quy trình sản xuất đắp
lớp (LM – Layered Manufacturing) trong đó mơ hình máy tính 3D được cắt và ghép
lại trong lớp không gian thực dựa trên hình thức nguyên liệu ban đầu được sử dụng
và phương pháp làm cứng chẳng hạn như quy trình tạo mẫu lập thể (SLA - Stereo
lithographic Apparatus), thiêu kết laser chọn lọc (SLS - Selective Laser Sintering),
công nghệ sử dụng vật liệu nhiều lớp (LOM - Laminated Object Manufacturing),
công nghệ lắng đọng bằng đùn (FDM - Fused Deposit Modelling) và đông cứng bề
mặt rắn (SGC - Soling Ground Curing) đã được giới thiệu ra thị trường. Một trong
những cách tốt hơn là phân loại rộng rãi các hệ thống tạo mẫu nhanh theo hình thức
ban đầu của vật liệu của nó, tức là vật liệu mà các nguyên mẫu là một phần được
chế tạo. Theo cách này, tất cả các hệ thống RP có thể dễ dàng được phân loại thành:
• Dạng lỏng
• Dạng rắn
• Dạng bột (Chua et al., 2010). [4]

2



1.1.1. Khái quát về các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay
1.1.1.1 Nguyên lý chung của in 3D
Để bắt đầu in 3D, người ta cần một bản thiết kế vật thể 3D trên phần mềm CAD,
một phần mềm quen thuộc hỗ trợ thiết kế trên máy tính. Mơ hình của vật thể hoặc
được thiết kế trực tiếp trên phần mềm này hoặc được đưa vào phần mềm thông qua
việc sử dụng thiết bị quét laser. Sau khi bản thiết kế được hoàn thành, ta cần tạo ra
tài liệu STL - Standard Tessellation Language, một dạng tài liệu quen thuộc với công
nghệ sản xuất đắp dần. Tạo ra một file theo ngôn ngữ dạng lưới tiêu chuẩn là chia
một vật thể thành những đa giác nhỏ hơn, để mô phỏng cho cấu trúc bên ngoài và
cả bên trong của vật thể. Đây là phần rất quan trọng trong sản xuất đắp dần. Khi tài
liệu đã được hoàn thiện, hệ thống sẽ chia nhỏ thiết kế mẫu thành nhiều lớp khác
nhau và chuyển thông tin đến thiết bị sản xuất đắp dần. Sau đó, hệ thống sản xuất
đắp dần sẽ tự chế tạo vật thể theo từng lớp một cho đến khi vật thể cần sản xuất
được hoàn thiện. Để sản xuất các vật thể, các hệ thống máy in 3D sử dụng kết hợp
nhiều công nghệ khác nhau. Các công nghệ này được phân loại dựa vào bản chất
vật liệu. In 3D hay sản xuất đắp dần có thể làm việc với vật liệu rắn (nhựa, kim loại,
polymer), vật liệu lỏng (nhựa lỏng đông cứng lại nhờ tác động của laser hay ánh
sáng điện tử), hay vật liệu dạng bột(bột kim loại, bột gốm kết dính với nhau tạo
thành sản phẩm…) ([1], trang 7).
1.1.1.2. Công nghệ tạo mẫu lập thể (SLA)
Được phát triển bởi Chuck Hull, đây là công nghệ in 3D xuất hiện đầu tiên và
cũng là công nghệ in 3D chi tiết chuẩn xác nhất, có sai số thấp nhất trong các công
nghệ in 3D khác. Công nghệ in 3D SLA là một công nghệ in 3D vẫn hoạt động theo
nguyên tắc “đắp lớp” có đặc điểm khác biệt với các công nghệ khác là dùng tia UV
làm cứng từng lớp vật liệu in (chủ yếu là nhựa lỏng). Lớp in SLA có thể đạt từ 0.06,
0.08, 0.1,… mm.
Về nguyên lý hoạt động: Sau khi tập tin 3D CAD được kết nối dưới ngơn ngữ
STL (Tessellation language) thì quá trình in được bắt đầu: Lớp nhựa lỏng đắp lên
mẫu 3D thiết kế sẵn tia UV làm cứng lớp nhựa này, sau đó nhiều lớp được đắp lên
nhau cho đến khi đạt chỉ số kỹ thuật của vật thể đã định sẵn.

Ưu điểm: Cơng nghệ SLA có khả năng tạo ra các mơ hình có độ chi tiết cao, sắc
nét và chính xác. Về các cơng nghệ in 3D sử dụng vật liệu nhựa, thì đây là cơng
nghệ

3


tạo ra sản phẩm in 3D là nhựa tốt nhất, có thể sử dụng ngay, độ phân giải, độ mịn
cao, có thể nói là cao nhất hiện nay.
Nhược điểm: Vật liệu in 3D khá đắt, sản phẩm in 3D bị giảm độ bền khi để lâu
dưới ánh sáng mặt trời ([1], trang 7,8).

Hình 1.1 Mơ hình cấu tạo máy in 3D SLA ([1], trang 8)

Hình 1.2 Sản phẩm của cơng nghệ in 3D SLA [10]
4


1.1.1.3. Công nghệ sử dụng vật liệu nhiều lớp (LOM)
Công nghệ LOM được sáng tạo bởi Michael Feygin vào năm 1985 và được tung
ra thị trường năm 1986 bởi công ty California Helisys (Hoa Kỳ). Đây là kiểu in 3D
sử dụng những vật liệu dễ dàng dát mỏng như giấy, gỗ, nhựa…Kiểu in này cho ra
màu sắc chuẩn xác với bản mẫu thiết kế nhất. Trong quá trình in LOM các lớp giấy,
nhựa hoặc kim loại cán mỏng dính bọc được hợp nhất bằng cách sử dụng nhiệt và
áp lực, sau đó cắt thành hình với máy tính điều khiển tia laser và dao cắt. Sau khi
thực hiện quá trình in, bước cuối cùng là gia công và khoan. Các đối tượng 3D được
tạo ra từng lớp,mỗi lớp sẽ được cắt bằng tia laser hoặc dụng cụ cắt chuyên dụng
(cắt theo đường biên dạng với tốc độkhoảng15 (inch/giây) sau đó được dán chặt
từng lớp, từng lớp vào với nhau tạo ra sản phẩm.
Ưu điểm của công nghệ LOM: Vật liệu đa dạng, rẻ tiền. Về nguyên tắc có thể sử

dụng các loại vật liệu: giấy, chất dẻo, kim loại, composites và gốm. Độ chính xác
cao
đạt được tốt hơn 0,25 mm. Bằng việc cắt vật liệu thay vì hóa rắn nó, hệ thống có
thể
bảo vệ được những đặc tính ban đầu của vật liệu. Không cần thiết kết cấu hỗ trợ.
Nhược điểm: Không thu hồi được vật liệu dư. Sự cong vênh của chi tiết thường
là vấn đề chính của phương pháp LOM. Lấy sản phẩm ra khỏi kết cấu hỗ trợ khó
khăn. Độ bóng bề mặt khơng cao ([1], trang 13,14).

5


Hình 1.3 Hình dáng máy in và một số sản phẩm công nghệ LOM ([1], trang 14)
1.1.1.4. Công nghệ lắng đọng bằng đùn (FDM)
Được phát triển bởi S. Scott Crump vào cuối những năm 1980. Hãng Stratasys
bán chiếc máy sử dụng cơng nghệ FDM đầu tiên có tên “3D Modeler” năm 1992.
Máy in 3D dùng công nghệ FDM xây dựng mẫu bằng cách đùn nhựa nóng chảy rồi
hóa rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết dạng khối. Điều đặc biệt của cơng nghệ
này đó là nó khơng chỉ có khả năng in các ngun mẫu mà cịn in được các sản phẩm
hoàn thiện cuối cùng đến tay người dùng. Cơng nghệ này có hiệu suất cao và sử
dụng kỹ thuật in nhiệt dẻo rất có giá trị đối với kĩ sư cơ khí và các nhà sản xuất, nhờ
thế mà thành phẩm có phẩm chất tốt về mặt cơ học, nhiệt và hóa học.
Ưu điểm: Là cơng nghệ in 3D giá rẻ, dễ sửa chữa và thay thế chi tiết máy móc,
in với số lượng lớn, ít tốn nguyên liệu. Thường sử dụng trong các sản phẩm cần
chịu
lực. Tốc độ tạo hình 3D nhanh.
Nhược điểm: Ít khi dùng trong lắp ghép vì độ chính xác khơng cao. Khả năng
chịu lực không đồng nhất ([1], trang 11,12).

6



Hình 1.4 Ngun lý hoạt động của cơng nghệ in 3D FDM ([1], trang 12)

Hình 1.5 Sản phẩm cơng nghệ in 3D FDM [11]
1.1.1.5. Công nghệ thêu kết Laser chọn lọc (SLS)
Công nghệ này được sáng tạo bởi Carl Deckard vào năm 1986 ở Trường đại học
Texas và được cấp bằng sáng chế năm 1989, được đưa ra thị trường bởi tập đoàn
DTM (được thành lập 1987). Thiết bị đầu tiên được thương mại hố vào năm 1992.
Cơng nghệ SLS vận hành tương tự SLA nhưng vật liệu ở dạng bột gốm sứ, thép,
7


titan, nhôm, bạc, thủy tinh,… Tia laser giúp liên kết các hạt bột với nhau. Đặc biệt,
bột thừa sau quy trình có thể tái chế nên rất tiết kiệm. Có thể tạo lớp bằng vật liệu
phụ trợ là keo chuyên dụng (có khi kèm màu sắc nếu in 3D đa sắc màu), hoặc tia
laser, tia UV,….
Ưu điểm: Khả năng tạo mẫu bằng các loại vật liệu dạng bột khác nhau như nhựa,
kim loại, thủy tinh, gốm. Tạo mẫu đa dạng về màu sắc, có thể tạo ra các mẫu hình
dạng phức tạp, không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ, không cần cấu trúc hỗ trợ. SLS
đã
được sử dụng chủ yếu để tạo nguyên mẫu, nhưng gần đây đã được ứng dụng cho
sản
xuất theo từng yêu cầu cụ thể.
Nhược điểm: Phức tạp, chi phí đầu tư cao, chi phí vận hành cao do hao tổn vật
liệu lớn. Các mơ hình kín và có phần rỗng bên trong vẫn phải tiêu tốn một lượng vật
liệu khá lớn ([1], trang 9,10).

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của công nghệ in 3D SLS ([1], trang 9)


8


Hình 1.7 Sản phẩm in 3D SLS [12]
1.1.2. Ứng dụng của in 3D
Công nghệ in 3D đang ngày càng phát triển, không chỉ giúp cho việc chế tạo
khuôn mẫu được chính xác và dễ dàng hơn mà cịn tìm được nhiều ứng dụng trong
thực tế cuộc sống. Công nghệ in 3D đang được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực
công nghiệp sản xuất chế tạo, y khoa, kiến trúc, xây dựng… Dưới đây là những lĩnh
vực chính được ứng dụng công nghệ in 3D ([1], trang 16).
1.1.2.1. Trong công nghiệp sản xuất, chế tạo
Lý do chính khiến cơng nghệ sản xuất đắp dần được sử dụng rộng rãi
trong môi trường cơng nghiệp là do nó cho phép sản xuất các bộ phận với số lượng
ít, bộ phận có hình dạng phức tạp, cắt giảm phế liệu, tạo nhanh sản phẩm thử
nghiệm,
sản xuất theo yêu cầu.
* Trong ngành công nghiệp ô tơ: Ngồi mục đích thử nghiệm, thiết kế, tạo mẫu
và sản xuất một số bộ phận, công cụ lắp ráp đặc biệt, ngành công nghiệp ô tô đã sử
dụng công nghệ in 3D để sản xuất ra những chiếc xe hoàn chỉnh. Trên thực tế, chiếc
xe hơi đầu tiên được tạo ra bằng công nghệ in 3D là Urbee, được sản xuất tồn bộ
bằng cơng nghệ in 3D ([1], trang 16,17).

9


Hình 1.8 Xe Urbee được sản xuất bằng cơng nghệ in 3D ([1], trang 17)
Các nhà sản xuất xe hơi lớn của Hoa Kỳ là Ford, GE và Mattel đang sử dụng in
3D để cắt giảm chi phí và thời gian sản xuất trong giai đoạn tạo mẫu. Ford sử dụng
công nghệ in 3D trong việc chế tạo các đầu xi-lanh được sử dụng trong động cơ
EcoBoost (động cơ sử dụng trong xe đua) nhằm giảm nhiên liệu tiêu thụ. Công đoạn

này đã giảm khoảng 20-45% thời gian sản xuất. Cịn GE thì ứng dụng cơng nghệ in
3D trong q trình sản xuất đầu dị siêu âm, giúp cắt giảm khoảng 30% chi phí hoạt
động ([1], trang 17).
*Trong ngành cơng nghiệp điện tử: Công nghiệp điện tử cũng là một trong
những ngành ứng dụng đầu tiên của in 3D. Máy in 3D đã được sử dụng để chế tạo
các bộ phận phức tạp đặc biệt từ các chất liệu khác nhau và đã mở ra một trào lưu
mới của ngành công nghiệp này. Rõ ràng, khi áp dụng công nghệ này thì những chi
tiết phức tạp được in ra một cách nhanh chóng và chuẩn xác hơn rất nhiều ([1], trang
18).

10


Hình 1.9 In 3D dùng trong in mạch điện tử ([1], trang 18)
*Trong lĩnh vực năng lượng: Hãng Siemen đã chế tạo và thử nghiệm thành
công
cánh quạt động cơ Turbine khí bằng cơng nghệ in 3D, mở đường cho các nhà sản
xuất điện và các thiết bị nặng khác sử dụng công nghệ in 3D, không những để chế
tạo các 19 mơ hình hoặc ngun mẫu mà cịn chế tạo những chi tiết thực tế trong
sản phẩm của họ ([1], trang 18,19).

Hình 1.10 Cánh quạt tua bin khí chế tạo bằng in 3D ([1], trang 19)
1.1.2.2 Trong y tế
Ưu điểm của in 3D được thể hiện rất rõ trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khoẻ
với vơ vàn ứng dụng. Cơng nghệ in 3D rất hữu ích trong sản xuất các mơ hình sinh
học (các mơ hình bộ phận con người như xương, răng, tai giả...). Ngoài ra, cũng
tương tự như việc tạo mơ hình sinh học, cơng nghệ in 3D được dùng để thiết kế và
sản xuất các bộ phận cơ thể giúp cho phẫu thuật tái tạo vàcấy ghép. Các dụng cụ y
11



tế như máy trợ thính, khung đỡ, mặt nạ, răng giả... đều có thể sản xuất bằng cơng
nghệ in 3D theo đúng như kích thước, hình dạng, đặc điểm của từng bệnh nhân ([1],
23).

Hình 1.11 Ứng dụng in 3D trong y tế ([1], trang 26)
1.1.2.3 Trong kiến trúc và xây dựng
Ngành xây dựng đã sẵn sàng để đón nhận một làn sóng kỹ thuật mới gọi là cơng
nghệ In 3D vào việc thi cơng các cơng trình dân dụng từ cầu cống đến các loại kiến
trúc. Nền công nghiệp hiện đại đang tiến dần đến thời kỳ công nghiệp 4.0 đặc trưng
bởi sự phối hợp giữa 3 công nghệ mới – In 3D, cảm biến, và robot; và người ta mỗi
ngày một khám phá thêm những ứng dụng mới từ bộ ba công nghệ này.
Bằng việc sử dụng các chất liệu kim loại từ sắt, thép không rỉ đến nhôm, đồng,
thau, các cánh tay robot phối hợp liên tục để in ra các kết cấu phức tạp của cây cầu
một cách dễ dàng, bắt đầu từ hai bờ tiến vào giữa cho đến khi chiếc cầu được nối
liền.
Các robot làm việc ngay trên phần kết cấu vừa hoàn tất như những người thợ chuyên
nghiệp để cuối cùng cho ra cây cầu hiện đại biểu tượng cho cơng nghệ mới trong
vịng hai tháng ([1], trang 27,28).

12