Công nghệ in 3D kim loại - Bước đột phá trong công nghiệp chế tạo (Phần 1)

Công nghệ Additive Manufacturing (AM) – hay in 3D (3D printing) cho phép chế tạo trực tiếp một chi tiết từ mô hình CAD bằng cách đắp vật liệu theo từng lớp. Do đó các chi tiết phức tạp có thể được chế tạo mà không cần sử dụng đồ gá, dụng cụ cắt hay dung dịch làm mát như trong gia công cắt gọt. Đặc biệt các công nghệ AM sử dụng vật liệu kim loại phát triển được xem như một bước đột phá trong ngành công nghiệp chế tạo. AM/in 3D không chỉ áp dụng cho tạo mẫu nhanh mà công nghệ này còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và kỹ thuật y sinh để chế tạo chi tiết bằng vật liệu kim loại với mục đích sử dụng trực tiếp.

Công nghệ AM còn được biết đến như in 3D, đã phát triển được hơn 35 năm. Nguyên lý chế tạo chi tiết của công nghệ AM là đắp vật liệu theo các lớp liên tiếp (xếp chồng từ dưới lên trên). Các lớp này được định nghĩa bằng cách cắt mô hình 3D bởi các mặt phẳng nằm ngang.

Kỹ thuật AM lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1980, với công nghệ Sterolithography – quá trình làm đông đặc các lớp mỏng polyme được hóa lỏng bằng chùm tia laser. Ban đầu công nghệ AM được dùng với mục đích tạo mẫu nhanh. Hiện nay, AM được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ về công nghệ và vật liệu sử dụng. Do vậy AM không chỉ đơn thuần ứng dụng trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh mà còn cho phép chế tạo các chi tiết với mục đích sử dụng trực tiếp, đặc biệt là công nghệ AM sử dụng vật liệu kim loại đã được thương mại hóa và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp chế tạo ô tô, hàng không vũ trụ.

Theo báo cáo của tổ chức Wohlers trong năm 2014, công nghệ AM được cung cấp trên thị trường thế giới tăng 38,9% tính từ năm 2013, và đạt doanh thu 2.015 tỷ USD. Công nghệ AM đã và đang thu hút sự đầu tư lớn cho nghiên cứu từ các viện nghiên cứu và trường đại học, cũng như các tập đoàn công nghiệp trên toàn thế giới. Đi đầu nghiên cứu trong lĩnh vực này phải kể đến ccacs nước có nền khoa học và công nghệ tiên tiến, như Mỹ, Đức, Pháp, Nhật và Trung Quốc. Trong năm 2015, đã có 280.000 máy AM được bán trên thị trường thế giới, trong đó số máy được lắp đặt tại Mỹ chiếm 38%, tại Nhật Bản (9,7%), tại Đức (9,4%), Trung Quốc (8,7%) và Pháp (3.3%).

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ AM hiện nay đang chứng tỏ là một bước đột phá trong ngành công nghệ chế tạo, đồng thời mở ra các hướng thiết kế tối ưu sản phẩm…

(Còn tiếp)

Theo Mai Ngọc Anh – Trung tâm Công nghệ - Học viện Kỹ thuật quân sự