(Trang 47)
Sau khi học xong bài này, em sẽ:
Phân tích được triển vọng và xu hướng phát triển công nghệ in 3D.
|
Hình 10.1. Máy in 3D trong dây chuyền sản xuất tự động | Mô tả cách thức kết nối của máy in 3D trong dây chuyền sản xuất tự động ở Hình 10.1. |
I – TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ IN 3D
Khám phá
| Hãy quan sát các hình sau và cho biết những sản phẩm nào có thể chế tạo bằng công nghệ in 3D. |
Hình 10.2. Một số sản phẩm trong sản xuất và đời sống
a) Cánh tua bin
b) Cái tai
c) Miếng thịt
(Trang 48)
1. Máy in 3D trở thành công cụ thiết kế phổ biến
| Máy in 3D kích thước vừa và nhỏ sẽ ngày càng trở nên phổ biến như máy in 2D trên giấy đặc biệt ở các phòng thiết kế và phát triển sản phẩm (Hình 10.3). Cùng với các bản vẽ thiết kế 2D, 3D, các sản phẩm in 3D của mô hình thiết kế được sử dụng ngày càng nhiều trong quy trình thiết kế sản phẩm và trao đổi với khách hàng. Do tính phổ biến của máy in 3D trong quy trình thiết kế và chế tạo sản phẩm, việc sử dụng thành thạo máy in 3D dần dần được coi là một kĩ năng nghề nghiệp cần thiết của các kĩ sư thiết kế sản phẩm. |
Hình 10.3. In sản phẩm thiết kế bằng máy in 3D |
Máy in 3D để bàn
2. Công nghệ in 3D ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất
| Sản phẩm chế tạo bằng công nghệ in 3D ngày càng được sử dụng nhiều như sản phẩm cuối cùng mà không cần trải qua bước xử lí khác trong sản xuất công nghiệp (Hình 10.4). Sản phẩm in 3D cũng được sử dụng là sản phẩm thay thế cho các chi tiết máy bị hỏng cho phép nhanh chóng khắc phục các gián đoạn của quá trình sản xuất. Máy in 3D có triển vọng được đưa lên vũ trụ để các phi hành gia có thể tự in ra các sản phẩm thay thế từ các tập tin được truyền trực tiếp từ Trái Đất. |
Hình 10.4. Các sản phẩm in 3D là sản phẩm cuối cùng trong sản xuất |
3. Công nghệ in 3D được sử dụng trong một số lĩnh vực mới của đời sống
- Công nghệ in 3D trong y học tái tạo và truyền dẫn thuốc: Các máy in 3D sinh học hiện nay có tiềm năng tạo ra các mô kĩ thuật như da, sụn, xương..., với hình dáng và kích thước phù hợp với từng bệnh nhân để thay thế các bộ phận bị hỏng hoặc bị truyền dẫn thuốc (Hình 10.5). Các mô kĩ thuật được in 3D từ chất liệu sinh học và tế bào của bệnh nhân cho phép thay thế những bộ phận bị hỏng của chính bệnh nhân đó. Trong công nghệ truyền dẫn thuốc, công nghệ in 3D cho phép tạo ra viên thuốc cho phép kiểm soát chính xác thành phần, liều lượng, thời điểm và khoảng thời gian thuốc gây tác dụng với cơ thể tương ứng với từng bệnh nhân.
Hình 10.5. Cấu trúc khung hỗ trợ sinh học trong công nghệ mô được tạo bằng công nghệ in 3D
(Trang 49)
Thông tin bổ sung
| Máy in 3D sinh học sử dụng mực in sinh học dạng chất lỏng sét được cấu thành từ các mô chất nền tự nhiên kết hợp với tế bào và đường chất để in ra các bộ phận của cơ thể để thay thế cho các bộ phận bị hỏng. Với những mô cứng như xương, sụn, máy in 3D có in ra lỗ khung hỗ trợ lớn trong bản vật liệu từ tiểu huyệt động vật theo tỉ lệ khối lượng/đặc tính vật liệu của cơ quan tế bào ban đầu và sinh trưởng (Hình 10.5). Trong quá trình hình thành, bộ khung đó sẽ tự tiêu hủy trong khi tế bào tiếp tục phát triển để tạo thành mô mới theo hình dạng đã định sẵn của bộ khung đó. Máy in 3D sinh học thường có nhiều đầu in cho phép in nhiều loại vật liệu và độ lớn khác nhau thích ứng với tính phức tạp của các bộ phận trong cơ thể (Hình 10.6). |
Hình 10.6. Mô hình máy in 3D sinh học với ứng dụng trong y học tái tạo |
- Công nghệ in 3D trong chế biến thực phẩm: Hướng nghiên cứu và phát triển thực phẩm in 3D ngày càng gia tăng nhờ khả năng kiểm soát tốt thành phần dinh dưỡng, lượng calo theo nhu cầu của khách hàng và khả năng sử dụng các thành phần có nguồn gốc thực vật, động vật chất phụ gia có sẵn cho sức khỏe tạo ra các sản phẩm in 3D. Máy in 3D có thể chế tạo các miếng thịt có hương vị và hình dáng như miếng thịt gốc hoặc chế tạo các món ăn nhanh khác như bánh pizza hay bánh mì kẹp (Hình 10.7). Những thức ăn mềm được làm từ máy in 3D với đầy đủ chất dinh dưỡng là một xu hướng rất được quan tâm, đáp ứng nhu cầu của người có chế độ dinh dưỡng đặc biệt.
Hình 10.7. Sản phẩm in 3D trong chế biến thực phẩm
a) Miếng thịt in 3D
b) Bánh mì kẹp in 3D
II – XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ IN 3D
1. Tích hợp công nghệ in 3D với thiết bị tự động hoá trên nền công nghiệp 4.0
Tính tự động hoá của công nghệ in 3D ở các khâu chuẩn bị và kết thúc quá trình in còn hạn chế nên các máy in 3D còn hoạt động riêng lẻ chưa có tính hệ thống. Để đưa công nghệ in 3D thành một lĩnh vực sản xuất trong nền công nghiệp 4.0, máy in 3D cần được tích hợp thêm nhiều hệ thống và thiết bị hỗ trợ tự động để nâng cao năng suất và tính liên kết mạng tính chất hệ thống với các thiết bị khác, đồng thời tích hợp các phương thức giao tiếp thông minh.
(Trang 50)
Nhờ có tự động hoá quá trình, công nghệ in 3D hiện phù hợp với dạng sản xuất đơn chiếc sẽ dần chuyển sang dạng sản xuất hàng loạt nhỏ và máy in 3D dần dần trở thành một thiết bị sản xuất trong dây chuyền sản xuất tự động (Hình 10.8).
Hình 10.8. Mô hình dây chuyền tự động sử dụng các máy in 3D
a) Băng tải vận chuyển sản phẩm in 3D
b) Xe tự động gắp và vận chuyển sản phẩm in 3D
2. Tối ưu kết cấu của sản phẩm in 3D
Xu hướng nghiên cứu phát triển các kết cấu giảm tối đa trọng lượng nhưng vẫn đảm bảo được cơ tính ngày càng được đẩy mạnh đặc biệt ở các linh kiện bằng kim loại. Các kết cấu này cần giảm trọng lượng bằng cách thiết kế dạng lưới cho kết cấu bên trong và dạng bề mặt cho các kết cấu bên ngoài hoặc toàn bộ sản phẩm dạng lưới (Hình 10.9). Loại lưới được sử dụng, kích thước và vị trí của lưới trong sản phẩm in cũng được tính toán tương ứng với mỗi loại sản phẩm để đảm bảo cơ tính của sản phẩm. Để có thể tạo ra các sản phẩm in như vậy, ngoài việc tối ưu hoá các kết cấu in còn phải nâng cao độ chính xác của các công nghệ in 3D.
Hình 10.9. Sản phẩm in có kết cấu dạng lưới giảm trọng lượng
(Trang 51)
3. Phát triển các loại vật liệu mới sử dụng trong công nghệ in 3D
Công nghệ in 3D ngày càng phát triển rộng rãi trong đời sống và sản xuất thì nhu cầu phát triển các loại vật liệu mới phù hợp với các ứng dụng cụ thể ngày càng gia tăng. Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu sợi composite liên tục như sợi carbon, sợi thuỷ tinh giống như kết cấu của bê tông cốt thép cho phép để tăng cường cơ tính của các sản phẩm. Các vật liệu tái chế cũng được nghiên cứu và phát triển để trở thành các nguồn vật liệu chính của máy in 3D.
4. Công nghệ in 4D
Khám phá
| Hãy đọc nội dung mục 4 và so sánh đặc điểm của công nghệ in 4D với công nghệ in 3D. |
Công nghệ in 4D là bước phát triển mới của công nghệ in 3D đã mang một bước tiến vượt bậc với khả năng tự biến đổi theo thiết kế định trước. Từ những kết cấu in 3D đơn giản (ví dụ dạng tấm phẳng), những cấu trúc 3D động được hình thành nhờ khả năng thay đổi hình dạng hoặc tự lắp ráp dưới tác động của các yếu tố hoá học hoặc môi trường (Hình 10.9). Chiếu thư tự của công nghệ in 4D là tự lắp ráp hoặc biến dạng theo thời gian (Hình 10.10). Công nghệ in 4D mở ra rất nhiều ý tưởng táo bạo trong tương lai.
Hình 10.9. Ý tưởng công nghệ in 4D
Hình 10.10. Công nghệ in 4D với khả năng tự lắp ráp sau khi in
Vận dụng
Tìm hiểu về định hướng phát triển công nghệ in 3D ở Việt Nam trong thời gian tới.
Các Bài Học Khác
Chuyên đề học tập Công nghệ 11 - Bài 11: Dự Án: In Vật Thể 3D Cơ Bản - Dự án thực hành lập trình, thiết lập chế độ, kết nối và in vật thể 3D cơ bản bằng máy in FDM.
Xem thêm ⟶
Bình Luận
Để Lại Bình Luận Của Bạn