In 3D: Một trong những công nghệ nan sản mang tính cách mạng nhất của thế kỷ 21

Khi bạn lần đầu tiên nghe từ "In 3D", bạn có tưởng tượng một công nghệ siêu tương lai thường xuất hiện trong các bộ phim khoa học viễn tưởng không? Tuy nhiên, tin hay không, in 3D đã tồn tại gần 40 năm.

In ba chiều (3D) là một quá trình sản xuất phụ gia tạo ra một đối tượng vật lý từ một thiết kế kỹ thuật số. Quá trình này hoạt động bằng cách đặt các lớp vật liệu mỏng dưới dạng nhựa lỏng hoặc bột, kim loại hoặc xi măng, và sau đó hợp nhất các lớp với nhau.

Dưới đây là dòng thời gian in 3D nhanh chóng từ những năm 1940 đến nay.

Những năm 1940: Khái niệm

Trên thực tế, in 3D đã tồn tại trong khái niệm từ năm 1945 - Murray Leinster đã giải thích thuật ngữ này trong truyện ngắn things pass by năm 1945 của mình, "Nhưng nhà xây dựng này vừa hiệu quả vừa linh hoạt. Tôi cho nhựa từ điện - những thứ họ làm nhà và tàu ngày nay - vào cánh tay di chuyển này. Nó tạo ra các bản vẽ trong không khí sau khi vẽ nó quét bằng các tế bào ảnh. Nhưng nhựa đi ra khỏi cuối cánh tay vẽ và cứng lại khi nó đến ... Chỉ sau bản vẽ thôi."

Những năm 1980: Sinh

Các lần lặp lại đầu tiên được ghi nhận của in 3D có thể được bắt nguồn từ đầu những năm 1980 ở Nhật Bản. Năm 1981, Tiến sĩ Hideo Kodama tại Viện Nghiên cứu Công nghiệp Thành phố Nagoya đã công bố chi tiết liên quan đến kỹ thuật "tạo mẫu nhanh". Nghiên cứu này là tác phẩm đầu tiên của tài liệu mô tả cách tiếp cận từng lớp rất nội tại đối với In 3D. Nghiên cứu của ông liên quan đến việc in photopolymers bằng cách sử dụng một phương pháp trước khi lập thể, và cũng nói về các lát cắt ngang của các lớp nằm trên nhau để tạo thành đối tượng 3D. Tuy nhiên, Tiến sĩ Kodama đã không hoàn thành đơn xin cấp bằng sáng chế trước thời hạn và không bao giờ được cấp bằng sáng chế.

Vài năm sau, bộ ba kỹ sư người Pháp Alain Le Méhauté, Olivier de Witte và Jean Claude Andréwas đang tìm cách tạo ra một cỗ máy tạo mẫu nhanh chóng. Thay vì nhựa, họ tìm cách tạo ra một hệ thống chữa các monome chất lỏng thành chất rắn bằng cách sử dụng laser. Họ đã nộp bằng sáng chế cho quá trình lập thể, nhưng bị bỏ rơi do thiếu quan điểm kinh doanh.

Chuck Hull là người thực sự chế tạo máy in 3D đầu tiên. Ông đã nộp bằng sáng chế đầu tiên cho stereolithography (SLA) vào năm 1986, thành lập 3D Systems Corporation, và vào năm 1988, phát hành SLA-1, sản phẩm thương mại đầu tiên của họ. Máy này làm cho nó có thể chế tạo các bộ phận phức tạp, từng lớp một, trong một phần nhỏ thời gian nó thường mất. Hull tiếp tục nộp hơn 60 bằng sáng chế xung quanh công nghệ, trở thành cha đỡ đầu của phong trào tạo mẫu nhanh chóng và phát minh ra định dạng tệp STL vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay.

SLA không phải là quy trình sản xuất phụ gia duy nhất được khám phá trong thời gian này. Năm 1988, tại Đại học Texas, Carl Deckard đã mang lại bằng sáng chế cho công nghệ SLS, một kỹ thuật in 3D khác, trong đó các hạt bột được hợp nhất với nhau tại địa phương bằng laser. Trong khi đó, Fused Deposition Modeling (FDM) cũng được cấp bằng sáng chế bởi Scott Crump. Phương pháp này liên quan đến việc làm tan chảy một sợi polymer và lắng đọng nó vào một chất nền, từng lớp một, để tạo ra một vật thể 3D.

Những năm 1990 - 2000: Tăng trưởng

Trong những năm 1990, nhiều công ty và công ty khởi nghiệp bắt đầu xuất hiện và thử nghiệm các công nghệ sản xuất phụ gia khác nhau. Trong thời gian này, các máy rất khác so với những máy mà chúng ta sử dụng bây giờ. Chúng rất khó sử dụng, đắt tiền và nhiều bản in cuối cùng đòi hỏi rất nhiều xử lý hậu kỳ.

Năm 2004, Tiến sĩ Adrian Bowyer, giảng viên cao cấp về kỹ thuật cơ khí tại Đại học Bath ở Anh, đã thành lập dự án RepRap. Đó là một dự án mã nguồn mở nhằm mục đích xây dựng một máy in 3D có thể in hầu hết các bộ phận của riêng mình. Ý tưởng đằng sau nó là dân chủ hóa in 3D bằng cách làm cho công nghệ này có sẵn cho mọi người trên khắp thế giới.

Năm 2009 là năm mà các bằng sáng chế FDM rơi vào phạm vi công cộng, mở đường cho một làn sóng đổi mới rộng rãi trong máy in 3D FDM, giảm giá máy in 3D trên máy tính để bàn và do đó, vì công nghệ dễ tiếp cận hơn, khả năng hiển thị tăng lên.

In 3D ngay bây giờ: Prime

Ngày nay, giá của máy in 3D bắt đầu giảm, làm cho chúng có sẵn cho công chúng. Cùng với việc giảm giá, chất lượng và dễ in cũng tăng lên.

In 3D được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các nhà khoa học tại Đại học Southampton đã lái chiếc máy bay không người lái in 3D đầu tiên trên thế giới; các nhà sản xuất của một chiếc xe in 3D đạt tới 200 mpg với một động cơ xăng / điện hybrid; và một công ty khởi nghiệp chuyên xây dựng các cấu trúc sống sinh thái đã đưa ra một môi trường sống do robot tạo ra phù hợp để sống trên sao Hỏa.

Những đột phá trong in 3D đang diễn ra nhanh hơn bao giờ hết. Nó tác động lớn và tiềm năng lớn đang thay đổi cuộc sống của chúng ta.