Mặc dù FDM là công nghệ in 3D đầu tiên được sử dụng để chế tạo mẫu bằng chất dẻo plastic, nhưng các công nghệ in 3D kim loại mới là đại gia và phổ biến hơn. Các phương pháp này rất giống nhau, giống nhau đến mức ngay cả trong giới chuyên môn đôi khi cũng nhầm lẫn. Hôm nay, T-RICH BLOG sẽ cố gắng giúp các bạn hiểu rõ các thuật ngữ và khả năng của các công nghệ này.
- SLS – In 3D công nghệ “hàn đắp laser chọn lọc”.
- DMLS – In 3D công nghệ “hàn đắp laser trực tiếp”.
- SLM – In 3D công nghệ “hàn chảy laser chọn lọc”.
- EBM – In 3D công nghệ “hàn chảy chùm electron”.
- EBF3 – In 3D công nghệ làm nóng chảy bằng chùm electron hình dạng bất kỳ.
- Xu hướng phát triển của các công nghệ in 3D kim loại trong tương lai.
In 3D công nghệ SLS (Selective Laser Sintering) “hàn đắp laser chọn lọc”
Nguyên lý của công nghệ hàn đắp laser SLS (Selective Laser Sintering) nằm ở việc sử dụng các nguồn laser công suất lớn (thường là carbon đioxide) để hàn đắp từng lớp vật liệu tiêu hao thành vật thể hoàn chỉnh. Trước khi sử dụng các vật liệu tiêu hao sẽ được nghiền nhỏ thành bột bằng máy nghiền bi. Kích thước nhỏ nhất của các hạt có thể đạt 2µm.
Lịch sử hình thành
Công nghệ SLS xuất hiện từ những năm 1980 khi hai nhà khoa học của trường Đại học Texas là Carl R. Decard và Joshep J. Beeman tiến hành các nghiên cứu cho cơ quan DARPA (USA). Cơ quan này sau đó bị sáp nhập bởi công ty DTM và chính các nhân viên của DTM đã phát triển công nghệ SLS này. Đến năm 2001 thì DTM bị mua lại bởi tập đoàn 3D Systems.
Từ một mặt nào đó, in 3D công nghệ SLS có nhiều tính chất giống với công nghệ in FDM. Điểm khác duy nhất, SLS sử dụng kim loại hoặc hợp kim kim loại ở dạng bột, còn công nghệ FDM sử dụng chất dẻo dạng chỉ in.
Ngoài ra, khi in 3D bằng công nghệ SLS, trên mỗi lớp in bột kim loại được phủ khắp bề mặt giá in, tia laser sẽ lựa chọn hình dạng cần in và tạo ra lớp tiếp theo của vật thể được in.
Đặc điểm quá trình công nghệ
Về bản chất, trong quá trình in 3D SLS, mỗi lớp của vật thể in sẽ được tia laser hàn đắp lên lớp trước đó theo hình dạng đã thiết lập sẵn trong mô hình số 3D. Lớp bột kim loại hoặc hợp kim kim loại sẽ được nung nóng lên trước (tới nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy). Điều này giúp cho quá trình in 3D SLS diễn ra rất đơn giản.
Mật độ in phụ thuộc vào công suất của nguồn tia laser. Sau khi một lớp đã được in, giá in hạ xuống và trên lớp đó lại được phủ lên bột kim loại với độ dày bằng độ dày của lớp in trong mô hình số. Quá trình này tiếp tục lặp lại cho đến khi in ra được sản phẩm 3D. Với tính chất như vậy, công nghệ SLS có thể làm việc được với các vật liệu từ chất dẻo, kim loại, gốm sứ và thủy tinh.
Tóm lại, các chi tiết in 3D của công nghệ SLS có những đặc điểm sau:
– Mô hình in không cần các phần bổ trợ (support trong in 3D công nghệ FDM).
– Vật liệu đa dạng.
– Có thể tạo ra các chi tiết với hình dạng bất kỳ, kể cả những hình dạng phức tạp và vô cùng phức tạp.
Quá trình hàn đắp diễn ra như thế nào?
Nguyên lý hoạt động
Công nghệ SLS chia quá trình sản xuất ra làm 2 giai đoạn.
Giai đoạn 1 sẽ chuẩn bị một lớp vật liệu mỏng đều trên toàn bộ bề mặt giá in. Để đảm bảo độ phẳng đều và đồng nhất người ta sử dụng một con lăn chạy qua bề mặt. Giai đoạn 2 bắt đầu bằng việc bật nguồn tia laser công suất lớn. Tia laser sẽ vẽ theo hình dạng đã chọn trước và hàn đắp lớp vật liệu này lên lớp trước đó của vật thể. Sau khi hàn đắp xong lớp này, giá in sẽ hạ xuống một khoảng cách bằng độ dày của lớp in. Quá trình này diễn ra đến khi in xong điểm cao nhất trên bề mặt của vật thể.
Tiếp đó, giai đoạn 2, chi tiết in SLS sẽ được xử lý kết thúc quá trình in bằng cách đưa vào một lò nung chuyên dụng. Lò nung này được thiết kế để loại bỏ các liên kết thừa hoặc phần chuyển tiếp giữa các lớp in. Đây cũng là điểm khác biệt so với in 3D công nghệ FDM, sản phẩm sau khi in SLS không cần qua quá trình xử lý nguội nữa.
Thế giới ứng dụng SLS ở đâu?
in 3D công nghệ SLS được ứng dụng trên các lĩnh vực sau:
– thiết kế các chi tiết máy trong các thiết bị động lực;
– lĩnh vực hàng không và chế tạo máy;
– lĩnh vực vũ trụ;
– chế tạo các tác phẩm nghệ thuật hoặc design.
Các mẫu sản phẩm chế tạo ra theo phương pháp SLS có ưu điểm là đặc tính cơ học tốt, chất lượng ngang với các sản phẩm từ công nghệ đúc truyền thống. Dù sử dụng vật liệu nào, sản phẩm tạo ra đều đảm bảo có độ bền cao. Tuy nhiên, công nghệ SLS cũng có hạn chế là quá trình chuẩn bị in rất lâu, đặc biệt là quá trình nung nóng bột kim loại và duy trì nhiệt độ cao này trong thời gian dài. Dù vậy, về mặt vật liệu, SLS phổ biến do tiết kiệm vật liệu và tạo ra các sản phẩm bền, cứng, khó biến dạng.
Một điểm trừ khác nữa là giá thành của máy in 3D công nghệ SLS rất đắt, khoảng 15000$ đến 20000$.
