Mấy năm gần đây có nhiều bàn tán về máy in ba chiều (3D printer). Người ta nói là dùng máy in ba chiều thì có thể làm nhiều thứ ngay tại nhà, thí dụ như ly uống nước hay đồ chơi cho trẻ con. Cũng có thể dùng máy in ba chiều để chế tạo ra những bộ phận để thay thế những cái đã bị hư hỏng.
Ông Charles Hull là người đầu tiên phát minh ra phương pháp in ba chiều mà ông ta gọi là “stereolithography” vào đầu thập niên 1980 (stereo là nổi và lithography là thuật in thạch bản). Sau đó ông Hull lập công ty 3D Systems để phát triển máy in ba chiều.
Năm 1988, công ty 3D Systems tung ra thị trường máy in ba chiều đầu tiên tên là SLA-250. Kể từ đó đã có nhiều công ty phát triển máy in ba chiều, tuy nhiên máy in ba chiều quá đắt nên phần lớn là dùng trong kỹ nghệ.
Bây giờ kỹ thuật tiến bộ và giá bán của máy in ba chiều đã giảm xuống khiến cho người tiêu dùng thường cũng có thể mua được.
Kỹ thuật in ba chiều
Kỹ thuật in ba chiều cũng giống như sự kết thành của thạch nhũ hay măng đá trong các hang động. Trong hang động nước nhỏ giọt để lại một lớp khoáng chất rất mỏng, lâu ngày những lớp khoáng chất đó chồng chất lên nhau thành những thạch nhũ và măng động có đủ mọi thứ hình thù.
Kỹ thuật in ba chiều còn được gọi là kỹ thuật sản xuất phụ gia (additive manufacturing) là một quá trình chế tạo một vật thể bằng cách bồi tích từng lớp rất mỏng một.
Nói về áp dụng thì in ba chiều là một phương pháp chế tạo những đồ vật rắn từ một hồ sơ trong máy tính.
Cách hoạt động của máy in ba chiều
Muốn in ba chiều thì trước hết phải có một mô hình ba chiều của vật muốn in. Ðây là dữ liệu vào (input). Mô hình này có thể được tạo ra bởi một phần mềm thiết kế ba chiều (computer aided design) hay là dùng một máy quét (scanner) ba chiều để có một bản sao kỹ thuật số (digital copy) của vật muốn in. Sau đó là dùng một phần mềm đặc biệt để chia cắt mô hình thành những lát mỏng và đưa vào máy in ba chiều.
Phần mềm tạo mẫu ba chiều (3D modeling software)
Phần mềm tạo mẫu ba chiều là một chương trình máy tính dùng để tạo ra một mô hình ba chiều ảo cho các vật thể. Phần mềm tạo mẫu ba chiều được dùng trong nhiều kỹ nghệ, như là trò chơi, in ba chiều, tạo hình (imaging) trong y khoa và phim ảnh. Trong ngành điện ảnh phần mềm tạo mẫu ba chiều đã được phát triển tới mức rất tinh vi. Thí dụ như tạo ra con rồng trong chương trình TV Game of Thrones. Nếu có dịp tôi sẽ viết một bài về hoạt hình (animation) trong điện ảnh.
Có rất nhiều phần mềm tạo mẫu đi từ những phần mềm miễn phí tới những cái tốn cả mấy ngàn đô một tháng. Nếu bạn muốn thử thì nên dùng phần mềm Tinkercad phiên bản miễn phí (tinkercad.com). Phần mềm này chạy trong một trình duyệt mạng (web browser) của máy tính. Nó có đủ chức năng tạo mẫu ba chiều, nhưng không quá phức tạp để người dùng chán. Nó còn rất thích ứng cho in ba chiều.
Máy quét ba chiều (3D scanner)
Trong khi máy ảnh ghi lại các hình ảnh thì máy quét ba chiều ghi lại một phối cảnh ba chiều. Máy quét ba chiều thu thập các thông tin về một vật thể trong đó có vị trí trong không gian ba chiều của các điểm trên vật thể. Thường thì máy quét ba chiều dùng tia sáng la-de hay quang tuyến X để thu thập thông tin.
Máy quét ba chiều bị một khuyết điểm là chỉ có thông tin của bề mặt, chỗ mà máy nhìn thấy được. Còn chỗ nào bị che đi thì máy không có thông tin. Vì lý do đó cần phải quét đi quét lại nhiều lần từ nhiều vị trí khác nhau. Có những máy quét ba chiều để vật thể lên một bàn quay rồi quay vật ấy một vòng 360 độ trong khi đó thì thu thập thông tin. Sau đây là hình một máy quét ba chiều bán trên thị trường, máy này bán khoảng $600.
Từ mô hình ba chiều tới máy in ba chiều
Sau khi có một mô hình ba chiều thì cần một bước sửa soạn nửa trước khi gửi qua máy in ba chiều. Bước đó gọi là chia lát (slicing), có nghĩa là cắt lát mô hình ba chiều thành cả trăm hay cả ngàn lớp mỏng. Mỗi lớp này coi như là một hình ảnh hai chiều. Bước này được thi hành bởi những phần mềm đặc biệt. Sau đó tất cả những chi tiết được gửi qua máy in ba chiều để sẵn sàng in.
Kỹ thuật in ba chiều
Phương pháp thông dụng nhất của kỹ thuật in ba chiều là đùn ép vật liệu (material extrusion). Vật liệu để in, thường là một dây chất dẻo được hun nóng cho tới khi chảy ra và được đùn ép ra khỏi lỗ phun. Dùng thông tin từ hồ sơ máy in biết chính xác phun vật liệu vào chỗ nào. Thường là lỗ phun phết một lớp rất mỏng khoảng 0.1 milimét. Chất dẻo cứng lại rất nhanh và dính với lớp ở dưới. Sau đó máy lại phun thêm một lớp mới. Cứ như vậy cho tới khi vật thể được hoàn thành. Tùy theo kích thước và sự phức tạp của vật thể quá trình in có thể là vài phút hay là kéo dài tới mấy ngày.
Áp dụng của máy in ba chiều
Có rất nhiều áp dụng của máy in ba chiều. Dưới đây là một vài áp dụng quan trọng.
– Tạo mẫu nhanh (rapid prototyping): Ngay từ đầu, máy in ba chiều được dùng để tạo mẫu nhanh. Bây giờ tạo mẫu nhanh cũng vẫn đứng hàng đầu trong những áp dụng của máy in ba chiều. Trong kỹ nghệ nếu muốn có một kiểu mẫu mới đúng như thật thì người ta phải bỏ rất nhiều thời giờ và tiền bạc. Máy in ba chiều cho phép các nhà kỹ nghệ thử nghiệm những kiểu mẫu mới nhanh chóng và rẻ tiền.
– Y và nha khoa: Ngành y là một trong những ngành áp dụng máy in ba chiều trước hết và vẫn còn tiềm năng phát triển gấp bội. Lý do chính là khả năng của máy in ba chiều có thể chế tạo vật thể theo yêu cầu của khách hàng. Thí dụ răng mỗi người mỗi khác phải làm riêng răng giả cho mỗi người hay là những chân tay giả đều phải làm riêng cho từng người.
Tờ tuần báo Time số ra ngày 7 Tháng Giêng, 2014, có đăng trường hợp một ông bác sĩ đã dùng một máy in ba chiều rẻ tiền để tạo thành một cánh tay giả cho một cậu bé bên Phi Châu đã bị cụt hết hai tay vì bom. Cánh tay giả này được hoàn thành trong sáu tiếng đồng hồ và tốn có $100.
Tôi không biết có ai nghĩ tới việc dùng máy in ba chiều để chế tạo các tay chân giả cho các thương phế binh Việt Nam Cộng Hòa không?
– Người tiêu dùng: Kỹ thuật in ba chiều càng ngày càng dễ dùng và rẻ tiền, khiến cho nhiều người mua để dùng cho việc riêng. Trên lý thuyết, có thể dùng máy in ba chiều để chế tạo ra hầu như mọi thứ, từ đồ trang sức tới súng. Hiện tại, những người có sở thích riêng thích dùng máy in ba chiều vì họ có thể chế tạo ra những thứ do chính họ thiết kế.
—————-
Nguồn tài liệu: 3dprinting.com, energy.gov
