Những Điều Kỹ Sư Cần Biết Về Công Nghệ Sản Xuất Bồi Đắp

Công nghệ sản xuất bồi đắp hay còn gọi là công nghệ in 3D – là một loại công nghệ chuyển đổi mang lại rất nhiều khả năng thú vị cho các kỹ sư thiết kế. Trong những năm gần đây, nó đã phát triển từ việc sản xuất các bộ phận polyme cấp thấp lên đến chức năng có thể cung cấp các thành phần nguyên mẫu và có thể sử dụng được trong các vật liệu tiên tiến, bao gồm cả kim loại.

Loại công nghệ này cho phép xây dựng các bộ phận bằng cách in tối ưu hóa tôpô ở mức độ mới. Từ đó giúp tạo ra các cấu trúc bên trong phức tạp hơn mà không thể đạt được đối với phương pháp truyền thống. 

Sự ra đời của công nghệ sản xuất bồi đắp

Quá trình phát triển lịch sử của ngành sản xuất bồi đắp kéo dài lâu hơn nhiều người có thể nghĩ, có nguồn gốc từ đầu những năm 1980 khi thuật ngữ lập thể được sử dụng để mô tả một phương tiện đóng rắn nhựa polyme lỏng bằng tia laser cực tím.

Kể từ đó, quy trình sản xuất in 3D đã được chứng kiến ​​sự đổi mới liên tục, với các kỹ thuật và vật liệu in mới được đưa lên hàng đầu. Máy móc ngày càng trở nên nhỏ và rẻ hơn, từ đó giúp chúng dễ dàng tiếp cận với nhiều tổ chức hơn.

Ứng dụng của các bộ phận in cũng đã được mở rộng sang các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, y tế, giao thông vận tải và hàng tiêu dùng.

Do đó, công nghệ sản xuất in 3D vẫn luôn là một công nghệ thú vị. Hiện nay, có 5 kỹ thuật sản xuất quan trọng, trong đó một số đã được thử và kiểm tra và số còn lại mới hơn đã được đưa ra thị trường.

Quá trình thiêu kết laser chọn lọc (SLS) 

Quá trình này sử dụng tia laser để làm tan chảy bột tạo thành các vật thể 3D.  Quá trình này được dùng để sản xuất các bộ phận polyme cho các mục đích sử dụng công nghiệp. 

Chúng đã trở nên phổ biến trong một thời gian dài với mức chi phí hợp lý. Đặc biệt, để cung cấp khả năng phân phối năng lượng có thể kiểm soát được cho vật liệu thì hiện nay các hệ thống đang sử dụng CO2 và laser sợi quang. Việc làm này dẫn đến nhiều lợi ích như quá trình thiêu kết nhanh hơn, độ chính xác cao hơn và độ phân giải tốt hơn. 

Ngoài ra, với sự phát triển của máy móc ta có thể in hai loại vật liệu khác nhau: một là để hỗ trợ, cái còn lại để in. Cách tiếp cận này thậm chí giúp giảm chi phí SLS hơn nữa. Đồng thời, các vật liệu mới cũng đang được phát triển và cho phép tạo ra loại vật liệu tổng hợp chống cháy phù hợp cho lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Mô hình hóa bằng phương pháp nóng chảy lắng đọng (FDM)

Đây là một trong những phương pháp được sử dụng rất phổ biến hiện nay để chế tạo các nguyên mẫu thử nghiệm và các bộ phận công nghiệp nhẹ, đơn giản.

Dựa trên khái niệm sử dụng đầu điều khiển để làm tan chảy các sợi nhựa nhiệt dẻo và xây dựng chúng từng lớp từ dưới lên thành một mẫu được tạo ra từ CAD/Tệp CAM. 

Khi tiếp xúc với môi trường, dây tóc nóng chảy ngay lập tức chuyển qua thể rắn như một phần của quá trình làm mát. Quá trình này đã được điều chỉnh để hoạt động bằng cách sử dụng nhiều loại nhựa nhiệt dẻo đã được tối ưu hóa cho các yếu tố như độ bền, độ trong và tính tương thích sinh học. 

Laser kim loại thêu kết trực tiếp (DMLS)

DMLS sử dụng tia laser để nấu chảy bột nhôm hoặc titan ở dạng hạt để tạo ra các bộ phận kim loại hoạt động một cách hoàn chỉnh. Chúng thường có tỷ lệ độ bền cao và hình học bên trong khá phức tạp.

Ứng dụng: 

• Đem lại lợi ích cho việc sản xuất các cấu trúc phức tạp và khối lượng thấp trong các ngành hàng không vũ trụ hay ô tô, đặc biệt là để chế tạo các bộ chèn khí động học và hệ thống ống xả. 
• Có thể ứng dụng trong lĩnh vực đồ trang sức để sản xuất các kim loại quý như vàng.
• Ngoài ra, kỹ thuật này còn giúp nhà thiết kế đồ trang sức tạo ra các kiểu dáng mà các kỹ thuật khác không thể thực hiện được. 

Nhược điểm: DMLS là một công nghệ tương đối đắt tiền do chi phí năng lượng cao và giá trị của vật liệu cơ bản.

Phun vật liệu

Công nghệ này sử dụng một đầu in được đặt phía trên (các giọt vật liệu nhỏ được đặt vào). Đây gần như là phiên bản 3D của máy in phun. 

Khi những giọt phun này đông đặc lại để tạo thành một lớp, quá trình này được lặp lại để xây dựng cấu trúc. Sau đó, sử dụng ánh sáng UV để cho quá trình xử lý hậu kỳ dẫn đến việc loại bỏ vật liệu hỗ trợ. 

Ứng dụng: Đối với công nghệ phun vật liệu, ta có thể ứng dụng nó trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe: tạo ra các mô hình giải phẫu với kích thước tương tự như được tìm thấy trong cơ thể người. Nhờ vậy, các bác sĩ có thể giải thích các vấn đề sinh lý một cách trực quan hơn và tạo điều kiện cho các bác sĩ thực tập.

Sử dụng dây và hồ quang trong công nghệ bồi đắp (WAAM) 

Loại công nghệ này sử dụng kỹ thuật lắng đọng năng lượng có hướng. Cụ thể dây kim loại được nấu chảy bằng cách sử dụng hồ quang điện làm nguồn nhiệt hoặc sử dụng dây tiêu chuẩn và thiết bị hàn để nung chảy vật liệu ở tốc độ cao bằng cách nấu chảy khi chúng được lắng đọng. Bên cạnh đó, WAAM có thể được sử dụng để tạo ra các mảnh có hình dạng lưới với kích thước lớn. 

B2bmart.vn vừa giới thiệu đến bạn đọc một số thông tin về một số hoạt động trong lĩnh vực công nghệ sản xuất bồi đắp. Hi vọng qua bài đọc trên sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn và có thể áp dụng chúng vào công việc của mình.