Công nghệ in 3D cuộc hồi sinh ngoạn mục

• Công nghệ in 3D giúp truy bắt tội phạm
• BMW đầu tư phát triển công nghệ in 3D
• Airbus sử dụng công nghệ in 3D chế tạo máy bay

Tuy nhiên với những đổi mới về mặt kỹ thuật, công nghệ in 3D đang dần hồi sinh và hứa hẹn sẽ thế chỗ ngành công nghiệp sản xuất cổ điển, tạo nên một cuộc cách mạng trong thế giới lao động hiện đại.

Nếu như trước đây, việc sản xuất phụ tùng hay máy móc đều được chia thành nhiều công đoạn thì giờ đây công nghệ in 3D đã thay đổi tất cả. Con người có thể chế tạo ra nhiều sản phẩm mới có độ chính xác gần như 100% so với thiết kế.

Công nghệ in 3D đang phục vụ trong hầu hết các lĩnh vực, đặc biệt là y học, xây dựng và ngành công nghiệp vũ trụ. Nhiều người thậm chí dự đoán rằng trong tương lai, mỗi hộ gia đình sẽ sở hữu một máy in 3D và có thể sản xuất bất cứ gì theo ý thích.

In ra đồ thật

Có thể hiểu đơn giản công nghệ in 3D là từ hình ảnh ba chiều của một vật thể trên máy tính, thông qua một máy in đặc biệt có chứa chất liệu (nhựa, kim loại hay bất cứ chất liệu nóng chảy nào) để in ra vật thể ba chiều giống y như trong máy tính. Máy in 3D thực tế là một loại robot công nghiệp.

Có thể ví máy in 3D như một thợ điêu khắc, tạc ra bức tượng với nhiều đường nét tinh xảo. Một số quy trình in 3D khác nhau được phát minh từ cuối năm 1970. Các máy in ban đầu lớn, đắt tiền nhưng khả năng rất hạn chế. Vào năm 1990, máy in 3D mới được thương mại hóa và không ngừng cải tiến với giá thành hạ dần.

Ngày nay, công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng. Mỗi sản phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng hay dạng bột bụi. Với mỗi loại vật liệu cũng có nhiều phương thức để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt hay đùn ép nhựa; trong khi đó, cách thức in thì có thể in từ dưới lên hay in từ đỉnh xuống.

Máy in 3D có thể là dạng máy in rải dây nóng chảy, hoặc giống như các máy in mực 2D nhưng có thêm một cái ống để chứa các giọt vật liệu được làm nóng chảy, sau đó từ giọt vật liệu nóng chảy ấy, một lớp của vật thể sẽ được tạo ra giống như trong bản vẽ.

Một cánh cửa mới đã bắt đầu mở ra cho ngành sản xuất trong tương lai khi công nghệ in 3D (trái) đang dần cạnh tranh với kỹ thuật truyền thống (phải).

Một số loại máy in 3D sử dụng tia laser chọn lọc, khi đó một lớp của vật thể sẽ được tạo ra bằng cách dùng tia laser nung chảy bột nguyên liệu. Máy in 3D sẽ sử dụng nhiều biện pháp kỹ thuật và vật liệu để biến các file kỹ thuật số chứa dữ liệu ba chiều được tạo ra trong chương trình thiết kế trên máy tính CAD hoặc từ một máy quét 3D thành những vật thể thực thụ.

Như vậy, máy in 3D tất nhiên không giống như những chiếc máy in tài liệu hay máy photo chỉ in được hai chiều, song nó vẫn là máy in và "in" ra các loại hàng hóa, vật thể khác nhau tùy theo ý muốn, sở thích của người dùng.

Nói tóm lại, 3D trong công nghệ in 3D là một định nghĩa hoàn toàn khác. 3D trong trường hợp này là sản phẩm hay vật thể thật mà người dùng có thể cầm trên tay, sờ mó, và quan sát một cách chính xác.

Cuộc cách mạng sản xuất

Thực ra, công nghệ in 3D đã được phát triển từ cuối những năm 1970 và đã được sử dụng rộng rãi để tạo ra các nguyên mẫu sản phẩm một cách nhanh chóng. Cái mới của công nghệ này là nó không còn chỉ được các công ty lớn sử dụng để tạo ra các nguyên mẫu sản phẩm, mà trong những năm gần đây đã thực sự bước vào thị trường tiêu dùng.

Hàng ngàn ngành công nghiệp - từ xe hơi (xe hơi đầu tiên được sản xuất từ công nghệ in 3D đã ra đời) và không gian vũ trụ đến công nghiệp da giày và nữ trang - đã ứng dụng công nghệ 3D để tạo ra các sản phẩm, vật thể bằng cách đặt liên tục các lớp chất liệu. Theo ước tính, in 3D sẽ phát triển thành ngành công nghiệp trị giá 5,2 tỷ USD vào năm 2020, tăng từ mức 1,3 tỷ USD vào năm 2010.

Ở thời điểm hiện tại, ngành công nghiệp y tế và không gian vũ trụ ứng dụng công nghệ in 3D nhiều nhất. Trong lĩnh vực y học, máy in 3D giúp các bác sĩ tạo mô hình bộ phận cơ thể để rút ngắn thời gian hội chẩn và phẫu thuật chính xác hơn, đồng thời còn in ra các cơ quan thay thế như tay, chân và xương hàm với độ tương thích cao với cơ thể bệnh nhân.

Nghiên cứu y sinh học và chế tạo dược phẩm cũng được công nghệ in 3D hỗ trợ đắc lực, loại bỏ các loại thuốc không hiệu quả ở giai đoạn đầu, làm gia tăng hiệu quả chữa bệnh và giảm lãng phí trong quá trình nghiên cứu sản xuất thuốc. Các mô hình của gan, tim, phổi hay thận y như người thật được gắn chip thiết kế để bắt chước các điều kiện sinh lý phức tạp của con người, giúp đánh giá được tương tác giữa tế bào với các loại thuốc, hay mô phỏng phản ứng của cơ thể đối với bệnh tật.

Trong công nghiệp vũ trụ, Cơ quan Thám hiểm không gian Nhật Bản (JAXA) vừa công bố hình ảnh tàu không gian tự hành mang tên Int Ball được thiết kế hoàn toàn bằng công nghệ in 3D. Bên cạnh đó, Cơ quan không gian Mỹ (NASA) cũng vừa công bố tên người chiến thắng cho vòng thi thứ hai của cuộc thi chế tạo máy in 3D để xây dựng nơi tạm trú cho con người khi thám hiểm sao Hỏa hay các hành tinh không có người khác.

Ở lĩnh vực xây dựng, công ty Apis COR của San Francisco (Mỹ) đã công bố việc sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất các bộ phận nhà ở lắp ráp nhanh và chính xác. Theo đó, con người có thể sử dụng vật liệu kim loại (như titan và thép) tạo thành nhiều thành phần để lắp ghép thành ngôi nhà mà không cần phải dùng xi măng hay gạch thông thường với độ bền và tính thẩm mỹ cao hơn.

Công nghệ in 3D đã mang lại cho các công ty ở mọi quy mô, cũng như các cá nhân, những phương tiện để thiết kế và sản xuất các loại sản phẩm khác nhau, thay đổi vai trò của các nhà máy truyền thống. Máy in 3D với công nghệ tiên tiến được cập nhập trên thế giới có thể giúp bộ phận R&D của doanh nghiệp tăng độ chính xác cho vật thể in, tiết kiệm chi phí đầu tư và đáp ứng được nhu cầu thị trường cạnh tranh hiện nay.

Doanh nghiệp hay cá nhân khi sở hữu một chiếc máy in 3D chắc chắn sẽ cải tiến phương thức sản xuất, phát huy khả năng sáng tạo và góp phần tăng trưởng năng suất lao động. Công nghệ 3D giúp tăng sức cạnh tranh bởi vì công ty nào càng sản xuất được những sản phẩm độ khó cao, phục vụ cho công nghiệp tự động hay thiết kế xây dựng không gian, thì càng nhận được nhiều đơn đặt hàng.

Vẫn còn hạn chế

Sự phổ biến của công nghệ in 3D cũng có mặt trái khi kẻ xấu có thể sử dụng để sản xuất vũ khí, đe dọa trật tự xã hội và an ninh đất nước. Các chuyên gia cảnh báo một số loại vũ khí có thể được chế tạo tại nhà dễ dàng, sẽ khiến chính quyền các nước phải xem lại toàn bộ quy định kiểm soát vũ khí. Cảnh sát Hồng Kông từng bắt giữ 9 người bị tình nghi chế tạo thuốc nổ, và trong số vật dụng bị thu giữ có máy in 3D.

Công nghệ in 3D đang phục vụ trong hầu hết các lĩnh vực, đặc biệt là y học, xây dựng và ngành công nghiệp vũ trụ.

Ngoài ra, máy in 3D có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe khi sử dụng trong nhà. Khí thải từ máy in 3D để bàn tương đương đốt một điếu thuốc lá hoặc nấu nướng trên lò ga hay điện. Đó là chưa kể đến chuyện những khoảng trống trong máy in 3D có thể là nơi trú ngụ lý tưởng của vi khuẩn một khi người dùng không vệ sinh kỹ càng.

Ngoài ra, vì yêu cầu chính xác tuyệt đối từ bản vẽ đến chi tiết sản phẩm mà công nghệ in 3D đang tạo nên ít nhiều thách thức so với các hình thức sản xuất thông thường. Công nghệ 3D hiện đang rất hữu ích trong việc sản xuất những sản phẩm hoặc bộ phận nhỏ, nhưng tỏ ra chưa hiệu quả với các thiết bị lớn. Một phần hạn chế nữa của công nghệ in 3D chính là giá thành khá cao.

Theo đánh giá, các nhà sản xuất có thể phải mất từ 10 đến 15 năm nữa để tìm ra cách cân bằng giữa tiện ích và giá thành của công nghệ in 3D, từ đó mới tăng được khả năng cạnh tranh. Chưa hết, một số nghiên cứu chỉ ra rằng máy in 3D hiện vẫn còn "ngốn" khá nhiều điện nên lời khuyên là chỉ nên sử dụng ở quy mô nhỏ. Ngoài ra, những mẫu máy in 3D phổ biến nhất đang sử dụng vật liệu là sợi nhựa - đi ngược lại làn sóng kêu gọi bớt phụ thuộc vào chất dẻo để bảo vệ môi trường.

Bên cạnh đó, tác động của công nghệ in 3D trong thị trường lao động cũng có hai mặt: có thể đe dọa đến người lao động trong các lĩnh vực sản xuất nhưng lại thúc đẩy nhu cầu về người có kỹ năng với máy móc 3D. Không thể phủ nhận rằng, nhận thức của toàn thế giới về công nghệ in 3D đã thay đổi, cùng với đó là sự xuất hiện của dòng in ấn tốc độ cao mới. Liệu công nghệ in mới này có thay thế được việc sản xuất truyền thống hay không?

Các chuyên gia dự đoán điều này chắc chắn sẽ xảy ra trong tương lai gần khi công nghệ in 3D đang dần cạnh tranh với kỹ thuật đúc phun ép, sản xuất vi mạch và các công nghệ sản xuất khác. Một cánh cửa mới đã bắt đầu mở ra cho ngành sản xuất trong tương lai...