Máy in 3D có thể phổ biến như máy tính gia đình

Những người trồng trọt cũng như các nhà sản xuất đều mơ ước đến một ngày, thay vì gửi đi một bộ phận, họ có thể tự mình kiểm tra và tự chế tạo một bộ phận một cách nhanh chóng và dễ dàng.

Giấc mơ đó sắp trở thành hiện thực hơn bao giờ hết khi khoa học và nghệ thuật in 3D ngày càng phát triển về phạm vi và mức độ phổ biến. Công nghệ này cho phép các cá nhân và công ty in các bộ phận tùy chỉnh ngay tại chỗ với các đặc tính và chức năng ngày càng đa dạng.

Mike Nagel, giám đốc công nghệ kinh doanh của Hệ thống Công nghệ Tiên tiến, cho biết: “Tôi chưa gặp một ngành nào mà in 3D không thể hỗ trợ được,” trong bài thuyết trình tại hội nghị chuyên đề Kiến thức Công nghệ của Hiệp hội Tiếp thị Sản xuất (PMA) năm nay. Nagel đã làm việc với một số ngành công nghiệp, bao gồm chế biến thực phẩm và nông nghiệp, trong việc triển khai hệ thống in 3D.

In 3D đã được sử dụng để chế tạo các vật thể như nội tạng người, chân tay giả, hình thức xây dựng và các bộ phận xe cộ. Hơn 1,000 bộ phận trên máy bay Airbus mới nhất được in 3D.

Nagel cho biết nền tảng của in 3D xuất phát từ một cách nhìn khác về sản xuất. Phương pháp truyền thống được gọi là trừ, trong đó một phần lớn nguyên liệu thô được giảm bớt, đúc và tạo hình thành sản phẩm cuối cùng mong muốn. Trong thế giới nghệ thuật, nhà điêu khắc là người thực hành chính về sản xuất trừ.

Nagel nói: “Bằng cách so sánh, phụ gia hoặc 3D, lấy những gì bạn thiết kế và chỉ in những gì bạn cần.

Nagel cho biết, sản xuất truyền thống có thể phải đối mặt với thời gian thực hiện dài, những hạn chế về thiết kế và dụng cụ đắt tiền và thường phù hợp hơn với khối lượng sản phẩm lớn. Sự ra đời của công nghệ in 3D cho phép phản ứng nhanh hơn, khả năng chỉ in những phần cần thiết cũng như khả năng kiểm tra và loại bỏ với rủi ro tối thiểu. Loại hình sản xuất này phù hợp hơn với việc tùy biến và số lượng sản phẩm thấp.

Có nhiều công nghệ được sử dụng trong in 3D, nhưng có lẽ cách tốt nhất để nắm bắt công nghệ này là nghĩ đến cách thêm kem vào bánh. Máy in, hoạt động dựa trên thiết kế được lập trình sẵn, có sự hỗ trợ của máy tính (CAD), áp dụng vật liệu mong muốn theo từng lớp để tạo ra sản phẩm cuối cùng.

Hai trong số các công nghệ in chính là mô hình lắng đọng polyjetting và hợp nhất, hay FDM. Polyjetting tương tự như in hai chiều truyền thống, bắt đầu bằng chất lỏng thô được đưa qua giường khô để đẩy vật liệu lên bề mặt theo từng lớp. Ánh sáng tia cực tím được sử dụng để gắn vật liệu in vào bề mặt mong muốn. FDM là công nghệ cũ hơn. Nó cung cấp sợi nhựa của vật liệu mong muốn thông qua động cơ truyền động. Vật liệu sau đó được làm nóng và ép đùn, theo từng lớp.

Máy in có nhiều kích thước và độ phức tạp, được sử dụng bởi những người có sở thích gia đình (những người đã tập hợp thành cộng đồng trực tuyến gồm những người đam mê tại các trang web như thingiverse.com) cho đến các nhà sản xuất lớn.

Nagel cho biết: “Trong cửa hàng của chúng tôi, chúng tôi có các sản phẩm từ nhỏ như máy in giấy để bàn hai chiều truyền thống cho đến các hệ thống nặng 8,000 pound và lớn như một chiếc SUV cỡ lớn, sau đó là mọi thứ ở giữa”.

Nông nghiệp cũng đang khám phá những lợi ích của các bộ phận và vật liệu in 3D. Nagel và Hệ thống Công nghệ Tiên tiến đã làm việc với các công ty máy nông nghiệp để in các bộ phận như máy kết hợp và máy rải hạt giống tùy chỉnh. Ở quy mô nhỏ hơn, trang web FoodRising.org cung cấp phần mềm in 3D miễn phí để chế tạo các hạng mục như van, kẹp và phụ kiện.

Công ty máy móc thường chế tạo các phụ tùng máy của mình bằng cách đúc quay, phương pháp này không có khả năng đạt được tất cả các hình dạng và hình dạng mong muốn. In 3D cho phép công ty sản xuất các phụ kiện nguyên mẫu cho máy liên hợp 12 đầu với chi phí thấp và kiểm tra tính hiệu quả của chúng trong nhiều điều kiện hiện trường.

Nagel nói: “Đây không phải là thứ họ sẽ kiếm được hàng triệu USD. “In 3D giúp giảm rủi ro và cho phép họ thử những điều mới cũng như thử các hình dạng và kích cỡ khác nhau.”

Các loại hình sản xuất thực phẩm khác đang thấy việc sử dụng in 3D ngày càng tăng. Chúng bao gồm:

• Đóng chai: Dây chuyền đóng chai cần thay đổi thường xuyên về kích thước thùng chứa và những thay đổi kèm theo về dụng cụ, có thể được hưởng lợi từ công nghệ in 3D để phù hợp với nhiều kích cỡ chai khác nhau.
• Thực phẩm ăn sáng: Các nhà sản xuất ngũ cốc đang sử dụng công nghệ in 3D để tạo khuôn ép đùn mới và hình dạng mới cho ngũ cốc – nói rộng ra, khái niệm tương tự này có thể áp dụng cho các sản phẩm được cắt giảm độc đáo và các loại thực phẩm khác.
• Bao bì: Do hình dạng và kích thước gói hàng thay đổi với tần suất nhiều hơn và mong muốn có nhiều hình dạng độc đáo hơn, nên in 3D đang được sử dụng để sản xuất các khuôn dùng cho các kiểu dáng mới này.
• Bán lẻ: Đồ đạc trong cửa hàng và quầy trưng bày tại điểm mua hàng ngày càng được sản xuất bằng in 3D. Điều này có thể đặc biệt quan trọng khi kiểm tra kích thước của các mặt hàng cần tối đa hóa hiệu quả của không gian kệ sẵn có.

Tương lai của in 3D hứa hẹn việc sử dụng công nghệ rộng rãi hơn và khả năng in nhiều loại vật thể hơn. Nagel cho biết, máy in đã có thể tạo ra một vật thể với tới 70 đặc tính vật lý khác nhau - nhiều hơn mức cần thiết.

Máy in cũng nên được phổ biến rộng rãi hơn.

“Lúc đầu, các công ty lớn hơn sẽ mua rất nhiều máy in 3D và đặt chúng ở một địa điểm. Tất cả các kỹ sư sẽ gửi các tập tin đến một trung tâm trung tâm và trung tâm đó sẽ in ra tất cả các bộ phận và gửi lại cho những người đã thiết kế chúng. Họ cho rằng đó là làn sóng cực kỳ hiệu quả của tương lai. Bây giờ thì ngược lại. Lợi ích của in 3D là mang nó đến gần bạn và đó là điều các công ty đang làm. Họ sẽ thử những điều mới thường xuyên hơn và sử dụng chúng theo cách họ muốn.”

Cần có kỹ năng kỹ thuật và chuyên môn để tạo ra các thiết kế mà máy in sử dụng, điều này sẽ đến từ những người được đào tạo về CAD. Cũng cần có một số mức độ kỹ năng để quét các thiết kế vào máy in. Tuy nhiên, Nagel cho biết chỉ cần một ngày là đủ để đào tạo một người vận hành máy in.

Nagel nói: “Nếu bạn đến cửa hàng của chúng tôi ở St. Paul, Minnesota, bạn sẽ thấy 15 loại máy in khác nhau và một người có thể vận hành tất cả chúng. “Chìa khóa của công nghệ này và lợi ích chính của nó là nó rất đơn giản để vận hành.”

Sự dễ dàng vận hành này cũng sẽ thúc đẩy sự phát triển của máy in 3D để sử dụng tại nhà cho cá nhân. Máy in đơn giản có sẵn với giá chỉ 500 đô la và số lượng của chúng có thể tăng theo cách tương tự như cách máy tính gia đình đã mở rộng.

Cũng như các công nghệ khác, chúng ta mong đợi sẽ thấy những tiến bộ về khả năng in 3D. Trong tương lai, tất cả những gì ai đó có thể cần làm là quét hình ảnh của một vật thể để bắt đầu công việc in nó. Các phương pháp khác ngoài việc phân lớp, chẳng hạn như tạo ra các vật thể hoàn thiện từ một nhóm nguyên liệu thô, cũng có thể phát sinh.

Và sau đó là câu hỏi mà Nagel luôn đặt ra: Thực phẩm có thể in được không? Liệu có một ngày nào đó chúng ta có thể nhấn nút và có được một quả táo Honeycrisp giòn, ngon ngọt hay một quả cà chua chất lượng gia truyền?

Câu trả lời: Chúng tôi đã “in” thực phẩm nếu khái niệm này có thể được áp dụng cho bánh nướng nhỏ và đồ ăn nhẹ như bánh Twinkies. Vật liệu cơ bản - bột - được tạo hình và tạo hình, sau đó phủ kem và phủ kem lên trên. Nhưng trở ngại lớn nhất trong việc in thực phẩm từ các thành phần cơ bản là vấn đề mà nhiều loại thực phẩm khác gặp phải: Liệu nó có ngon không? Đó có thể là lý do tại sao một trong những loại thực phẩm phổ biến nhất hiện đang được thử nghiệm in 3D là sô cô la.