HỢP TÁC CÙNG VẠN LỘC
Cẩm nang hướng dẫn in 3D cho người mới bắt đầu (phần 1)
In 3D là một công nghệ đóng góp vai trò cực kỳ quan trọng trong rất nhiều lĩnh vực hiện nay với những khả năng tái tạo lại các vật thể có độ chi tiết từ đơn giản tới phức tạp. Sự phổ biến và hữu dụng của in 3D ngày nay đã mang lại một lượng lớn số lượng người muốn “nhập môn” tiếp cận với công nghệ này. Do vậy, trong bài viết này, Vạn Lộc sẽ giúp những người mới bắt đầu có một cái nhìn tổng quát cùng lộ trình cơ bản nhất để có thể dễ dàng làm quen và sử dụng các công nghệ in 3D.
Trên thực tế, có nhiều công nghệ in 3D khác nhau, nhưng FDM (fused deposition modeling) là một trong những công nghệ phổ biến nhất mà gần như tất cả người mới nhập môn thường bắt đầu để tiếp cận.
Công nghệ in 3D FDM hoạt động bằng cách sử dụng sợi nhựa nhiệt dẻo, cơ bản là một sợi nhựa có thể được làm nóng chảy, lắng đọng một cách chọn lọc và làm nguội. Quá trình này được lặp lại từng lớp một cho đến khi mô hình hoàn chỉnh được hình thành. Đây là một trong những công nghệ phổ biến nhất mà ngay cả ngày nay, vẫn được áp dụng rất phổ biến trong sản xuất nguyên mẫu nhanh chóng.
Việc bắt đầu tiếp cận nhập môn với in 3D bằng công nghệ FDM là lộ trình mà gần như ai cũng áp dụng. Vạn Lộc là một đơn vị với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực, chuyên cung ứng dịch vụ in 3D uy tín trên toàn quốc, chúng tôi hy vọng những thông tin mà Vạn Lộc đưa ra sẽ có thể mang lại nhiều hữu ích cho các bạn.
Cách thức công nghệ in 3D FDM hoạt động
Phương thức đơn giản nhất để hiểu cách FDM hoạt động đó là tìm hiểu chi tiết về từng bộ phận quan trọng của máy in 3D FDM. Hầu hết các máy in 3D sử dụng ba trục: X, Y và Z, với trục X và Y chịu trách nhiệm cho các chuyển động trái, phải, tiến, lùi, trong khi trục Z xử lý chuyển động theo chiều dọc.
1- Các thành phần chính của máy in 3D FDM
+ Nền Xây Dựng (Build Platform): Nền xây dựng (còn gọi là giường in) là bề mặt mà các phần được tạo ra. Nền xây dựng thường bao gồm các giường được làm nóng để các phần dễ dàng bám vào chúng.
+ Đầu Đùn (Extruder): Đầu đùn là bộ phận chịu trách nhiệm kéo và đẩy sợi nhựa qua đầu in. Đầu đùn bao gồm hai thành phần phụ: phần lạnh và phần nóng. Phần lạnh là phần cơ học bao gồm động cơ, bánh răng truyền động và các thành phần nhỏ khác để đẩy và kéo sợi nhựa. Phần nóng chứa bộ phận gia nhiệt và đầu phun, nơi sợi nhựa được làm nóng và đùn ra ngoài.
+ Đầu In (Printhead): Máy in có thể có một hoặc nhiều đầu in, mặc dù hầu hết các máy chỉ có một. Giữa phần lạnh và phần nóng của đầu in là bộ tản nhiệt và quạt, giúp ngăn chặn nhiệt độ lan truyền. Ngoài quạt tản nhiệt, thường có ít nhất một quạt khác để làm mát sợi nhựa khi nó rời khỏi phần nóng, thường được gọi là quạt làm mát phần in.
+ Giao Diện Điều Khiển (Control Interface): Một số máy in 3D hiện đại có màn hình cảm ứng để điều khiển máy in 3D. Trên các máy in cũ hơn, có thể có một màn hình LCD đơn giản với bánh xe cuộn và nhấn. Tùy thuộc vào mô hình, có thể có khe cắm thẻ SD và cổng USB.
2- Cách máy in 3D FDM hoạt động
Quá trình bắt đầu khi bạn gửi một tệp mô hình 3D đến máy in. Tệp này chứa tập hợp các hướng dẫn cho mọi thứ, bao gồm nhiệt độ của đầu phun và nền xây dựng, cũng như chuyển động của đầu in và lượng sợi nhựa cần đùn ra.
Khi bắt đầu in, đầu phun sẽ được làm nóng. Khi đầu phun đạt đến nhiệt độ cần thiết để làm chảy sợi nhựa, đầu đùn sẽ đẩy sợi nhựa vào phần nóng. Lúc này, máy in sẵn sàng để bắt đầu in 3D phần. Đầu in hạ xuống và bắt đầu đùn sợi nhựa nóng chảy, ép ra lớp đầu tiên giữa đầu phun và bề mặt in. Nhờ vào quạt làm mát phần in, vật liệu sẽ nguội và bắt đầu cứng lại ngay sau khi ra khỏi đầu phun. Sau khi lớp đầu tiên hoàn thành, đầu in di chuyển lên dọc theo trục Z một lượng nhỏ, và quá trình lặp lại cho đến khi phần hoàn tất.
Thiết kế file mẫu 3D
File mẫu 3D có thể được thiết kế thủ công hoặc thu thập từ các nguồn khác nhau như scan 3D, tải file mẫu 3D từ các nguồn miễn phí/trả phí trên mạng.
Để in 3D một phần, bạn cần một file 3D của phần đó. File mẫu 3D được tạo ra bằng phần mềm mô hình hóa 3D như CAD (thiết kế có sự trợ giúp của máy tính). Một số phần mềm mô hình hóa 3D phổ biến gồm có:
- Fusion 360 (miễn phí cho mục đích phi thương mại)
- SolidWorks (trả phí)
- Blender (miễn phí, chuyên mô hình bề mặt và hữu cơ)
Tuy nhiên, phần lớn những người mới bắt đầu nhập môn với lĩnh vực in 3D không có kỹ năng chuyên nghiệp sử dụng các phần mềm để tạo ra file 3D. Đừng quá lo lắng, vẫn còn nhiều giải pháp khác! Có các lựa chọn phần mềm CAD đơn giản hơn như Tinkercad, một chương trình mà hầu như ai cũng có thể sử dụng mà không cần kinh nghiệm trước. Đây là một ứng dụng trực tuyến được Autodesk, một trong những nhà tạo phần mềm CAD hàng đầu, mua lại vào năm 2013 và phát triển thêm.
Nguồn tải tệp file mẫu 3D chất lượng
Với sự tiếp cận của nhiều người đến máy in 3D trong những năm gần đây, nhiều trang web đã xuất hiện như các kho lưu trữ mô hình 3D. Một số trang web phổ biến nhất gồm có:
- Thingiverse (miễn phí)
- Printables (miễn phí)
- Cults (miễn phí và trả phí)
- CGTrader (một vài miễn phí và hầu hết trả phí)
Bằng cách này, bất kỳ ai cũng có thể sở hữu một file mẫu 3D mà không cần kỹ năng thiết kế mô hình.
Chuẩn bị file mẫu in 3D
Phần Mềm Cắt Lớp
Sau khi hoàn thành mô hình trong phần mềm thiết kế 3D, mô hình cần được chuẩn bị bằng phần mềm cắt lớp (slicer). Phần mềm này dịch mô hình thành tập lệnh cho máy in. Cura là một trong những lựa chọn phổ biến nhất. Khi nhập mô hình vào slicer, bạn có thể điều chỉnh các thông số như tốc độ in, nhiệt độ, độ dày tường, tỷ lệ lấp đầy (infill), chiều cao lớp, và nhiều yếu tố khác.
Tập tin đầu ra là G-code, “ngôn ngữ” của máy in 3D và máy CNC. G-code là một danh sách dài các hướng dẫn mà máy in 3D sẽ tuân theo để xây dựng mô hình của bạn. Nói cách khác, việc in 3D là không thể nếu không có các tập tin G-code.
Hỗ Trợ (Supports)
Một trong những chức năng chính của slicer là phân tích mô hình và quyết định xem có cần tạo vật liệu hỗ trợ hay không, đặc biệt cho các phần có góc nhô ra nhiều. Bạn có thể chọn nơi đặt hỗ trợ và độ dày của chúng. Một số slicer cho phép bạn chọn các loại cấu trúc hỗ trợ khác nhau, dễ loại bỏ hơn hoặc ổn định hơn.
Tỷ Lệ Lấp Đầy (Infill)
Tỷ lệ lấp đầy đề cập đến mức độ đầy bên trong của mô hình, được xác định theo phần trăm. Tỷ lệ lấp đầy 0% là rỗng, trong khi 100% là hoàn toàn đặc. Đối với hầu hết các bản in tiêu chuẩn, tỷ lệ lấp đầy từ 15-50% là lý tưởng. Nếu cần làm phần in mạnh hơn, tăng tỷ lệ lấp đầy. Tuy nhiên, tỷ lệ lấp đầy cao hơn đòi hỏi nhiều sợi nhựa hơn và thời gian in lâu hơn.
Bạn cũng có thể chọn mẫu lấp đầy cho bản in. Với các mô hình và hình tượng, các mẫu lightning, line, và zig-zag trong Cura sẽ tốt hơn vì thời gian in nhanh hơn. Đối với các bản in tiêu chuẩn như chậu và hộp đựng, các mẫu grid và triangle là tốt nhất. Nếu in các vật cần độ bền như giá đỡ, các mẫu cubic, gyroid, và octet là phù hợp.
Chuẩn bị các yếu tố kỹ thuật trên máy in 3D
Sau khi cắt mô hình trong phần mềm cắt lớp, trước khi máy in 3D sẵn sàng in, cần thực hiện một vài bước như sau:
Chuẩn bị sợi nhựa: Đầu đùn cần sẵn sàng để đưa sợi nhựa ra trước khi bắt đầu in. Quá trình tải sợi nhựa bắt đầu bằng việc làm nóng đầu phun lên nhiệt độ chảy của sợi nhựa (thường là trên 175 °C, tùy thuộc vào loại nhựa), sau đó đưa sợi nhựa vào đầu đùn đã được làm nóng. Thường thì máy in có các hoạt động được cấu hình sẵn để hỗ trợ quá trình này.
Cân bàn (bed leveling): Để máy in có thể chính xác đặt sợi nhựa và xây dựng đối tượng, bàn in cần phải được cân bằng. Cân bằng mặt in rất quan trọng vì nếu mặt in quá xa đầu phun, lớp đầu tiên và quan trọng nhất sẽ không bám vào mặt in, dẫn đến việc in thất bại. Hiện nay có nhiều mẫu máy in đã được hỗ trợ tính năng cân bàn tự động, giúp giảm đáng kể thời gian chuẩn bị máy in.
Vật liệu in 3D
Như đã đề cập, máy in 3D FDM sử dụng sợi nhựa làm vật liệu để tạo ra các bộ phận. Các sợi nhựa này chủ yếu là nhựa nhiệt dẻo được kỹ thuật đặc biệt để có thể tan chảy và làm nguội mà không làm mất tính chất cấu trúc của chúng. Sợi nhựa dùng trong công nghệ FDM là một trong những vật liệu rẻ nhất được sử dụng trong in 3D. Chúng thường có hai đường kính khác nhau: 1.75 mm và 3 mm (hoặc 2.85 mm). Ngoài đường kính, sợi nhựa còn có các kích cỡ cuộn khác nhau. Một cái nhìn nhanh vào thị trường cho thấy rằng các kích cỡ phổ biến nhất là 500 g, 750 g, 1 kg, 2 kg và 3 kg.
Một trong những tính năng tốt nhất của máy in 3D FDM là chúng có thể hoạt động với nhiều loại sợi nhựa khác nhau.Một số loại sợi nhựa khác nhau được sử dụng trong công nghệ in 3D FDM: PLA, ABS, PET, PETG,…
Post- processing – Xử lý hậu kỳ sau in
Post-processing là bước cuối cùng trong quá trình in 3D. Tùy thuộc vào yêu cầu của bạn, bạn có thể cần thực hiện một số bước xử lý sau in phổ biến sau đây cho một bộ phận in 3D từ máy in FDM:
- Loại bỏ các ba via thừa: Sau khi in, bạn có thể muốn loại bỏ bất kỳ ba via thừa nào. Thường thấy các dấu vết còn lại trên bề mặt của bộ phận.
- Sơn: Thường thì bạn sẽ in bằng một màu duy nhất. Để thêm màu sắc mong muốn, chi tiết hoặc bảo vệ, bạn có thể sơn mô hình của bạn!
- Đánh bóng hoặc làm mịn: Lớp phủ epoxy là một trong những cách để làm mịn bề mặt của bộ phận in 3D. Một số loại sợi nhựa nhất định, như ABS, hoạt động đặc biệt tốt với các quy trình cụ thể, chẳng hạn như làm mịn bằng hơi nước, để đạt được bề mặt mịn, bóng.
- Hàn hoặc dán: Khi bạn muốn in một mô hình 3D lớn mà không vừa với khối lượng xây dựng của máy in của bạn, bạn có thể in bộ phận trong hai (hoặc nhiều hơn) mảnh và sau đó hàn hoặc dán chúng lại với nhau.
Các vấn đề thường mắc phải trong quá trình in 3D
Dưới đây là một số lời khuyên để khắc phục các vấn đề phổ biến mà người mới bắt đầu có thể gặp phải khi in 3D:
+ Warping (Co giãn):
- Nguyên nhân: Warping xảy ra khi vật liệu được đặt trên nền in mà nguội mà không đều, dẫn đến các lớp dưới bị co lại và rút ra khỏi bề mặt in.
- Giải pháp: Sử dụng mặt in có sưởi nóng (nếu có) và đảm bảo sự bám dính tốt bằng cách sử dụng keo hoặc sử dụng hộp kín có sưởi nóng.
+ Stringing (Dây rối):
- Nguyên nhân: Stringing xảy ra khi sợi nhựa chảy ra từ đầu phun trong các lần di chuyển, để lại những sợi mỏng trên mô hình in.
- Giải pháp: Điều chỉnh cài đặt rút sợi nhựa (khoảng cách và tốc độ) trong phần mềm cắt lớp của bạn. Đồng thời, đảm bảo nhiệt độ phù hợp cho loại sợi nhựa của bạn.
+ Nozzle jams (Tắc nghẽn đầu phun):
- Nguyên nhân: Đầu phun bị tắc là một trong những vấn đề khó chịu nhất với máy in 3D FDM. Nếu bạn nghe thấy tiếng ồn lạ từ đầu in và nhận thấy sợi nhựa không thoát ra từ đầu phun (hoặc chỉ chảy ra yếu), có thể là đầu phun bị tắc.
- Giải pháp: Kiểm tra chất lượng sợi nhựa, điều chỉnh nhiệt độ đúng hoặc kiểm tra loại sợi nhựa để tránh tắc nghẽn.
+ Layer shifting (Lệch lớp):
- Nguyên nhân: Lệch lớp có thể xảy ra do rung nhẹ trên trục Z hoặc tốc độ in quá cao.
- Giải pháp: Kiểm tra và cân chỉnh độ chắc chắn của các trục và giảm tốc độ in nếu cần thiết.
+ Under-extrusion (Thiếu nhựa):
- Nguyên nhân: Thiếu nhựa xảy ra khi không đủ sợi nhựa được đưa ra trong quá trình in. Bạn sẽ nhận ra điều này khi thấy các khoảng trống giữa các lớp in.
- Giải pháp: Kiểm tra và điều chỉnh cài đặt lượng nhựa extrude trong phần mềm cắt lớp, đảm bảo đủ lượng sợi nhựa được đưa vào.
+ Over-extrusion (Thừa nhựa):
- Nguyên nhân: Thừa nhựa xảy ra khi quá nhiều sợi nhựa được đưa ra. Điều này dẫn đến các lớp bị nhăn, nổi bọt, hoặc kết quả in tổng thể kém.
- Giải pháp: Điều chỉnh cài đặt extrude để giảm lượng nhựa được đưa vào và kiểm tra lại cài đặt nhiệt độ và tốc độ in.
Đọc chi tiết về cách xử lý các lỗi in 3D thường gặp tại đây: Các lỗi in 3D thường gặp
Lưu trữ và bảo quản sợi nhựa
Lưu trữ sợi nhựa là một phần quan trọng trong quá trình in 3D, đặc biệt là nếu bạn có nhiều cuộn sợi nhựa. Điều này quan trọng vì nếu để cuộn sợi nhựa lâu trên bàn làm việc chẳng hạn, bụi và độ ẩm có thể xâm nhập và có thể làm hỏng các tính chất của sợi nhựa.
Trên thị trường có rất nhiều loại hộp lưu trữ sợi nhựa, cũng như túi hút chân không. Những sản phẩm này giúp ngăn ngừa sợi nhựa bị bụi bẩn và hấp thụ độ ẩm.
Đôi khi cũng sử dụng máy sấy sợi nhựa. Những thiết bị này giữ cho sợi nhựa khô và làm cho chúng khỏe mạnh hơn bằng cách loại bỏ bất kỳ độ ẩm nào đã hấp thụ.
Tổng kết
Toàn bộ nội dung bên trên là những phần cẩm nang cơ bản, những điều cần lưu ý dành cho những người mới nhập môn trong lĩnh vực in 3D. Việc bắt đầu với in 3D FDM có thể trở thành một hành trình thú vị và đầy sáng tạo. Hiểu rõ về công nghệ này từ lịch sử phát triển, cách thức hoạt động, đến việc thiết kế và chuẩn bị mô hình là những bước cơ bản để bạn có thể thực hiện các dự án in 3D của riêng mình.
Đừng ngần ngại thử nghiệm và học hỏi từ cộng đồng in 3D để nâng cao kỹ năng và kiến thức của bạn. Với những công cụ và nguồn tài nguyên sẵn có, bất kỳ ai cũng có thể trở thành một nhà sáng tạo trong lĩnh vực in 3D.
Chúc bạn thành công và có những trải nghiệm in 3D đầy thú vị!