In 3D SLA, DLP, MSLA Và LCD Là Gì? Chúng Ta Hãy Cùng Nhau Tìm Hiểu 4 Công Nghệ In 3D Này Nhé!

Trong thập kỷ qua, nhờ sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ in 3D bằng nhựa, còn gọi là trùng hợp quang hóa bể chứa, đã trở thành phương pháp hàng đầu để tạo ra các bộ phận in 3D chi tiết cao. Ứng dụng của nó rất đa dạng, từ tạo mẫu nhanh, chế tạo công cụ, hỗ trợ sản xuất đến sản xuất trực tiếp các sản phẩm cuối cùng. Điều này nhờ những ưu điểm vượt trội như độ chính xác cao, tốc độ in nhanh, khả năng sử dụng đa dạng vật liệu và tính chất cơ học đồng đều.
Sự phát triển không ngừng của công nghệ đã dẫn đến sự đa dạng hóa các quy trình in 3D bằng nhựa. Trong nhiều năm, hai công nghệ chính là stereolithography (SLA) và digital light processing (DLP). Gần đây, các công nghệ con như màn hình tinh thể lỏng (LCD) và masked stereolithography (MSLA) đã xuất hiện và ngày càng được phát triển.
Mặc dù từng khó tiếp cận và giá bán cao, thì ngày nay các máy in 3D bằng nhựa nhỏ gọn, dễ sử dụng đã trở nên phổ biến hơn với chi phí rẻ hơn. Chúng có khả năng tạo ra các bộ phận có chất lượng tốt, ứng dụng luôn vào thực tế với chi phí hợp lý và sở hữu các đặc tính cơ học cùng độ thẩm mỹ tuyệt vời.
Bài viết này sẽ giới thiệu chi tiết về từng loại quy trình in 3D bằng nhựa, phân tích ưu điểm, nhược điểm, chi phí và các ứng dụng phù hợp của từng loại máy in.
Nội dung chính
In 3D SLA là gì?
Máy in SLA truyền thống sử dụng bể chứa lớn chứa đầy nhựa lỏng. Tia laser được đặt phía trên bể chứa, chiếu xuống và chọn lọc để làm cứng lớp nhựa trên cùng. Hệ thống này cồng kềnh, tốn kém và đòi hỏi cơ sở hạ tầng phức tạp, chỉ phù hợp với các tập đoàn lớn.
Năm 2011, Formlabs cách mạng hóa công nghệ này với phương pháp in SLA đảo ngược trên máy in Form 1. Tia laser chiếu từ dưới lên, xuyên qua đáy trong suốt của bể chứa để làm cứng từng lớp nhựa mỏng. Giải pháp này cho phép chế tạo các chi tiết nhựa với máy in nhỏ gọn, dễ đặt trên bàn làm việc.
Sự ra đời của máy in Form 2 vào năm 2015 cùng với sự đa dạng hóa vật liệu in đã nâng cao đáng kể độ tin cậy và hiệu quả của công nghệ SLA, mở rộng ứng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực chuyên nghiệp.
Năm 2019, Formlabs tiếp tục cải tiến với công nghệ LFS (Low Force Stereolithography) trên máy in Form 3 và Form 3L. Sử dụng đáy bể chứa linh hoạt, công nghệ này giảm thiểu lực tác động lên chi tiết trong quá trình in, từ đó nâng cao đáng kể chất lượng bề mặt và độ chính xác. Lực in thấp hơn cũng cho phép sử dụng các cấu trúc hỗ trợ nhẹ nhàng, dễ tách rời, mở rộng khả năng in ấn với thể tích lớn hơn và hỗ trợ sử dụng các vật liệu tiên tiến cho sản xuất.
Công nghệ LFS nâng cao đáng kể chất lượng bề mặt và độ chính xác của bản in. Lực in thấp hơn cho phép sử dụng các cấu trúc hỗ trợ nhẹ nhàng, dễ dàng tách rời, mở rộng khả năng in ấn với thể tích lớn hơn và hỗ trợ sử dụng các vật liệu tiên tiến cho sản xuất.Hiện tại, công nghệ này vẫn được trang bị trên Form 4/4L đây là các mẫu máy in 3D mới nhất đến từ hãng Formlabs
In 3D DLP là gì?
In 3D DLP sử dụng máy chiếu thay vì tia laser để chiếu sáng và làm cứng từng lớp nhựa lỏng.
Máy chiếu DLP sử dụng một ma trận gồm hàng triệu gương siêu nhỏ. Mỗi gương này tương ứng với một điểm ảnh 3D (voxel) của vật thể. Số lượng gương và kích thước của vùng in ảnh hưởng trực tiếp đến độ phân giải của sản phẩm cuối cùng.
Do ánh sáng chiếu đồng thời lên toàn bộ bề mặt của lớp nhựa, quá trình làm cứng diễn ra rất nhanh. Vì vậy, máy in 3D DLP thường có tốc độ in nhanh hơn.
Tương tự như công nghệ SLA đảo ngược đã giúp thu nhỏ kích thước máy in từ những thiết bị cồng kềnh thành máy để bàn, công nghệ DLP cũng đã trở nên phổ biến hơn nhờ sự ra đời của các máy in nhỏ gọn, giá cả phải chăng.
In 3D MSLA (còn gọi là In 3D LCD) là gì?
Công nghệ in 3D MSLA (Masked Stereolithography) bao gồm các quy trình in 3D bằng nhựa sử dụng phương pháp che chắn ánh sáng một cách chọn lọc.
Thuật ngữ MSLA thường được sử dụng đồng nghĩa với in 3D LCD, vì hầu hết các máy in MSLA hiện nay sử dụng màn hình LCD để che chắn ánh sáng và chỉ làm cứng phần cần thiết của vật thể. Tuy nhiên, khái niệm MSLA rộng hơn, bao gồm mọi công nghệ in 3D bằng nhựa sử dụng phương pháp che chắn ánh sáng, bất kể nguồn sáng hay phương pháp che chắn cụ thể là gì.
Công nghệ in 3D bằng nhựa sử dụng màn hình LCD ra đời sau các công nghệ SLA và DLP sử dụng tia laser, nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ màn hình trong các thiết bị điện tử khác. Gần đây, người ta đã phát triển được các loại màn hình LCD với kích thước điểm ảnh nhỏ và khả năng truyền tốt ánh sáng có bước sóng 405 nm – bước sóng thường dùng để làm cứng nhựa.
Do đèn LED chiếu sáng đồng thời lên toàn bộ bề mặt, máy in 3D MSLA có thể làm cứng từng lớp nhựa rất nhanh, tốc độ tương đương với công nghệ DLP.
Mật độ điểm ảnh của màn hình LCD càng cao, độ phân giải của sản phẩm càng cao. Tuy nhiên, mật độ điểm ảnh cao cũng đồng nghĩa với việc giảm lượng ánh sáng chiếu xuống nhựa, dẫn đến giảm tốc độ in.
Công nghệ in LFD (Low Force Display™) của Formlabs là một bước tiến mới trong công nghệ in 3D MSLA, được phát triển cho máy in Form 4 và Form 4L. LFD tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến, bao gồm: đèn nền, bộ xử lý ánh sáng, lớp tách rời, camera tích hợp, cùng với các cải tiến về bể chứa nhựa, hộp mực, hệ thống tự động và điều khiển thông minh. Nhờ đó, LFD mang đến tốc độ in nhanh, độ tin cậy cao và chất lượng sản phẩm vượt trội đáp ứng nhu cầu của các chuyên gia.
So sánh quy trình in 3D giữa SLA, DLP, MLSA/LCD
Các máy in 3D SLA, DLP và MSLA/LCD đều thuộc nhóm công nghệ stereolithography, vì chúng đều sử dụng ánh sáng để làm cứng nhựa lỏng. Sự khác biệt giữa các công nghệ này chủ yếu nằm ở độ chính xác, độ phân giải, chất lượng và độ bền của nguồn sáng, cách thức xử lý ánh sáng và các công nghệ hỗ trợ.
Độ phân giải
Độ phân giải trong in 3D rất khó định nghĩa và so sánh giữa các máy in và nhà sản xuất. Chất lượng và độ chính xác của sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm: kích thước, hình dạng và cường độ của nguồn sáng, cũng như khả năng tán xạ, chảy và đông cứng của nhựa. Ví dụ, một số loại nhựa tán xạ ánh sáng mạnh hơn, dẫn đến việc nhựa thừa bị đông cứng và làm giảm độ chi tiết của sản phẩm.
Trên máy in 2D, độ phân giải thường được đo bằng DPI (dots per inch), tương đương với mật độ điểm mực trên bề mặt giấy. Tuy nhiên, với in 3D, việc thêm chiều Z (chiều cao) đã làm phức tạp hơn việc định nghĩa và đo lường độ phân giải.
Để đánh giá độ phân giải của một máy in 3D, cần xem xét cả khả năng tái tạo chính xác chi tiết trên mặt phẳng ngang (trục XY) và độ mỏng của từng lớp nhựa (trục Z). Khả năng tái tạo chi tiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố phức tạp.
Độ phân giải của máy in 3D SLA laser phụ thuộc vào bốn yếu tố: kích thước của điểm laser, sự phân bố công suất của điểm laser, độ chính xác của hệ thống định vị laser trên mặt phẳng XY và độ mỏng của lớp nhựa.
Kích thước điểm laser ban đầu có vẻ quyết định kích thước nhỏ nhất của chi tiết. Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng. Nếu chi tiết chỉ là một điểm hoặc một hình cầu đơn lẻ, thì kích thước điểm laser sẽ giới hạn kích thước nhỏ nhất. Nhưng trong thực tế, laser có thể vẽ các chi tiết nhỏ hơn kích thước điểm của nó bằng cách di chuyển trên mặt phẳng XY với bước nhảy nhỏ hơn.
Ví dụ: Máy in Form 3+ có kích thước điểm laser là 85 micron nhưng độ phân giải XY là 25 micron. Điều này có nghĩa là máy in có thể vẽ chính xác các chi tiết với độ chính xác 25 micron trên mặt phẳng XY.
Độ phân giải của máy in 3D DLP phụ thuộc vào kích thước pixel, cường độ và đồng đều của ánh sáng, kỹ thuật chống răng cưa và độ mỏng của lớp nhựa, tương tự như công nghệ SLA laser.
Tương tự như màn hình TV hay điện thoại, kích thước pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng cao. Trong in 3D DLP, độ phân giải trong mặt phẳng (XY) phụ thuộc vào kích thước pixel, tức là kích thước nhỏ nhất mà máy chiếu có thể tạo ra được trên một lớp. Độ phân giải này phụ thuộc vào độ phân giải của máy chiếu (phổ biến nhất là Full HD – 1080p) và khoảng cách từ máy chiếu đến cửa sổ quang học. Do đó, hầu hết máy in 3D DLP để bàn đều có độ phân giải cố định trong khoảng 35 đến 100 micron.
Khi tăng kích thước của vật thể cần in (thể tích xây dựng), độ phân giải của máy in 3D DLP sẽ giảm. Nguyên nhân là vì không có máy chiếu nào có độ phân giải quá cao. Để in được vật thể lớn hơn, nhà sản xuất phải tăng khoảng cách từ máy chiếu đến vật thể, dẫn đến giảm độ phân giải và ảnh hưởng đến chất lượng bản in.
Độ phân giải của máy in 3D MSLA phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước pixel của màn hình LCD, độ song song và đồng đều của nguồn sáng, việc sử dụng công nghệ chống răng cưa và độ dày lớp in.
Giống như máy in 3D DLP, kích thước pixel càng nhỏ thì độ phân giải của máy in 3D MSLA càng cao. Tuy nhiên, kích thước pixel chỉ là một trong những yếu tố quan trọng. Để đạt được độ phân giải cao, máy in 3D MSLA cần có nguồn sáng song song, không bị phân tán khi đi qua các pixel trên màn hình LCD. Đồng thời, nguồn sáng phải đảm bảo độ đồng đều cao để nhựa được đông cứng đều trên toàn bộ bề mặt.
Thật may, việc xác định độ cao lớp tối thiểu theo chiều cao (trục Z) đơn giản hơn – hầu hết máy in 3D nhựa sử dụng độ cao lớp tiêu chuẩn từ 25 đến 200 micron. Với máy in 3D nhựa đảo ngược, độ cao lớp phụ thuộc vào độ dày của lớp nhựa bị ép giữa bàn in và đáy bể nhựa – chính là chiều cao của lớp nhựa được đông cứng trong mỗi lần in.
Vậy độ phân giải có thực sự ảnh hưởng đến chất lượng in 3D nhựa? Câu trả lời là có, nhưng thường chỉ là một thông số mang tính quảng cáo. Độ phân giải cao (pixel nhỏ hơn, kích thước điểm laser nhỏ hơn trong mặt phẳng XY và độ dày lớp mỏng hơn) chỉ là một yếu tố tham khảo, chưa chắc đã đảm bảo độ chính xác, độ chi tiết và chất lượng bề mặt tốt hơn. Thực tế, độ phân giải cao thường đi kèm với những hạn chế như tốc độ in chậm hơn hoặc thậm chí tăng khả năng xảy ra lỗi in.
Để hiểu rõ hơn, mời bạn đọc nghiên cứu của chúng tôi về đánh giá hiệu suất của máy in 3D SLA và MSLA với các độ phân giải khác nhau, bao gồm độ mịn bề mặt, độ chính xác kích thước và khả năng in chi tiết nhỏ nhất.
Độ chính xác
Do in 3D là quá trình tạo vật thể bằng cách chồng xếp từng lớp, nên sai lệch kích thước có thể xảy ra ở mỗi lớp. Những sai lệch nhỏ này tích tụ dần, dẫn đến ảnh hưởng đến độ chính xác của toàn bộ vật thể. Độ chính xác của bản in phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công nghệ in 3D, thiết kế máy in, đặc tính của vật liệu (nhựa), cài đặt in và quá trình xử lý sau in. Nói chung, công nghệ in 3D nhựa hiện nay cho độ chính xác cao nhất. Tuy nhiên, sự khác biệt về độ chính xác giữa các máy in phụ thuộc nhiều vào kiểu máy và nhà sản xuất hơn là sự khác biệt giữa các công nghệ in 3D.
Trong in 3D nhựa, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác là hiệu suất quang học của máy in, cụ thể là kích thước, hình dạng và độ đồng đều của chùm sáng chiếu lên nhựa. Các máy in 3D laser chuyên nghiệp như Form 3+ và Form 3B+ sử dụng hệ thống quét laser chính xác cao và được hiệu chỉnh kỹ lưỡng để đảm bảo chùm sáng chiếu đúng vào vị trí cần thiết và di chuyển theo đường đi mong muốn.
Độ chính xác của máy in 3D DLP phụ thuộc vào độ phân giải và công suất của máy chiếu, cũng như chất lượng và độ chính xác của các thiết bị vi gương. Một hạn chế về độ chính xác của máy in DLP là hiện tượng biến dạng pixel, đặc biệt ở các cạnh của vật thể in, nơi các thiết bị vi gương phải chiếu ánh sáng đi xa hơn.
Độ chính xác của máy in 3D LCD và MSLA phụ thuộc vào sự đồng đều và song song của nguồn sáng, cũng như kích thước pixel và chất lượng của màn hình LCD. Hầu hết máy in LCD sử dụng thấu kính đơn giản trên nguồn sáng, dẫn đến tình trạng chiếu sáng không đều, xuất hiện vùng tối hoặc biến dạng ánh sáng, ảnh hưởng đến độ chính xác của bản in. Chất lượng của màn hình LCD cũng rất quan trọng. Màn hình LCD chất lượng cao sẽ phản ứng chính xác với tín hiệu điều khiển từ phần mềm, đảm bảo ánh sáng được chiếu đúng vào các vị trí cần thiết.
Đơn vị Xử lý Ánh sáng 4 (LPU 4) của Formlabs sử dụng màn hình LCD tùy chỉnh với kích thước pixel 50 μm và tích hợp công nghệ chống răng cưa, giúp cải thiện đáng kể độ chính xác kích thước của bản in. Đơn vị Đèn Nền của Form 4 sử dụng 60 đèn LED và hệ thống quang học tiên tiến bao gồm mảng thấu kính và tấm chắn quang học, tạo ra nguồn sáng mạnh mẽ, đồng đều và song song, đảm bảo chất lượng chiếu sáng ngay cả khi hoạt động ở công suất cao.
Yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến độ chính xác của bản in là lực tác động lên vật thể trong quá trình in. Trong quá trình in 3D nhựa đảo ngược, có hai loại lực chính tác động lên vật thể:
- Lực tách: Xảy ra khi bàn in nâng lên, tách lớp nhựa đã đông cứng khỏi bể nhựa.
- Lực ép: Xảy ra khi bàn in hạ xuống, ép vật thể vào bể nhựa.
- Những lực này có thể gây ra sự dịch chuyển hoặc biến dạng của các lớp, dẫn đến giảm độ chính xác của bản in.
Một số máy in sử dụng bể nhựa màng mỏng đơn giản để giảm thiểu lực tách. Tuy nhiên, loại bể nhựa này có hai nhược điểm chính:
- Màng mỏng dễ bị hư hỏng và cần thay thế thường xuyên.
- Màng mỏng có thể bị hút vào màn hình LCD, gây tăng đột ngột lực tách.
Form 4 và Form 4L sử dụng bể nhựa màng mỏng hai lớp, giúp giảm thiểu lực tách và tăng độ bền. Ngoài ra, Form 4 và Form 4L còn được trang bị lớp phim quang học có kết cấu vi mô độc quyền (Release Texture), tạo khoảng cách giữa bể nhựa và màn hình LCD, ngăn ngừa hiện tượng hút và cải thiện độ chính xác của bản in.
Kết cấu Tách (Release Texture) trên máy in 3D MSLA Form 4 tạo ra luồng không khí giữa bể nhựa và màn hình LCD, ngăn ngừa hiện tượng hút chân không và nâng cao độ chính xác của bản in.
Yếu tố cuối cùng ảnh hưởng đến độ chính xác của bản in là các đặc tính vật lý của nhựa lỏng. Quá trình đông cứng của nhựa lỏng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ đồng đều, mức độ tán xạ ánh sáng, độ nhớt, v.v. Những thay đổi nhỏ ở bất kỳ yếu tố nào cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình đông cứng của nhựa, dẫn đến sai lệch kích thước của bản in lên tới hàng trăm micromet. Hầu hết các máy in 3D nhựa hiện nay không thể kiểm soát được các yếu tố này, dẫn đến sự thay đổi không ổn định và khó dự đoán về độ chính xác của bản in.
Form 4 và Form 4L khắc phục vấn đề này bằng một số cách:
- Kiểm soát chính xác nhiệt độ và độ đồng đều của nhựa lỏng thông qua hệ thống gia nhiệt chính xác, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại và bộ trộn nhựa tốc độ cao.
- Tự phát triển và sản xuất vật liệu in, kiểm soát chặt chẽ các đặc tính của nhựa như khả năng phản ứng, độ nhớt và mức độ tán xạ ánh sáng.
- Sử dụng phần mềm cắt lớp tiên tiến, hệ thống hiệu chỉnh máy in chính xác và cài đặt in được tối ưu hóa cho từng loại vật liệu.”
Độ chính xác của máy in 3D không chỉ phụ thuộc vào công nghệ in mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như thiết kế máy in, đặc tính của nhựa in, cài đặt in, hiệu chỉnh máy in và quy trình xử lý sau in.
Khối lượng in
Trước khi có công nghệ in nhựa 3D “lật ngược” (inverted SLA), máy in nhựa 3D có thể tích lớn thường rất đắt đỏ. Công nghệ “lật ngược” này giúp giảm chi phí, nhưng hạn chế kích thước máy in. Lý do là khi in chi tiết lớn, lực tách khuôn rất mạnh, dễ gây lỗi in.
Ngày nay, với công nghệ “lật ngược” (chỉ sử dụng lượng nhựa cần thiết) kết hợp với kỹ thuật tách khuôn mới, chúng ta có thể in được các chi tiết lớn hơn mà không cần đầu tư hàng trăm nghìn đô la cho máy in khổ lớn truyền thống.
Trong các ngành như hàng tiêu dùng, thiết kế sản phẩm và y tế, máy in nhựa khổ lớn rất hữu ích, đặc biệt là trong việc sản xuất các bộ phận kích thước tương đương người.
Khi lựa chọn máy in nhựa, điều quan trọng nhất là xem xét mục đích sử dụng. Hiện nay, máy in nhựa sử dụng laser có 3 loại chính: loại để bàn, loại để trên bàn làm việc và loại công nghiệp.
Trong những thập kỷ trước, máy in nhựa 3D công nghiệp chủ yếu phục vụ các tập đoàn lớn. Vì công nghệ này đòi hỏi đầu tư lớn về chi phí mua sắm, bảo dưỡng, diện tích lắp đặt và cơ sở hạ tầng phức tạp (như phương pháp in thạch bản nổi truyền thống).
Sự ra đời của công nghệ in nhựa 3D “lật ngược” (inverted SLA) đã mở đường cho các máy in kích thước nhỏ hơn. Công nghệ này ngày càng phổ biến, dẫn đến sự xuất hiện của các máy in để bàn với kích thước nhỏ gọn, thường có thể tích xây dựng khoảng 10-20 cm mỗi chiều. Ví dụ, máy in Form 3+ của Formlabs có thể tích xây dựng 14.5 x 14.5 x 19.3 cm, trong khi Form 4 lớn hơn 30% với kích thước 20.0 x 12.5 x 21.0 cm.
Nhờ sự kết hợp giữa công nghệ “lật ngược” và cải tiến kỹ thuật tách khuôn, máy in nhựa 3D để bàn ngày càng phát triển. Các máy in như Form 4L với thể tích xây dựng 35.3 x 19.6 x 35.0 cm có thể tạo mẫu nhanh các sản phẩm kích thước tương đương người, phục vụ cho nhiều mục đích như sản xuất nguyên mẫu, tạo mẫu nhanh công cụ hoặc thậm chí sản xuất trực tiếp sản phẩm cuối cùng.
Với máy in 3D DLP, độ phân giải và thể tích xây dựng có mối quan hệ “cân bằng”: độ phân giải phụ thuộc vào máy chiếu, càng nhiều điểm ảnh (pixel) thì độ phân giải càng cao. Tuy nhiên, để tăng độ phân giải, máy chiếu phải được đặt gần hơn với bề mặt in, điều này làm giảm diện tích in. Do đó, các máy chiếu 4K hoặc 8K có độ phân giải cao thường rất đắt tiền, dẫn đến chi phí sản phẩm cuối cùng cũng tăng lên.
Máy in DLP khổ lớn thường sử dụng công nghệ chiếu sáng từ trên xuống, đòi hỏi lượng nhựa rất lớn. Trong khi đó, máy in DLP để bàn thường được tối ưu hóa cho các mục đích sử dụng cụ thể. Ví dụ, một số máy in có thể tạo ra các chi tiết nhỏ, tinh xảo như đồ trang sức với độ chính xác cao, nhưng thể tích in hạn chế. Ngược lại, một số máy in khác có thể in được các chi tiết lớn hơn nhưng độ phân giải thấp hơn.
Máy in 3D LCD sử dụng màn hình LCD và mảng đèn LED để chiếu sáng. Do đó, độ chính xác của máy in không bị ảnh hưởng bởi kích thước của máy. Miễn là màn hình LCD và nguồn sáng LED có chất lượng tốt, máy in LCD khổ lớn vẫn đảm bảo độ chính xác tương đương với máy in kích thước nhỏ hơn.
Tuy nhiên, khác với máy in SLA sử dụng laser, chi phí sản xuất máy in LCD sẽ tăng lên theo kích thước của màn hình và số lượng đèn LED. Máy in SLA sử dụng tia laser duy nhất, có thể điều chỉnh hướng chiếu để in trên diện tích lớn. Ngược lại, để tăng tốc độ in, nhiều máy in SLA khổ lớn sử dụng hai tia laser, dẫn đến chi phí sản xuất tăng lên tương tự như việc tăng kích thước màn hình LCD và mảng đèn LED.
Độ hoàn thiện của bề mặt
Máy in nhựa 3D nổi tiếng với khả năng tạo ra các sản phẩm có bề mặt rất mịn, gần như không cần xử lý bề mặt sau khi in. So với máy in FDM (in sợi nhựa nóng chảy) chỉ có thể đùn ra từng lớp nhựa, máy in nhựa 3D sử dụng tia laser, đèn LED hoặc máy chiếu có thể “khắc” từng lớp nhựa lỏng, tạo ra bề mặt mịn hơn nhiều.
Tuy nhiên, cả máy in nhựa 3D và FDM đều có thể cần sử dụng giá đỡ để hỗ trợ quá trình in, đặc biệt là đối với các chi tiết phức tạp. Giá đỡ có thể để lại các vết tích trên bề mặt sản phẩm và cần được xử lý nhẹ nhàng bằng cách chà nhám hoặc cắt tỉa.
Một điểm đặc biệt của máy in nhựa 3D là các lớp nhựa được liên kết chặt chẽ với nhau cả về mặt vật lý và hóa học. Điều này giúp hạn chế tối đa sự xuất hiện các đường viền giữa các lớp, tạo ra bề mặt sản phẩm rất mịn màng.
Đối với các loại nhựa trong suốt, bề mặt mịn này giúp cho ánh sáng truyền qua dễ dàng hơn, tạo ra các sản phẩm trong suốt và đẹp mắt.
Máy in 3D sử dụng laser như Form 3+ và Form 3L được ưa chuộng nhờ khả năng tạo ra các sản phẩm có bề mặt rất mịn. Do tia laser có dạng tròn, các cạnh cong của sản phẩm cũng được tạo ra rất tròn trịa, mang lại vẻ ngoài rất mịn màng.
Máy in 3D DLP và LCD cũng có khả năng tạo ra bề mặt mịn, gần như không cần xử lý sau khi in. Tuy nhiên, cả hai loại máy in này đều sử dụng ánh sáng để chiếu lên các điểm ảnh (pixel) hoặc đơn vị thể tích (voxel) có hình chữ nhật. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng “bậc thang” hoặc “răng cưa” trên bề mặt sản phẩm, đặc biệt là trên các cạnh thẳng đứng.
Gần đây, các nhà sản xuất đã cải tiến công nghệ bằng cách sử dụng màn hình LCD hoặc máy chiếu độ phân giải cao, cùng với các kỹ thuật xử lý hình ảnh để giảm thiểu hiện tượng “răng cưa”. Nhờ đó, máy in 3D DLP và LCD hiện đại có thể tạo ra bề mặt sản phẩm mịn màng, gần như không thể phân biệt được với sản phẩm được in bởi máy in SLA sử dụng laser.
Năng suất và tốc độ
Ngày càng nhiều doanh nghiệp sử dụng công nghệ in 3D trong quá trình sản xuất và phát triển sản phẩm. Do đó, tốc độ in 3D trở thành yếu tố quan trọng hàng đầu khi lựa chọn công nghệ phù hợp. Một máy in 3D lý tưởng không chỉ tạo ra các sản phẩm chất lượng cao mà còn phải đảm bảo tốc độ in nhanh, độ chính xác, độ tin cậy và hiệu suất vật liệu ổn định.
Công nghệ in FDM (in sợi nhựa nóng chảy) và SLS (in chọn lọc bằng laser) đã đạt được những cải tiến đáng kể về tốc độ in. Tuy nhiên, công nghệ in nhựa 3D hiện đang là phương pháp sản xuất gia tăng nhanh nhất.
Các công nghệ mới như LFD (Light-based Fabrication – chế tạo dựa trên ánh sáng) đã đẩy tốc độ in lên một tầm cao mới. Với LFD, hầu hết các sản phẩm có thể được hoàn thành trong vài giờ, thậm chí chỉ trong vài phút đối với các sản phẩm nhỏ.
Đối với các chi tiết nhỏ, máy in nhựa sử dụng tia laser có tốc độ in tương đương với máy in DLP và LCD. Khi in chi tiết nhỏ, tia laser chỉ cần chiếu sáng một diện tích nhỏ, giúp quá trình in diễn ra nhanh chóng. Tuy nhiên, khi in các chi tiết lớn hoặc sản xuất hàng loạt, máy in sử dụng laser có thể chậm hơn so với máy in DLP và MSLA.
Máy in DLP được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp như nha khoa, nơi tốc độ in ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh doanh. Tuy nhiên, máy in DLP có thể gặp vấn đề về độ chính xác do hiện tượng quang học gây biến dạng trên bề mặt in. Ngoài ra, máy in DLP thường có giá thành cao hơn so với máy in LCD cùng hiệu suất.
Công nghệ MSLA tiên tiến, như Form 4 và Form 4L, hiện đang là giải pháp in 3D nhanh nhất và đáng tin cậy nhất. Ưu điểm vượt trội của công nghệ MSLA là khả năng chiếu sáng và làm cứng toàn bộ lớp in cùng một lúc. Bên cạnh đó, các yếu tố như: sử dụng màng nhựa linh hoạt hai lớp, công nghệ giải phóng nhanh, hệ thống tự động đổ đầy nhựa và hệ thống làm nóng nhựa nhanh chóng cũng góp phần giảm thời gian in.
Khi lựa chọn máy in MSLA cho mục đích sản xuất, chất lượng và độ bền của các bộ phận là những yếu tố rất quan trọng. Hầu hết các máy in LCD thông thường có tuổi thọ ngắn do màn hình LCD tiêu chuẩn không được thiết kế để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt của máy in 3D. Tuy nhiên, với máy in Form 4 và Form 4L của Formlabs, tuổi thọ của bộ phận chiếu sáng có thể lên tới 600.000 – 1.900.000 lớp và dễ dàng thay thế với chi phí thấp.
Việc mở rộng quy mô sản xuất rất dễ dàng với máy in nhựa 3D để bàn. Kích thước nhỏ gọn giúp người dùng dễ dàng bố trí thêm nhiều máy in để tăng năng suất. Ngoài ra, còn có các giải pháp tự động hóa để tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Máy in nhựa Formlabs cung cấp các công cụ tự động hóa tiên tiến như Form Auto, giúp tự động hóa quá trình tháo rời sản phẩm, cho phép in liên tục 24/7. Hệ sinh thái tự động hóa của Formlabs giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người trong quá trình in, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi sản xuất liên tục, như sản xuất hàng loạt các chi tiết nhỏ trong ngành nha khoa hoặc chỉnh hình.
Quy trình làm việc và yếu tố dễ sử dụng
Các nhà sản xuất máy in 3D nhựa thường cung cấp các phần mềm hỗ trợ khác nhau để giúp người dùng dễ dàng chuẩn bị và thực hiện quá trình in.
Một số máy in đi kèm với phần mềm độc quyền, như PreForm của Formlabs, giúp người dùng chuẩn bị tệp in, thiết lập cấu trúc hỗ trợ, chọn vật liệu và bắt đầu in chỉ với một vài thao tác đơn giản. Các phần mềm khác có thể yêu cầu người dùng mua thêm và tự mình thực hiện các bước như: định hướng vật thể, tạo cấu trúc hỗ trợ, cắt lớp và gửi tệp in đến máy.
Bắt đầu sử dụng máy in 3D nhựa rất dễ dàng, đặc biệt với các máy in để bàn. Hầu hết các máy in đều được thiết kế để dễ dàng lắp đặt và sử dụng ngay lập tức. Giao diện người dùng trực quan và các cảm biến tích hợp giúp quá trình in trở nên đơn giản và thuận tiện.
Tuy nhiên, một số máy in giá rẻ có thể yêu cầu người dùng thực hiện một số bước hiệu chỉnh thủ công, như đổ nhựa, chọn cài đặt in và tinh chỉnh các thông số để đảm bảo chất lượng in. Điều này có thể gây khó khăn và mất thời gian cho người dùng.
Máy in Form 4 và Form 4L được trang bị màn hình cảm ứng trực quan, hệ thống điều khiển thông minh và hệ thống cấp nhựa tự động, giúp người dùng dễ dàng thiết lập và vận hành. Người dùng chỉ cần cài đặt công việc in và có thể tập trung vào các công việc khác trong khi máy in tự động hoàn thành quá trình. Hệ thống hộp mực thông minh tự động bổ sung nhựa in, cho phép in ấn liên tục, đặc biệt là trong các trường hợp cần in qua đêm.
Ngoài ra, Form 4 và Form 4L cung cấp các cài đặt vật liệu đã được kiểm tra kỹ lưỡng, giúp người dùng yên tâm về chất lượng in và giảm thiểu rủi ro thất bại.
Sau khi in, các sản phẩm cần được rửa sạch, xử lý nhiệt và hoàn thiện bề mặt. Máy in Form 4 được thiết kế với lực tách khuôn thấp, giúp dễ dàng tháo rời các cấu trúc hỗ trợ mà không làm hư hại sản phẩm. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình xử lý hậu in.
Formlabs cung cấp một hệ sinh thái hoàn chỉnh bao gồm các thiết bị và phần mềm hỗ trợ, giúp tối ưu hóa toàn bộ quy trình in 3D. Hệ thống rửa tự động Form Wash với công nghệ khuấy đảo thông minh giúp làm sạch sản phẩm nhanh chóng và hiệu quả. Lò sấy Form Cure với cài đặt nhiệt độ và thời gian được lập trình sẵn cho từng loại vật liệu giúp xử lý nhiệt chính xác và an toàn. Ngoài ra, bộ dụng cụ hoàn thiện chuyên nghiệp còn giúp người dùng dễ dàng đánh bóng, làm mịn và hoàn thiện bề mặt sản phẩm.
Vật liệu và ứng dụng
Việc thay đổi vật liệu in trên hầu hết các máy in nhựa rất đơn giản. Người dùng chỉ cần thay thế khay in và hộp chứa nhựa một cách dễ dàng, tương tự như việc cắm và rút thiết bị điện tử.
Mỗi loại máy in thường sử dụng các loại nhựa in riêng biệt. Một số nhà sản xuất tự sản xuất nhựa in, trong khi số khác sử dụng nhựa của các nhà cung cấp khác hoặc cho phép người dùng sử dụng nhựa của nhiều thương hiệu khác nhau.
Ưu điểm của hệ thống mở là cho phép người dùng tự do lựa chọn và sử dụng các loại nhựa in khác nhau. Tuy nhiên, hệ thống mở cũng có hạn chế. Do không được hiệu chỉnh riêng cho từng loại máy in, việc sử dụng nhựa của bên thứ ba có thể ảnh hưởng đến độ chính xác, độ tin cậy và chất lượng in.
Formlabs cung cấp một thư viện rộng lớn với hơn 40 loại nhựa in độc đáo, được phát triển và tối ưu hóa riêng cho các máy in của hãng. Đồng thời, Formlabs cũng cho phép người dùng sử dụng nhựa của các nhà sản xuất khác thông qua nền tảng mở. Một số loại nhựa đặc biệt được thiết kế cho các ứng dụng đặc thù, chẳng hạn như môi trường có nhiệt độ cao, tiếp xúc với nước hoặc sử dụng trong quá trình đúc khuôn.
Trong nhiều ứng dụng, vật liệu in đóng vai trò quyết định. Ví dụ, trong sản xuất điện tử, cần sử dụng các loại nhựa có khả năng chống tĩnh điện. Trong khi đó, trong các ứng dụng công nghiệp, cần sử dụng các loại nhựa có độ bền và độ cứng cao.
Khi lựa chọn máy in 3D nhựa, người dùng nên tham khảo kỹ bảng dữ liệu kỹ thuật và bảng dữ liệu an toàn của từng loại nhựa. Bảng dữ liệu kỹ thuật cung cấp thông tin chi tiết về các đặc tính của nhựa, giúp người dùng lựa chọn được loại nhựa phù hợp nhất với ứng dụng của mình. Bảng dữ liệu an toàn giúp đảm bảo sự an toàn cho người sử dụng và môi trường.
Giá
Trước đây, máy in nhựa 3D thường có giá thành cao hơn so với máy in FDM (in sợi nhựa nóng chảy) nhưng vẫn rẻ hơn so với máy in SLS (in chọn lọc bằng laser). Tuy nhiên, trong những năm gần đây, giá thành của máy in nhựa đã giảm đáng kể, trở thành lựa chọn kinh tế hơn cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Ở phân khúc giá rẻ, có những máy in LCD có giá từ 200 đến 1000 USD. Những máy in này phù hợp với người mới bắt đầu hoặc những người dùng không chuyên. Tuy nhiên, chúng thường yêu cầu người dùng phải tự hiệu chỉnh và tinh chỉnh cài đặt cho từng loại nhựa in. Ngoài ra, độ bền và độ ổn định của các máy in này thường không cao, dẫn đến chi phí bảo trì, sửa chữa và vật liệu lãng phí.
Máy in nhựa 3D chuyên nghiệp thường sử dụng các công nghệ như SLA (Stereolithography), bao gồm SLA sử dụng laser, DLP (Digital Light Processing) và LCD/MSLA (Màn hình tinh thể lỏng). Giá thành của các máy in này thường dao động từ 2.500 USD đến 10.000 USD, trong khi các máy in khổ lớn có thể có giá từ 5.000 USD đến 25.000 USD.
Giá cả phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm: chất lượng nguồn sáng (đèn LED, laser, máy chiếu), công nghệ xử lý ánh sáng, độ bền của máy in, phần mềm đi kèm, phụ kiện và dịch vụ bảo hành.
Chi phí vật liệu in cũng là một yếu tố quan trọng. Nhiều nhà sản xuất sử dụng nhựa của các nhà cung cấp khác hoặc tự sản xuất nhựa nhưng bán dưới thương hiệu riêng. Việc sử dụng nhựa giá rẻ có thể ảnh hưởng đến chất lượng in, gây ra các vấn đề như độ bền thấp, độ chính xác kém và thậm chí gây hại cho sức khỏe.
Formlabs cung cấp thư viện vật liệu đa dạng với hơn 40 loại nhựa in được phát triển riêng, đảm bảo chất lượng, độ an toàn và hiệu suất cao. Formlabs đã đầu tư nhiều thời gian và công sức để tối ưu hóa cài đặt in cho từng loại nhựa và độ dày lớp, giúp người dùng dễ dàng đạt được kết quả in tốt nhất.
Hãy cùng bắt đầu với máy in 3D resin
Khi lựa chọn công nghệ in 3D nhựa, bao gồm SLA sử dụng laser, DLP, LCD và MSLA, cần cân nhắc kỹ lưỡng về ứng dụng cụ thể và loại vật liệu phù hợp. Ngoài ra, các yếu tố như tốc độ in, độ chính xác và độ phân giải cũng cần được xem xét.
Mặc dù có một số khác biệt giữa các công nghệ này, nhưng hiệu suất thực tế của máy in phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế và kỹ thuật của từng nhà sản xuất, hơn là những ưu điểm và hạn chế cố hữu của từng công nghệ.
In 3D nhựa là công nghệ sản xuất nhanh chóng, cho phép tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao, bề mặt mịn màng và đa dạng về vật liệu. Máy in 3D nhựa chuyên nghiệp như Form 4 của Formlabs kết hợp những ưu điểm vượt trội của công nghệ này, mang đến tốc độ in nhanh, độ phân giải cao và độ chính xác cao, cùng với khả năng sử dụng đa dạng các loại vật liệu tiên tiến.