1. Giới thiệu Công nghệ in 3D nóng chảy lắng đọng
Được phát triển bởi S. Scott Crump vào cuối những năm 1980. Hãng Stratasys bán chiếc máy sử dụng công nghệ FDM đầu tiên có tên “3D Modeler” năm 1992. Máy in 3D dùng công nghệ FDM xây dựng mẫu bằng cách đùn nhựa nóng chảy rồi hoá rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết dạng khối.
Công nghệ FDM của Stratasys đến nay đã trở thành một công nghệ ở tầm cỡ công nghiệp. Tuy nhiên, sự tăng trưởng mạnh mẽ của các máy in 3D tầm sơ cấp từ năm 2009 phần lớn lại không phải dựa trên công nghệ của Stratasys, mà dựa trên một công ty khác nối tiếng với công nghệ in này là MakerBot, họ có công nghệ tương tự và đặt đã đặt tên cho phương pháp in này là Fused Filament Fabrication (FFF). Điều đặc biệt của công nghệ này đó là nó không chỉ có khả năng in các nguyên mẫu mà còn in được các sản phẩm hoàn thiện cuối cùng đến tay người dùng. Công nghệ này có hiệu suất cao và sử dụng kỹ thuật in nhiệt dẻo rất có giá trị đối với kĩ sư cơ khí và các nhà sản xuất, nhờ thế mà thành phẩm có phẩm chất tốt về mặt cơ học, nhiệt và hóa học.
2. Quy trình in
– Bước 1: Tạo lập mô hình 3D của đối tượng trong chương trình CAD;
– Bước 2: Nhập mô hình vào phần mềm Stratasys, Insight;
– Bước 3: Phần mềm cắt tệp có định dạng “.STL” thành các lớp ngang theo toán học;
– Bước 4: Phần mềm tạo đường dẫn công cụ cần thiết cho đầu đùn;
– Bước 5: Hệ thống vẽ các lớp cắt ngang một lần tại tọa độ X, Y và Z bằng cách sử dụng quy trình ép đùn vật liệu được gia nhiệt.
3. Nguyên lý hoạt động
FDM ép đùn nhựa nhiệt dẻo nóng cháy qua một vòi phun từng lớp từng lớp một để tạo thành các chi tiết. Công nghệ FDM có thể sử dụng nhiều đầu phun cho vật liệu của sản phẩm và vật liệu hỗ trợ. Sau mỗi một lớp in, khay đựng sẽ di chuyển xuống, tạo khoảng không cho lớp in tiếp theo. FDM có thể in các lớp dày hoặc mỏng tuỳ thuộc bạn muốn tăng tốc độ in (lớp in dày hơn) hoặc giảm thời gian xử lý thủ công sau khi in (lớp in mỏng hơn) do bề mặt mượt hơn. FDM đòi hỏi vật liệu hỗ trợ để có thể in các góc độ, góc nhô và các lỗ hổng, vì không thể in được trên không khí.
4. Vật liệu sử dụng
Vật liệu FDM có thể mờ đục tới bán trong suốt với nhiều màu sắc bao gồm xanh, đỏ, vàng, trắng, đen và màu nâu vàng. Nhựa nhiệt dẻo của FDM bao gồm các loại nhựa nhiệt dẻo có khả năng tương thích sinh học cao và đạt xếp hạng FAR, và nhiều loại vật liệu để tạo khuôn cho ép nhựa như ABS và ASA.
5. Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng
Ưu điểm: Là công nghệ in 3D giá rẻ, dễ sửa chữa và thay thế chi tiết máy móc, in với số lượng lớn, ít tốn nguyên liệu. Thường sử dụng trong các sản phẩm cần chịu lực. Tốc độ tạo hình 3D nhanh. Quá trình tạo mẫu nhanh của FDM không giống như công nghệ SLA, LOM, SLS phải sử dụng tia laser để tạo hình sản phẩm mà công nghệ tạo mẫu nhanh FDM đơn giản hơn rất nhiều, độ tin cậy cao, bảo dưỡng dễ dàng. Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo không độc, không mùi, và do đó sẽ không gây ô nhiễm môi trường xung quanh. Thiết bị hoạt động tạo ra ít tiếng ồn.
Nhược điểm: Ít khi dùng trong lắp ghép vì độ chính xác không cao. Khả năng chịu lực không đồng nhất.
Phạm vi ứng dụng: FDM thường được sử dụng để chế tạo các thành phần nội thất của máy bay và đường ống dẫn, các nguyên mẫu hoặc sản phẩm trong y tế, hàng tiêu dùng, trong công nghiệp và giao thông.
