Sản phẩm in 3D: Tương lai gần hay xa?

17/10/2013 16:46

Ngày 9/10/2013, Bảo tàng Khoa học London khai mạc triển lãm sản phẩm của công nghệ in 3D. Dường như thế giới đang bước vào thời đại mới trong đó nhiều vật dụng hàng ngày là sản phẩm của máy in 3D?


Cuộc triển lãm sản phẩm in 3D tại Bảo tàng Khoa học London (Science Museum, London, 9/10/2013 - 10/2/2014) mang tên 3D : Printing the Future, ngụ ý nói rằng công nghệ in 3D sẽ cho phép in ra những vật dụng trong cuộc sống tương lai. Những sản phẩm được trưng bày tại cuộc triển lãm được phân loại theo lĩnh vực: kiến trúc, y học, công nghiệp,...

Ở gian trưng bày dành cho lĩnh vực kiến trúc có mô hình tinh tế của nhiều công trình nổi tiếng: nhà thờ Đức Bà Paris (Notre Dame), tháp chuông Venice (Campanile di San Marco),...

Ở gian trưng bày y học, ngoài những loại xương giả có thể được cấy ghép thực sự vào cơ thể người, còn có mô hình phức tạp của các bộ phận trong cơ thể dùng cho việc học tập, nghiên cứu. Các bác sĩ có thể in ra mô hình hộp sọ của bệnh nhân dựa vào kết quả của máy quét 3D để tìm hiểu bệnh trạng và thảo luận về phương pháp chữa trị trước khi tiến hành phẫu thuật.

Gian triển lãm công nghiệp trưng bày mô hình các loại máy. Những mô hình thể hiện các tiết diện của máy là phương tiện phục vụ tốt cho đào tạo.


Mô hình trái tim tạo bởi máy in 3D.


Mô hình hộp sọ tạo bởi máy in 3D.


Xương đùi và xương bánh chè được tạo bởi máy in 3D, dùng cho việc cấy ghép.


Mô hình động cơ cánh quạt tạo bởi máy in 3D.


Cánh tay rô-bốt tạo bởi máy in 3D.

Gian trưng bày sản phẩm tiêu dùng phong phú nhất, chứa đựng "trăm thứ bà rằn" do những người không chuyên tạo ra. Trí tưởng tượng vô hạn của những người yêu thích công nghệ in 3D tạo ra những sản phẩm có cấu trúc rất phức tạp (nhưng... không biết để làm gì, nếu không kể nhiệm vụ minh họa khả năng phi thường của máy in 3D và giá trị nghệ thuật nào đó chưa rõ ràng). Gian trưng bày cũng có những sản phẩm của máy in 3D là vật dụng thông thường, có thể chế tạo bằng phương pháp đúc khuôn, thể hiện sự thích thú của người dùng máy in 3D khi tự chế tạo tại nhà những sản phẩm công nghiệp. Người xem còn bị thu hút bởi hàng loạt hình nhân được tạo ra từ người thực. Máy quét 3D "chụp ảnh" người thực để tạo ra mô hình 3D trong máy tính. Sau khi được chỉnh sửa, mô hình được kết xuất trên máy in 3D.


Các mô hình khung dây (wireframe) trong máy tính được kết xuất trên máy in 3D.


Một mẫu xe đạp tạo bởi máy in 3D.


Các hình nhân tạo bởi máy in 3D từ người thực.


Nhà báo Evan Davies ngắm nhìn "hình 3D" của chính mình (theo mô hình được tạo từ máy quét 3D, chụp vào lúc Davies còn bó bột cổ tay).


Máy in 3D cho phép trí tưởng tượng bay bổng.


Khẩu súng được tạo bởi máy in 3D (chỉ bắn một lần là hỏng).

Theo số liệu thống kê được trình bày tại cuộc triển lãm, có khoảng 6,2 triệu sản phẩm in 3D được tạo ra tại Anh trong 12 tháng qua, trong đó sản phẩm của những người không chuyên chiếm hơn 80%! Một trào lưu đang hình thành, gợi nhớ cảm hứng dào dạt của những người không chuyên ở thời kỳ máy in laser để bàn bắt đầu xuất hiện trong văn phòng, trong gia đình. Khi ấy, nhiều người tiên đoán trong tương lai sách chủ yếu được in trong gia đình, thay vì trong xưởng in. Có tiên đoán tương tự đối với máy in 3D: sẽ có nhiều sản phẩm được mua qua mạng dưới dạng tập tin mô hình 3D, người mua sẽ dùng máy in 3D để tự in vật dụng cho mình, hoặc ít nhất, tự in bộ phận mới thay thế cho bộ phận hư hỏng trong vật dụng nào đó.

Máy in 3D tạo ra vật thể thực bằng cách rải tuần tự từng lớp mỏng nguyên liệu, tuân thủ chính xác cấu trúc lát cắt từ mô hình vật thể được tạo bởi máy tính. Các lớp thường được nung kết để dính chặt vào nhau bằng tia laser. Do được hình thành nguyên khối, sản phẩm của máy in 3D có thể có cấu trúc rất phức tạp mà phương pháp đúc khuôn truyền thống không chế tạo được.

Các nhà sản xuất gọi đó là phương pháp chế tạo tích lũy (additive manufacturing), phân biệt với phương pháp chế tạo giảm trừ (subtractive manufacturing) thông thường: đúc khuôn, phay, tiện. Về mặt lý thuyết, phương pháp chế tạo tích lũy không lãng phí nguyên liệu: một ký (kg) sản phẩm cần một ký nguyên liệu, thay vì... hàng chục ký nguyên liệu như trong phương pháp chế tạo giảm trừ.

Công nghệ in 3D còn tiết kiệm nguyên liệu do có thể tạo ra cấu trúc nguyên khối theo ý muốn, được tối ưu hóa theo mục đích sử dụng, không có những chi tiết "thừa" dành cho việc lắp ráp. Cấu trúc tối ưu cho khả năng chịu lực thường không "đặc ruột".

Công nghệ in 3D cho phép tạo ra sản phẩm gồm nhiều bộ phận lồng ghép sẵn, chẳng hạn tạo ra ổ bi nguyên khối, có sẵn bi bên trong (khoảng hở giữa các bi, giữa bi và vành được in bằng nguyên liệu không rắn, không bền, dễ dàng tháo ra/rửa trôi sau khi in). Nhiều khâu lắp ráp trong công nghiệp sẽ không còn cần thiết.

Công nghệ in 3D còn cho phép tạo ra "mã 3D" trên từng sản phẩm để nhận diện tự động bằng máy quét "mã 3D"). Mã 3D là cấu trúc 3D tinh tế diễn đạt số hiệu và thông tin kỹ thuật của sản phẩm, thay thế việc dán nhãn sản phẩm. Điều này thích hợp cho việc chế tạo những bộ cảm biến để cấy ghép vào cơ thể sinh vật hoặc bộ cảm biến hoạt động trong những môi trường đặc biệt mà việc dán nhãn hoàn toàn không thích hợp (nhãn được dán bị hủy hoại nhanh chóng).

Công nghệ in 3D được thực hiện ở mức tế bào có thể tạo ra cơ quan nội tạng. Công nghệ in 3D được thực hiện ở mức phân tử có thể tạo ra dược phẩm có cấu trúc phân tử mong muốn. Ở thái cực khác, đã có ý tưởng xây dựng nhà ở, thậm chí xây dựng cao ốc, một cách hoàn chỉnh (có sẵn hệ thống cấp/thoát nước, hệ thống thông khí, hệ thống điện,...) bằng công nghệ in 3D.

Thật khó lường những tác động của máy in 3D!

Tuy nhiên, có thực tế rõ ràng là những sản phẩm được trưng bày trong cuộc triển lãm của Bảo tàng Khoa học London hầu hết đều bằng nhựa! Việc tạo ra sản phẩm in 3D bằng kim loại với độ bền đạt tiêu chuẩn công nghiệp vẫn còn rất khó khăn. Đó là lĩnh vực có nhiều bí quyết công nghệ được giữ kín nghiêm ngặt.

Triển lãm tại Bảo tàng Khoa học London chỉ giới thiệu một ít sản phẩm của dự án AMAZE (Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste and Efficient Production of High-Tech Metal Products) thuộc cơ quan nghiên cứu hàng không và không gian Châu Âu ESA (European Space Agency). Nhiệm vụ của dự án AMAZE là nghiên cứu công nghệ in 3D cho những chi tiết máy trong lĩnh vực hàng không và không gian, nhằm tiết giảm triệt để khối lượng. Trong lĩnh vực hàng không và không gian, giảm khối lượng nghĩa là giảm nhiên liệu. Giảm bớt 1 kg khối lượng máy bay giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu khoảng 3000 USD/năm.


Bản lề cửa máy bay Airbus A320 được chế tạo bằng cách đúc khuôn (sau) và bằng máy in 3D (trước).

Nhiều ý kiến cho rằng nếu máy in 3D đi vào từng gia đình, diện mạo cuộc sống sẽ có những biến chuyển lớn lao, giống như những gì đã diễn ra với máy tính cá nhân, máy in để bàn. Có điều đáng ngại: cũng như máy in để bàn làm cho thời đại thông tin tiêu thụ giấy đến mức... khó tin, máy in 3D có thể tạo ra sự lãng phí khủng khiếp do những sản phẩm in hỏng, hoặc không đạt yêu cầu, bị vứt bỏ. So với việc thiết kế sản phẩm in trên giấy, tạo ra mô hình hợp lý để kết xuất hiệu quả trên máy in 3D là việc tinh tế hơn nhiều. Không chỉ lượng nguyên liệu bị mất trong sản phẩm in hỏng, lượng điện năng tiêu thụ của hàng triệu máy in 3D (sẽ có trong tương lai) cũng là con số đáng ngại. Máy in 3D có công suất tiêu thụ lớn do phải đốt nóng nguyên liệu trong thời gian dài (hiện tại, việc in một vật dụng nhỏ cầm trên tay cũng mất đến hàng giờ).

Nếu hình dung công nghệ in 3D như phương thức tinh tế để tạo ra mô hình, tạo ra... đồ chơi, đó là tương lai gần. Chế tạo sản phẩm in 3D để sử dụng rộng rãi trong đời sống, thích nghi với từng cá nhân, thay đổi tận gốc nền sản xuất công nghiệp, đó vẫn là bức tranh hoành tráng của tương lai xa.

NGỌC GIAO

Bài liên quan:
Ý kiến bạn đọc (0)
Tên   Email

Lên đầu trang