Công nghệ in 3D đã ra đời từ nhiều thập kỷ trước nhưng những năm gần đây đang ngày càng trở nên phổ biến. Các ứng dụng của công nghệ in 3D không ngừng phát triển tuy nhiên một số ứng dụng đang tạo được chú ý trong thời gian gần đây.
Lý do công nghệ in 3D được sử dụng ngày càng tăng bởi đây là loại công nghệ giản đơn có thể ứng dụng cho nhiều lĩnh vực. Trong những năm đầu khi mới ra, công nghệ in 3D có chi phí đầu vào cao. Các mẫu và nguyên liệu dùng cho máy in 3D rất đắt. Vào những năm trở lại đây, do đã có những cải tiến và thay đổi công nghệ từ máy móc đến nguyên liệu làm giảm chi phí, khiến cho việc ứng dụng công nghệ in 3D trở nên dễ dàng tiếp cận và tiết kiệm hơn trong các ngành công nghiệp và lĩnh vực giáo dục.
Dưới đây là top 5 lĩnh vực ứng dụng hàng đầu của công nghệ in 3D.
1. ỨNG DỤNG IN 3D TRONG GIÁO DỤC
Hiện nay nhiều trường học đang sử dụng công nghệ in 3D vào chương trình giảng dạy của họ. Công nghệ in 3D mang lại lợi ích đối với giáo dục vì giúp học sinh có sự chuẩn bị tốt hơn bằng cách cho phép học sinh tạo ra các mô hình học tập mà không cần đến công cụ đắt tiền. Sinh viên tiếp cận các ứng dụng công nghệ in 3D thông qua thiết kế và sản xuất các mô hình, đạo cụ học tập mà họ có thể cầm nắm và quan sát trực tiếp được.
Công nghệ in 3D là cầu nối góp phần thu hẹp khoảng cách giữa ý tưởng và hình ảnh trên giấy hay màn hình máy tính qua việc cho phép các ý tưởng, hình ảnh đó được dựng trong thế giới vật chất và không gian 3 chiều.
Ngày nay chúng ta có thể bắt gặp máy in 3D trong các lớp học và thư viện. Các trường đại học trang bị sẵn máy in 3D để sinh viên sử dụng trong các lớp học và dự án. Các công ty như MakerBot cung cấp các khóa học có cấp chứng chỉ về ứng dụng công nghệ in 3D cho cả phía nhà trường và sinh viên.
Các công cụ in 3D cũng đang cách mạng hóa giáo dục qua cung cấp khả năng tạo mẫu nhanh với chi phí thấp cho học sinh trong lớp học cũng như chế tạo thiết bị khoa học chất lượng cao với chi phí thấp từ các thiết kế phần cứng mở.
Sinh viên có thể tìm hiểu nhiều ứng dụng công nghệ in 3D khác nhau bằng cách khám phá các nguyên lý thiết kế, kỹ thuật và kiến trúc. Họ có thể sao chép các hiện vật từ bảo tàng như các mẫu hóa thạch và cổ vật để học trong lớp mà không làm hỏng các bộ sưu tập quý giá. Giờ đây họ có thể hình dung ra không gian 3 chiều trên bản đồ thực địa.
Sinh viên ngành thiết kế đồ họa có thể dễ dàng xây dựng các mô hình với các bộ phận phức tạp. Sinh viên các ngành khoa học có thể tạo và nghiên cứu các mặt cắt của các cơ quan trong cơ thể người cũng như các mẫu vật sinh học khác. Sinh viên hóa học có thể làm mô hình 3D về phân tử và hợp chất hóa học.
2. ỨNG DỤNG IN 3D TRONG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM
Công nghệ in 3D lần đầu tiên được phát triển như một phương tiện để tạo ra các mẫu nhanh hơn. Với khuôn đúc truyền thống, nó có thể tốn hàng trăm nghìn USD và mất hàng tuần để sản xuất một khuôn duy nhất. Rất là bất khả thi nếu bạn đang cố gắng cải thiện thiết kế liên tục. Công nghệ in 3D giúp giảm đáng kể thời gian giúp doanh nghiệp dành ưu thế dẫn đầu trong sản xuất nhờ cho phép khâu chế tạo mẫu chỉ trong vài giờ chứ không phải vài tuần với chi phí thấp. Ngành công nghiệp sản xuất ô tô và hàng không vũ trụ là hai ngành đang ứng dụng những tiến bộ của công nghệ in 3D.
Trong ngành sản xuất, việc sản xuất hàng loạt theo phương pháp sản xuất truyền thống sẽ tiết kiệm chi phí nhất do số lượng sản phẩm lớn. Còn trong trường hợp với sản phẩm sản xuất đơn chiếc thì công nghệ in 3D là lý tưởng vì nó cho phép nhà sản xuất có thể bắt đầu sản xuất số lượng thấp, với chi phí rẻ do không cần phải đầu tư khuôn.
Theo đó, những tiến bộ trong công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) cũng đã dẫn đến sự phát triển của các vật liệu và quy trình, chẳng hạn như công nghệ in 3D SLS và công nghệ in laser kim loại trực tiếp (DMLS) phù hợp để sản xuất sản phẩm hoàn chỉnh không chỉ là hình mẫu.
Với công nghệ thuật toán đám mây ngày nay rất phổ biến. Hiện đã có các công ty cung cấp dịch vụ sản xuất phụ trợ tích hợp với công nghệ thuật toán đám mây là nơi người tiêu dùng có thể chế tạo các bộ phận và vật thể từ xa mà không cần phải mua máy in 3D.
Các công ty hiện cung cấp dịch vụ tùy chỉnh, nơi người tiêu dùng có thể tự tạo và tùy chỉnh mọi thứ qua phần mềm hay trên trang web sau đó đặt hàng các mặt hàng chính tay họ tạo ra như vỏ điện thoại hay các thiết kế độc đáo được in 3D.
Công nghệ in 3D đang tạo ra khái niệm “công cụ nhanh chóng”. Đây là nơi mà dụng cụ sử dụng trong hoạt động sản xuất như tạo hình thủy lực, dập và ép phun được thiết kế dạng mô-đun, cho phép tạo mẫu nhanh chóng và đáp ứng nhu cầu về dụng cụ và vật cố định.
3. ỨNG DỤNG IN 3D TRONG Y HỌC
Trong vài năm gần đây, đã có nhiều ứng dụng in 3D trong lĩnh vực y học bao gồm từ in các vật liệu sinh học và màng sinh học dạng tế bào phát triển liên kết thành các mô cấu trúc mô phỏng tự nhiên cho đến các thiết bị y tế như chân, tay giả.
Các bộ phận giả được in 3D chứng tỏ về tính linh hoạt của công nghệ in 3D. Rất khó và tốn kém để sản xuất các bộ phận giả vừa vặn với bệnh nhân. Với công nghệ in 3D, các bộ phận giả sau khi có số đo sẽ được tạo mẫu và in với chi phí thấp hơn đáng kể. Trẻ em cần lắp bộ phận giả trước đây phải đợi cho tới khi chắc chắn chúng sẽ không phát triển nhanh. Nhưng bây giờ, một bộ phận giả mới có thể được in 3D vài tháng một lần. Ở một số nước thế giới thứ ba, chân tay giả thậm chí không được lựa chọn, giờ đây họ có thể tận dụng lợi thế của những bộ phận giả in 3D.
Ứng dụng in 3D trong y học cũng được sử dụng để sản xuất thiết bị cấy ghép chỉnh hình kim loại. Do khả năng tạo bề mặt xốp của in 3D, các loại mô cấy này dễ dàng tích hợp với xương tự nhiên của bệnh nhân hơn, cho phép chúng phát triển thành mô cấy.
Đã có trường hợp thành công một bệnh nhân được cấy ghép khung xương chậu bằng titan, một trường hợp khác được cấy ghép xương hàm dưới bằng titan mới. Một bệnh nhân điều khiển xe mô tô có khuôn mặt bị thương nặng trong vụ tai nạn đã được phục dựng lại bằng các bộ phận in 3D.
Công nghệ in sinh học cho phép in 3D các cơ quan nhân tạo, giúp giải quyết các vấn đề suy nội tạng ở bệnh nhân nhanh hơn rất quan trọng đối với cả bệnh nhân và gia đình của họ cũng như các hệ thống chăm sóc sức khỏe.
Các mô in 3D đã được phát triển để thử nghiệm dược phẩm như một phương tiện hiệu quả về chi phí và đạo đức giúp xác định các tác dụng phụ của thuốc và xác nhận liều lượng an toàn.
Thuốc có thể được sản xuất bằng cách sử dụng quy trình in 3D của Binder Jetting. Quá trình này cho phép các viên thuốc được tạo ra rất xốp, do đó cho phép liều lượng cao trong một viên thuốc có thể được hòa tan nhanh chóng và dễ tiêu hóa, hữu ích cho việc điều trị các bệnh như động kinh.
4. TRONG XÂY DỰNG
Trong lĩnh vực xây dựng các công nghệ khác nhau sử dụng in 3D được cũng cấp để tạo nên các tòa nhà hoặc các kết cấu kiến trúc.
Các ứng dụng in 3D được sử dụng trong xây dựng bao gồm ép đùn (bê tông, xi măng, sáp, bọt và polyme), liên kết bột (liên kết polyme, liên kết phản ứng, thiêu kết) và hàn phụ gia. Công nghệ in 3D được áp dụng rất nhiều trong xây dựng tại khu vực doanh nghiệp tư nhân, thương mại, công nghiệp và công cộng. Ưu điểm của những công nghệ này là cho phép độ phức tạp và chính xác cao, thời gian xây dựng nhanh, chi phí lao động thấp, tích hợp nhiều chức năng và ít lãng phí hơn.
Tòa nhà dân cư hoàn chỉnh đầu tiên được xây dựng bằng công nghệ in 3D ở Yaroslavl, Nga vào năm 2017. Có 600 thành phần cấu trúc của bức tường đã được in trong một cửa hàng và lắp ráp tại chỗ, sau đó tới hoàn thiện cấu trúc mái và trang trí nội thất với tổng diện tích 298,5 mét vuông (3213 sq ft). Dự án lần đầu tiên trên thế giới đại diện cho toàn bộ chu trình công nghệ đã vượt qua các yêu cầu xây dựng, từ thiết kế, giấy phép xây dựng, đăng ký, đến kết nối tất cả các hệ thống kỹ thuật. Tòa nhà được xây dựng không phải để trưng bày mẫu mà hiện nay một gia đình đang thực sự sống trong đó.
Công nghệ in 3D bê tông đã được phát triển từ những năm 1990 trở thành phương pháp nhanh và ít tốn kém trong xây dựng các tòa nhà và các công trình kiến trúc khác nhau. Máy in 3D quy mô lớn được thiết kế đặc biệt để in bê tông có thể đổ móng và xây tường tại chỗ. Chúng cũng có thể được sử dụng để in các phần bê tông dạng mô-đun sẵn sau này được lắp ráp tại công trường.
Năm 2016, cây cầu đi bộ đầu tiên được in 3D ở Alcobendas, Madrid, Tây Ban Nha. Nó được in bằng bê tông cốt thép siêu nhỏ với chiều dài 12 mét (39 ft) và chiều rộng 1,75 mét (5,7 ft). Cây cầu minh họa sự phức tạp của các kết cấu tự nhiên và được phát triển bằng cả tham số (sử dụng tập hợp các quy tắc, giá trị và mối quan hệ hướng dẫn thiết kế) và thiết kế tính toán, cho phép phân phối vật liệu tối ưu trong khi tối đa hóa hiệu suất kết cấu.
Đây được coi là một cột mốc quan trọng trong ngành xây dựng quốc tế bởi đó là ứng dụng quy mô lớn đầu tiên của công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng dân dụng trong không gian công cộng.
Công nghệ in 3D được sử dụng để sản xuất các mô hình kiến trúc mô phỏng theo tỷ lệ, cho phép thu được mô hình mô phỏng một cách nhanh chóng và tăng tốc độ kết cấu tổng thể và độ phức tạp của các chi tiết được tạo ra.
Như một khái niệm của tương lai, công nghệ in 3D đang được nghiên cứu để xây dựng các môi trường sống ngoài trái đất như môi trường sống trên Mặt trăng hay sao Hỏa. Nó đã được đề xuất, sử dụng công nghệ máy in 3D xây dựng, chế tạo các cấu trúc tòa nhà mặt trăng với môi trường sống bơm hơi khép kín để chứa những người cư ngụ bên trong cấu trúc mặt trăng cứng. Những môi trường sống này sẽ chỉ cần 10% cấu trúc được vận chuyển từ Trái đất và sử dụng các nguyên liệu thô tại địa phương cho 90% cấu trúc còn lại.
5. TRONG NGHỆ THUẬT VÀ TRANG SỨC
Một ứng dụng bất ngờ của công nghệ in 3D đã có trong thế giới nghệ thuật và chế tác trang sức
Máy in 3D cho phép các nhà sản xuất trang sức thử nghiệm các thiết kế không thể thực hiện được với các phương pháp làm trang sức truyền thống. In 3D cũng cho phép sản xuất các món đồ trang sức riêng lẻ, độc đáo hoặc các mẫu tự tạo với chi phí thấp hơn , sử dụng các vật liệu in 3D như PLA (dây tóc axit polylactic), vàng hoặc bạch kim.
Công nghệ in 3D đã giúp truyền cảm hứng cho các nghệ sĩ trên toàn thế giới. Đặc biệt là in 3D kim loại, các nghệ sĩ hiện nay tạo ra những tác phẩm phức tạp đẹp mắt.
Một vài ví dụ về công nghệ in 3D trong nghệ thuật bao gồm Banksy, nghệ sĩ đường phố bí ẩn và nổi tiếng người Anh, người có tác phẩm ‘được kết xuất từ 2D sang 3D bằng cách sử dụng phương pháp in 3D gắn bột.
Nghệ sĩ người Hà Lan Oliver van Herpt tạo ra những chiếc bình gốm bằng phương pháp in 3D. Đến từ Hà Lan, Danny van Ryswyk tạo ra các tác phẩm điêu khắc in 3D kỳ lạ, gợi nhớ đến các nhân vật của nhà làm phim Tim Burton. Nghệ sĩ kỹ thuật số Gilles Azzaro thậm chí còn làm cho những thứ vô hình có thể nhìn thấy được bằng cách tạo ra hình ảnh 3D của giọng nói thông qua sử dụng sóng âm thanh từ giọng nói.
Vừa qua, bảo tàng Prado đã tổ chức một cuộc triển lãm tranh của các nghệ sĩ nổi tiếng được dựng hình 3D. Mục đích là để những người khiếm thị có thể cảm nhận được những tác phẩm này mà trước đây họ không thể tiếp cận được.
Đây chỉ là một vài trong số vô số ứng dụng từ giáo dục đến y học, công nghiệp đến nghệ thuật, mà công nghệ in 3D tác động đến thế giới của chúng ta ngày nay.
Hãy bắt đầu với công nghệ in 3D ngay từ hôm nay.
