Mục lục
Các loại vật liệu in 3D phổ biến
Các loại vật liệu in 3D phổ biến nhất được sử dụng trong in 3D bao gồm PLA , ABS, PETG, TPU và Resin UV.
Nhóm vật liệu Polyme cho máy FDM
Bao gồm nhựa ABS, nhựa PLA, Resin… mỗi loại sở hữu một đặc tính riêng biệt
PLA (Polylactic Acid)
PLA (Polylactic Acid) là một loại nhựa sinh học được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tái tạo như tinh bột, đường mía, và dầu thực vật. PLA là một loại nhựa đàn hồi và dễ dàng gia công, có khả năng phân hủy sinh học nên được xem là một lựa chọn thân thiện với môi trường và an toàn cho sức khỏe.
PLA thường được sử dụng trong các ứng dụng in 3D, như tạo mẫu, mô hình, đồ chơi, và các sản phẩm gia dụng. Với độ bóng mịn cao và màu sắc đa dạng, PLA cho phép in được các sản phẩm có tính thẩm mỹ tốt.
PLA có khả năng in 3D tốt, với độ bám dính cao và ít bị co ngót sau khi in. Nó có thể được in ở nhiệt độ thấp hơn so với ABS hoặc PETG, giúp giảm thiểu nguy cơ biến dạng và phát sinh khí độc trong quá trình in. Thêm vào đó, PLA cũng không chứa BPA (Bisphenol A), một chất gây hại cho sức khỏe con người, nên được xem là một lựa chọn an toàn và thân thiện với môi trường.
Tuy nhiên, PLA cũng có hạn chế của nó. Nó có độ bền và độ dẻo thấp hơn so với các loại nhựa khác, do đó thường được sử dụng để tạo ra các sản phẩm không yêu cầu tính chất cơ khí và kết cấu cao. Nó cũng có độ bền hóa học thấp hơn so với ABS hoặc PETG, nên không thích hợp cho các ứng dụng mà yêu cầu khả năng chống ăn mòn hoặc kháng hóa chất.
PLA sẽ có thêm vài phiên bản, chủ yếu là thay đối đặc tính kỹ thuật và đặc tính màu sắc. PLA ngyên bản thường được gọi là “PLA thuần” để dễ phân biệt với các loại PLA tùy biến khác. Các phiên bản khác của PLA:
- PLA+: là một phiên bản nâng cấp của nhựa PLA (Polylactic Acid) thông thường. PLA+ có độ bền tốt hơn, độ cứng, cân bằng độ dai và khả năng chống va đập mạnh hơn so với PLA thông thường. Ngoài ra, PLA+ cũng có bề mặt nhẵn và dễ in hơn so với PLA thông thường. Vì vậy, PLA+ được coi là phù hợp để in các bộ phận chức năng. Nhiệt độ đầu in khoản 205-225°C, nhiệt độ bàn khoản 60-80°C.
- ePLA :là một loại nhựa PLA được cải tiến để có độ bền cao hơn và khả năng chịu nhiệt độ cao hơn so với PLA thông thường. ePLA được sản xuất bởi Leapfrog và được đánh giá là có khả năng chịu va đập mạnh, khả năng chống cong vênh thấp và khả năng liên kết lớp tốt. Nhiệt độ ép của ePLA khoảng 210°C và nhiệt độ bàn khoảng 40°C. ePLA có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như tạo mẫu trực quan, tạo mẫu chức năng và dụng cụ .
- PLA-F: Nhựa PLA-F là PLA thêm các chất phụ gia, giúp nhiệt độ chịu cao hơn đển 95°C, với cơ tính bền bỉ, ít bị giòn và tách lớp như PLA thuần, tuy nhiên sẽ mềm và hơi dẻo. Màu sắc đẹp và bề mặt in mịn. Nhiệt độ in khoản 210-240°C và nhiệt độ bàn in 50-70°C.
- PLA silk, PLA ánh kim loại, PLA bóng mờ, dạ quang: là các loại tùy biến khác về mặt màu sắc, sẽ cho sản phẩm sau cùng có màu bóng như lụa, đổi màu, nhiều màu trên cùng sản phẩm hay nhìn như kim loại. Còn có loại PLA “trong suốt” nhưng thực tế nó chỉ cho ánh sáng đi qua hơn một chút so với PLA thuần, chứ PLA không thể trong suốt được do có bột hữu cơ trong nó.
PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol)
Là một loại vật liệu nhựa trong gia đình Polyethylene Terephthalate (PET), được sử dụng phổ biến trong công nghiệp in 3D. PETG được sản xuất bằng cách kết hợp Polyethylene Terephthalate (PET) và Glycol, tạo ra một loại nhựa có độ dẻo cao hơn và dễ gia công hơn so với các loại nhựa PET khác.
Với độ bền cao, khả năng chịu va đập tốt, PETG thường được sử dụng để tạo ra các sản phẩm in 3D có tính chất cơ khí và kết cấu cao. Nó cũng có khả năng kháng hóa chất tốt, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm cao, nên thường được sử dụng trong các ứng dụng ngoài trời hoặc trong môi trường khắc nghiệt. Tuy nhiên, PETG cũng có một số hạn chế như độ bóng kém, khả năng chịu nhiệt độ thấp và dễ bị ăn mòn bởi các dung môi hữu cơ.
PETG cũng có khả năng in 3D tốt, với độ bám dính cao và ít bị co ngót sau khi in. Nó có thể được in ở nhiệt độ thấp hơn so với ABS hoặc PLA, giúp giảm thiểu nguy cơ biến dạng và phát sinh khí độc trong quá trình in. Thêm vào đó, PETG cũng không chứa BPA (Bisphenol A), một chất gây hại cho sức khỏe con người, nên được xem là một lựa chọn an toàn và thân thiện với môi trường.
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) là một loại nhựa thermoplastic polymer (polyme thermoplastic) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong đó bao gồm cả công nghiệp in 3D. ABS được tạo ra bằng cách kết hợp ba thành phần chính là Acrylonitrile, Butadiene và Styrene, tạo ra một loại nhựa có tính chất cơ học và hóa học tốt.
Với độ cứng và độ bền cao, tính năng chống va đập tốt, khả năng chịu nhiệt và kháng hóa chất, ABS thường được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật và sản xuất đồ gia dụng, đồ chơi, bộ phận trong máy móc, vỏ máy tính, v.v.
ABS cũng là một trong những loại nhựa phổ biến nhất trong in 3D, được sử dụng trong các ứng dụng từ sản xuất các mô hình đơn giản đến sản xuất các sản phẩm phức tạp và đòi hỏi tính chất kỹ thuật cao. ABS có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt và có thể được in với độ chi tiết cao, độ bóng bề mặt cao và độ bền đẹp cao.
Tuy nhiên, trong quá trình in, ABS có thể phát sinh khí độc, gây ô nhiễm và có mùi khó chịu, do đó cần được in trong môi trường có độ thông gió tốt. Ngoài ra, ABS có hạn chế về tính chất co ngót trong quá trình làm mát, do đó cần được in ở nhiệt độ cao và có hệ thống làm mát tốt để giảm thiểu tình trạng co ngót.
ASA (Acrylic styrene-acrylonitrile) là sợi in 3D nhựa nhiệt dẻo mờ đục có tính chất cơ học tương tự như ABS nhưng khả năng chống tia cực tím và thời tiết cao hơn. Do đó, nó thường được sử dụng trong các ứng dụng ngoài trời có thể giữ nguyên màu sắc và đặc tính của chúng.
Video test về đặc tính chịu lực của các loại nhựa in 3D: PLA, PETG, ASA (ABS)
Nylon
Nylon là một loại nhựa tổng hợp bền và đàn hồi, được sản xuất từ các đơn vị đơn như caprolactam và hexamethylenediamine. Nylon có khả năng chịu mài mòn và chịu lực tốt, có tính chất cơ học và hóa học tốt, nên được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kỹ thuật và sản xuất đồ gia dụng, đồ chơi, vật liệu đai, vải, tấm và các sản phẩm gia dụng khác.
Nylon cũng là một trong những loại nhựa phổ biến trong in 3D, được sử dụng trong các ứng dụng từ sản xuất các mô hình đơn giản đến sản xuất các sản phẩm phức tạp và đòi hỏi tính chất kỹ thuật cao. Nylon có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt và có thể được in với độ chi tiết cao, độ bóng bề mặt cao và độ bền đẹp cao.
Tuy nhiên, trong quá trình in, Nylon có thể phát sinh khói và mùi khó chịu, do đó cần được in trong môi trường có độ thông gió tốt. Ngoài ra, cần phải chú ý đến nhiệt độ in vì Nylon có thể bị co ngót hoặc bị biến dạng nếu không được in ở nhiệt độ và độ ẩm phù hợp.
TPU (Thermoplastic Polyurethane)
TPU (Thermoplastic Polyurethane) là một loại nhựa thermoplastic elastomer (polyme thermoplastic elastomer), được sản xuất bằng cách kết hợp các đơn vị polyol và isocyanate. TPU có tính chất cơ học và hóa học tốt, có khả năng chống mài mòn, chống dầu, chống nước và chống cháy, nên được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kỹ thuật và sản xuất đồ gia dụng, quần áo, giày dép, túi xách, sản phẩm y tế và các sản phẩm gia dụng khác.
TPU cũng là một trong những loại nhựa phổ biến trong in 3D, được sử dụng trong các ứng dụng từ sản xuất các mô hình đơn giản đến sản xuất các sản phẩm phức tạp và đòi hỏi tính chất kỹ thuật cao. TPU có tính năng đàn hồi tốt, khả năng chịu nhiệt và độ bền cao, nên thường được sử dụng để tạo ra các sản phẩm y tế, sản phẩm thể thao, sản phẩm trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, v.v.
TPU cũng có khả năng in 3D tốt, với độ bám dính cao và ít bị co ngót sau khi in. Nó có thể được in ở nhiệt độ thấp hơn so với ABS hoặc PETG, giúp giảm thiểu nguy cơ biến dạng và phát sinh khí độc trong quá trình in.
Tuy nhiên, TPU cũng có hạn chế của nó. Nó có độ cứng và độ dẻo tương đối cao, do đó không phù hợp cho các ứng dụng mà yêu cầu tính chất cơ học và kết cấu thấp. Nó cũng có giá thành khá cao so với một số loại nhựa khác.
TPE (Thermoplastic Elastome): TPE có đặc điểm đàn hồi giống TPU, tuy nhiêu có chút khác biệt. TPU có độ cứng, độ bền và độ bền nhiệt cao hơn TPE, trong khi TPE có tính chất đàn hồi tốt hơn và khả năng chống chịu hóa chất tốt hơn.
PVA (Polyvinyl Alcohol)
PVA (Polyvinyl Alcohol) là một loại polymer thuộc nhóm polyvinyl, được sản xuất từ vinyl alcohol thông qua quá trình hydrolysis của polyvinyl acetate. PVA là một loại vật liệu không độc hại, không màu, không mùi và tan trong nước.
PVA được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau như là chất kết dính trong sản xuất giấy, vải không dệt, và các sản phẩm bao bì thực phẩm. Ngoài ra, PVA còn được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm y tế như màng bọc thuốc, các sản phẩm chăm sóc sức khỏe và các sản phẩm y tế khác.
Trong in 3D, PVA được sử dụng như một loại vật liệu hỗ trợ để in các sản phẩm có hình dạng phức tạp và các sản phẩm có nhiều chi tiết nhỏ. Vật liệu PVA được in ra dưới dạng hạt nhựa và có thể sử dụng trong máy in 3D có nhiều đầu in, trong đó một đầu in sẽ in vật liệu chính và một đầu in sẽ in PVA làm chất hỗ trợ. Sau khi sản phẩm hoàn thành, PVA có thể được rửa bằng nước, để lại các chi tiết in chính với hình dạng và chi tiết tốt hơn.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng PVA có độ ẩm cao và dễ bị hút ẩm, do đó cần lưu trữ nó trong điều kiện khô ráo để đảm bảo chất lượng và hiệu suất in 3D tốt nhất.
HIPS (High Impact Polystyrene)
HIPS (High Impact Polystyrene) là một loại polymer thuộc nhóm polystyrene, được sản xuất bằng cách trộn polystyrene với một số hợp chất khác để cải thiện khả năng chịu va đập và độ bền của vật liệu.
HIPS có tính chất cơ học tương tự như polystyrene thông thường, nhưng có độ bền và tính chịu va đập cao hơn. Vật liệu này có màu trắng sữa, có độ trong suốt và khả năng chống cháy tương đối tốt.
Trong in 3D, HIPS được sử dụng như một loại vật liệu hỗ trợ để in các sản phẩm có hình dạng phức tạp và các sản phẩm có nhiều chi tiết nhỏ. Vật liệu HIPS được in ra dưới dạng hạt nhựa và có thể sử dụng trong máy in 3D có nhiều đầu in, trong đó một đầu in sẽ in vật liệu chính và một đầu in sẽ in HIPS làm chất hỗ trợ. Sau khi sản phẩm hoàn thành, HIPS có thể được tẩy bằng dung môi như limonene hoặc d-limonene để loại bỏ chất hỗ trợ và để lại sản phẩm in chính.
HIPS cũng có thể được sử dụng để in các sản phẩm độc lập, đặc biệt là cho các sản phẩm có độ bền và tính chất cơ học cao như các linh kiện máy móc, các sản phẩm y tế và đồ chơi.
Nhóm vật liệu Resin UV lỏng cho máy SLA, DLP
Với Resin UV dạng lỏng chửa trong các chai nhôm hoặc chai nhựa đen tối màu không cho ánh sáng bên ngoại lọt vào gây hư hỏng nhựa. Các máy in SLA, DLP khi in cũng được che hoặc lọc ánh sáng UV đế không đông kết nhựa Resin UV.
Resin UV tiêu chuẩn
Resin UV là một loại nhựa photopolymer có thể đóng rắn khi tiếp xúc với ánh sáng UV. Nó được sử dụng trong in 3D để tạo ra các mô hình rắn từ chất lỏng resin. Khi resin tiếp xúc với ánh sáng UV, các monomer trong resin sẽ tạo ra liên kết phân tử với nhau và biến thành một polymer rắn. Đây là cơ chế hoạt động của công nghệ in 3D SLA (Stereolithography) và DLP (Digital Light Processing)
ABS-like Resin
ABS-like resin là một loại nhựa photopolymer được thiết kế để có độ bền và độ cứng tương tự như nhựa ABS. Nó thường được sử dụng trong in 3D để tạo ra các bộ phận có độ bền cao và khả năng chịu lực tốt. Tuy nhiên, nó không phải là nhựa ABS thực sự mà là một loại nhựa khác có tính chất tương tự.
Thường là loại dành cho máy SLA (Stereolithography) công nghiệp.
Resin-PLA
eSUN có một loại resin được gọi là eResin-PLA, được tổng hợp từ PLA polyol do eSUN tự sản xuất, có độ bền tốt, mùi thấp và bề mặt phần in mịn . Nó được chứng nhận theo tiêu chuẩn đồ chơi EN71-3, an toàn hơn khi sử dụng; có thể khoan mà không bị nứt; mùi thấp, sử dụng thoải mái hơn.
Một số loại nhựa in 3D ít phổ biến
PEEK (Polyether Ether Ketone) là một loại nhựa in 3D được thiết kế cho các bộ phận cần hiệu suất cao. Nhựa này có khả năng chịu ứng suất, nhiệt độ và hóa chất cao. Các bộ phận được chế tạo từ PEEK có thể tiếp xúc với bức xạ của tia X và gamma. Mặc dù là vật liệu khá cứng nhưng vật liệu này cũng rất dễ chế tạo. Tuy nhiên, máy in 3D của bạn phải nóng đến 400 ° C để đùn loại vật liệu này nên khi chọn vật liệu này thì bạn cần in với một dịch vụ in 3D chuyên nghiệp.
Gia cường sợi Carbon hay CARBON FIBER PLA (CF-PLA) là vật liệu PLA được gia cường thêm 15 đến 20% sợi carbon. Với mục đích tăng độ cứng cho cấu trúc vật thể nhựa in 3D này. Nhưng cũng nhờ vậy, các vật thể in từ sợi nhựa CF-PLA có cấu trúc vững chắc và có độ bền cơ học cao hơn nhiều so với vật liệu PLA. Nhựa CF-PLA thích hợp để tạo ra vỏ, khung cứng, tạo ra các dụng cụ, các vật chống đỡ.
Nhựa PC (Polycarbonate) là một loại nhựa nhiệt dẻo có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt và độ trong suốt cao. Nhựa PC thường được sử dụng để in 3D các vật thể cần độ cứng và độ bền cao, như các bộ phận máy móc, linh kiện điện tử, vỏ bảo vệ, kính mắt, v.v. Nhược điểm của nhựa PC là khó in 3D do yêu cầu nhiệt độ cao (khoảng 260-300 độ C) và cần có môi trường khô để tránh bị ẩm.
Nhựa PP (Polypropylene) là một loại nhựa nhiệt dẻo có độ bền kéo tốt, khả năng chịu va đập cao và kháng hóa chất tốt. Nhựa PP thường được sử dụng để in 3D các vật thể có tính linh hoạt và đàn hồi cao, như các bình chứa, ống dẫn, đồ gia dụng, v.v. Nhược điểm khó in 3D do yêu cầu nhiệt độ cao (khoảng 220-260 độ C) và cần có một lớp phủ để bám dính lên bàn in.
Nhựa PA (Polyamide) là một loại nhựa nhiệt dẻo có độ bền kéo cao, khả năng chịu nhiệt tốt và kháng hóa chất tốt. Nhựa PA thường được sử dụng để in 3D các vật thể có độ cứng và độ bền cao, như các bánh răng, khớp nối, v.v. Nhựa PA là khó in 3D do yêu cầu nhiệt độ cao từ khoảng 250-280 độ C và cần có môi trường khô để tránh bị ẩm.
Nylon và PA là hai loại polymer có cấu trúc giống nhau và thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và gia dụng. Nylon có tính chất đàn hồi tốt hơn và độ bền kéo cao hơn so với PA, nhưng PA có khả năng chịu mài mòn tốt hơn. Nylon thường được sử dụng trong sản xuất sợi, sản phẩm y tế, sản phẩm gia dụng và sản phẩm ô tô, trong khi PA thường được sử dụng trong sản xuất các bộ phận máy móc, sản phẩm y tế, sản phẩm gia dụng và sản phẩm thể thao.
Nhóm vật liệu Kim loại và hợp kim
Bao gồm vật liệu nhôm, thép không gỉ, vàng, bạc… với những đặc điểm nổi bật khác nhau. Tuy nhiên các loại này chỉ xuất hiện trong các ngành công nghiệp và cũng chưa thực sự phổ biến do giá thánh máy in rất đắc và yêu cầu kỹ thuật chuyên môn cao.
Bột kim loại: Bột kim loại được sử dụng để sản xuất các sản phẩm kim loại thông qua quá trình sintering hoặc liên kết bột. Các kim loại phổ biến được sử dụng bao gồm nhôm, đồng, sắt và thép không gỉ. Chủ yếu dùng kỹ thuật Powder Bed Fusion (PBF) và Directed Energy Deposition (DED) để in sản phẩm.
Các loại vật liệu in 3D khác
Ngoài nhựa và kim loại, có một số loại vật liệu khác được sử dụng trong in 3D, bao gồm gỗ, sợi carbon, và thậm chí cả bê tông . Ví dụ, Đại học Maine đã trình diễn một ngôi nhà 600 feet vuông được in hoàn toàn từ các vật liệu sinh học vào cuối năm 2022, bao gồm sàn, tường và mái nhà được làm từ sợi gỗ và bio-resin . Ngoài ra, sứ cũng là một loại vật liệu mới trong in 3D, nó bền hơn kim loại và nhựa. Sứ có thể chịu được nhiệt độ và áp suất cực đoan mà không bị biến dạng hoặc vỡ.
Hay có thế in thịt chay bằng máy in 3D để tạo ra cấu trúc sợi giống thịt thật.
Một số người cũng thử in với đất sét để tạo ra gốm nung.
So sánh các loại vật liệu in 3D
Bảng tra cứu thông tin các loại vật liệu của Simplify3D
Xem trực tiếp: https://www.simplify3d.com/resources/materials-guide/properties-table/
Bảng thông tin vật liệu in3D từ ThreeDotZero
Bạn có thế tải bảng này tại đây.
Video so sánh đặc tính kỹ thuật và chịu lực của các loại nhựa trên từ kênh của MyTechFun
Các ứng dụng chính
In 3D có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống và công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng chính của công nghệ in 3D:
Tạo mẫu (prototype): In 3D được sử dụng để tạo ra các mẫu thử nghiệm cho các sản phẩm mới trước khi sản xuất hàng loạt. Điều này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí sản xuất.
In mô hình kiến trúc: In 3D được sử dụng để tạo ra các mô hình kiến trúc cho các dự án xây dựng và kiến trúc, giúp các kiến trúc sư và nhà thiết kế có thể dễ dàng hiển thị và kiểm tra các thiết kế.
Tạo hình răng trong nha khoa: In 3D được sử dụng trong nha khoa để tạo ra các hình dáng răng và các phôi đúc để sản xuất các răng giả và các sản phẩm nha khoa khác.
In mô hình y tế: In 3D được sử dụng trong y tế để tạo ra các mô hình giải phẫu và các sản phẩm y tế khác. Các mô hình này có thể được sử dụng để lập kế hoạch phẫu thuật và điều trị, giúp giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả điều trị.
In phôi đúc trang sức: In 3D được sử dụng để tạo ra các phôi đúc và các mẫu trang sức khác. Thường dùng loại có 90% sáp hoặc tạo hình cho đúc mẫu cháy. Với ưu thế có độ chính xác cao nên DLP hoặc SLA dùng chủ yếu.
In keycap bàn phím: In 3D cũng được sử dụng để tạo ra các keycap cho bàn phím cơ máy tính, giúp cá nhân hóa và cá tính hóa bàn phím của mình. Dùng chủ yếu các loại máy DLP in nhựa Resin UV đế có độ tinh xảo cao nhất.
Một số ứng dụng đặc biệt
Ngoài các ứng dụng chính kể trên, in 3D còn có một số ứng dụng đặc biệt khác. Ví dụ:
In thịt chay: Công ty Redefine Meat có trụ sở tại Rehovot, Israel đã giới thiệu món bít-tết thuần chay được thực hiện bằng công nghệ in 3D đầu tiên trên thế giới. Được làm từ protein của đậu nành và đậu Hà Lan, chất béo từ dừa và dầu hướn
In bộ phận chi nhân tạo: in 3D các bộ phận chi giả, nạng và các thiết bị trợ giúp khác, chúng ta có thể tạo ra các sản phẩm được thiết kế riêng cho từng cá nhân và phù hợp với nhu cầu của họ.
Nguồn tham khảo:
- Công nghệ sản xuất thịt chay bằng máy in 3D. https://congnghiepsinhhocvietnam.com.vn/tin-tuc/t519/cong-nghe-san-xuat-thit-chay-bang-may-in-3d.html
- Sản xuất “thịt chay” thân thiện môi trường bằng công nghệ in 3D. https://sohuutritue.net.vn/san-xuat-thit-chay-than-thien-moi-truong-bang-cong-nghe-in-3d-d70269.html
- https://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing_filament
- PBF vs. DED: Which Metal 3D Printing Process Should You Choose: https://www.3dnatives.com/en/pbf-vs-ded-which-metal-3d-printing-process-should-you-choose-140320234
