Công nghệ in 3D thay đổi phương thức sản xuất và phong cách tiêu dùng

1. Giới thiệu chung công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D thực sự bắt đầu từ năm 1984 nhưng đến nay mới khoảng 30 năm đã phát triển mạnh mẽ, đột phá vào mọi ngành nghề như thường vẫn nói. Đó là một cuộc cách mạng lớn trong chế tác sản phẩm, chỉ có thể thực hiện ở thời đại kỹ thuật số.

Thật vậy, con người từ khi làm được công cụ sản xuất đến nay đều thực hiện cách chế tác trừ (substractive manufacturing): Từ hòn đá to ghè đập thành lưỡi rìu đá, từ thỏi sắt cưa tiện phay bào… để làm các bộ phận lắp lại thành cái kìm, cái khoan,… tất cả đều là từ to, lấy bớt đi (trừ đi) để tạo ra sản phẩm. Chế tác trừ là cách chế tác truyền thống đã có ít nhất cũng là 5000 - 6000 năm trước đây nhưng nay mới được đặt tên như vậy để phân biệt với cách chế tác cộng (additive manufacturing) hay công nghệ in 3D (3D printing) đến đầu thế kỳ 21 mới phổ biến.

2. Chế tác cộng 3D

Ở cách chế tác cộng hay công nghệ in 3D, muốn làm ra một vật gì (gọi là vật mẫu) người ta dùng kỹ thuật máy tính (chụp ảnh số, đồ họa số,…) tưởng tượng cắt vật đó ra thành các lớp mỏng lần lượt xếp chồng từ dưới lên trên. Sau đấy người ta dùng máy đặc dụng gọi là máy in 3D, từ các dữ liệu thu được về các lớp mỏng, xử lý để có được chương trình lần lượt tạo ra (in ra) các lớp mỏng đó từ dưới lên trên đồng thời gắn kết chúng lại để có được vật giống hệt vật mẫu.

Như vậy chế tác cộng có nghĩa là chế tác từng lớp mỏng và cộng lại. Còn in thông thường có nghĩa là tạo ra một lớp mỏng mực in có hình, chữ nào đấy lên mặt giấy tức là mặt hai chiều (2D). Ở đây chế tạo các lớp mỏng hai chiều rồi chồng chất lại (cộng lại) thành vật ba chiều tức là in 3D. Có nhiều phương pháp in 3D và mỗi phương pháp ứng với một kiểu máy nhất định. 

Thí dụ máy in 3D kiểu FDM (Fused Deposition Modeling - tạo mẫu kiểu phủ nóng chảy) nguyên liệu là nhựa (hoặc kim loại dễ nóng chảy) được kéo thành sợi đường kính cỡ milimet. Khi luồn một đầu dây vào đầu đùn (extru-sion nozzle) có thể vừa đùn vừa làm nóng dây nhựa cho đầu dây nhựa nóng chảy thành giọt rơi xuống. Nếu đặt dưới đầu đùn một cái khay và có chương trình để đầu đùn chuyển động lần lượt vẽ lên khay lớp cắt 1, lớp cắt 2 chồng lên lớp cắt 1 rồi lớp cắt 3 chồng lên lớp cắt 2,… cứ thế tiếp tục cho đến lớp cắt cuối cùng. Các giọt nhựa nóng chảy rơi xuống gần nhau đông cứng và dính kết lại tạo ra các lớp cắt dính kết với nhau từ dưới lên trên, đó là vật in 3D bằng nhựa giống như vật mẫu

Một ví dụ nữa là máy in 3D kiểu SLM (Selective Laser Melting - Laser nóng chảy chọn lọc). Nguyên liệu là bột kim loại (hoặc bột nhựa). Máy có cơ cấu có thể trải bột thành từng lớp mỏng trên một cái khay phẳng, ban đầu trải một lớp mỏng bột kim loại lên bề mặt khay và dùng tia laser cực mạnh quét hình lớp cắt thứ nhất lên lớp bột. Các hạt bột kim loại bị tia laser mạnh chiếu đến sẽ nóng chảy và dính nhau, tạo thành lớp cắt thứ nhất. Trải tiếp một lớp mỏng bột kim loại lên lớp cắt thứ nhất quét hình lớp cắt thứ hai lên đó, sẽ có được lớp cắt thứ hai chồng và dính lên lớp cắt thứ nhất. Cứ thế tiếp tục cho đến lớp cắt cuối cùng ở trên, sẽ có được vật in 3D bằng kim loại, giống hệt vật mẫu.

Theo cách này, in 3D có thể tạo ra vật giống hệt vật mẫu làm bằng kim loại. Trường hợp bột kim loại, hợp kim khó nóng chảy, có thể thay thế chùm tia laser bằng chùm tia điện tử năng lượng cao nhưng lúc đó mọi thao tác phải thực hiện trong chân không cao, tốn kém hơn. Máy in 3D này có tên là máy in EBM (Electron Beam Melting - nóng chảy bằng chùm điện tử).

Trong sách “Công nghệ in 3D đã đột phá vào mọi ngành nghề” xuất bản năm 2016 của nhà xuất bản Đại học Bách khoa Hà Nội có trình bày 14 phương pháp in 3D và máy in 3D tương ứng. Tuy đã cố gắng tập hợp tư liệu cho đến năm 2016 nhưng chắc chắn là chưa đầy đủ vì công nghệ in 3D phát triển rất nhanh, mỗi năm lại có nhiều phương pháp in 3D mới, nhiều máy in 3D kiểu mới

Nhưng với những phương pháp in 3D và máy in 3D trình bày ở sách, có thể thấy rằng công nghệ in 3D không phải chỉ tạo ra được những sản phẩm bằng nhựa mà là có thể tạo ra các sản phẩm bằng kim loại, hợp kim, gốm, thậm chí bê tông, vôi vữa,… Máy in 3D không phải chỉ để làm những vật mẫu nhỏ nhắn mà có thể “in” ra được nhà cửa, cầu cống,…

 Với khả năng về vật liệu như trên nên hiện nay lĩnh vực nào cũng có thể ứng dụng công nghệ in 3D. Trong sách đã nêu lên làm ví dụ 12 lĩnh vực hiện nay đã ứng dụng rộng rãi công nghệ in 3D, từ sản xuất ô tô, máy bay đến y tế, điện tử thậm chí đến những lĩnh vực ít ai ngờ tới là khảo cổ, thời trang.

Những thí dụ đó cho thấy không phải công nghệ in 3D quá hiện đại còn xa vời với tình hình phát triển công nghiệp ở Việt Nam. Trái lại đó là một xu thế mà các nước công nghiệp chậm phát triển như Việt Nam cần nhanh chóng nắm bắt.

Các nhà kinh thế thế giới nhận định rằng cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai đã bắt đầu gần 100 năm nay dẫn đến cách sản xuất công nghiệp lớn: sản xuất dây chuyền. Ví dụ dây chuyền sản xuất ô tô, đầu dây chuyền chỉ là vài bộ phận nhưng cuối dây chuyền là chiếc xe ô tô hoàn chỉnh đưa thẳng đến nơi phân phối cho người tiêu dùng. Nhờ đó xe ô tô có chất lượng cao, đồng đều và giá thành rất rẻ so với cách sản xuất ô tô riêng lẻ, không phải theo dây chuyền. Nhưng muốn sản xuất theo dây chuyền phải có nhà đầu tư lớn có khả năng tổ chức, tài chính để có sở hữu trí tuệ làm ra dây chuyền, để mua thiết bị lắp đặt nên dây chuyền. Khi đã tổ chức được dây chuyền thì nhiều người đứng trong dây chuyền có thể làm việc rất máy móc, chỉ cần thuộc lòng một số thao tác quy định. Vì vậy xu thế của sản xuất lớn công nghiệp lâu nay là lắp đặt dây chuyền sản xuất ở những nước có nhân công rẻ, nhân công đứng trong dây chuyền có thể là người bản xứ ít được đào tạo.

Điều quan trọng của phương thức sản xuất lớn theo dây chuyền là sản xuất được những mặt hàng giống nhau, càng sản xuất được nhiều mặt hàng giống nhau thì giá thành càng hạ, lợi nhuận càng cao.Nhưng sang đến thế kỷ 21, những nhu cầu hàng hóa thiết yếu đơn giản gần như được bão hòa. Chiếc xe ô tô không phải chỉ cần là để có phương tiện đi lại mà còn phải đáp ứng nhiều yêu cầu về thoải mái, giải trí cho khách hàng. Chiếc điện thoại di động không phải là chỉ cần thiết cho việc nghe nói mà còn tích hợp nhiều tiện nghi ngày một nâng cao. Do đó phương thức sản xuất lớn để có thật nhiều mặt hàng giống nhau dần dần được thay thế bằng cách sản xuất tùy biến theo sở thích khách hàng (customization).

3. Vai trò của in 3D

Công nghệ in 3D đã có vai trò rất tích cực trong việc này, đã góp phần nhanh chóng thay đổi mẫu mã trong dây chuyền sản xuất truyền thống cũng như có thể sản xuất ra những mặt hàng tùy biến theo sở thích từng nhóm, thậm chí từng cá nhân khách hàng.

Theo ý kiến của nhiều nhà kinh tế học, hiện nay đang có xu hướng chuyển các nhà máy sản xuất lớn với dây chuyền sản xuất hiện đại ra khỏi các nước châu Á xưa nay có ưu điểm nổi bật là có nhiều nhân công giá rẻ các nhà máy này sẽ trở về đặt ở châu Âu và Mỹ vì ở đấy gần với khách hàng, dễ tùy biến theo khách hàng và có điều kiện sửdụng nhân công kỹ thuật cao, làm việc được ở lĩnh vực công nghệ cao như là công nghệ in 3D.

Như vậy chú ý phát triển công nghệ in 3D ở Việt Nam không những đáp ứng nhu cầu ở nhiều ngành nghề như những thí dụ đã trình bày trong sách mà còn là ứng phó kịp thời với những xu hướng phát triển công nghiệp hiện nay trên thế giới. Ngành Điều khiển - Tự động có vai trò rất lớn trong phát triển công nghệ in 3D.

Nguồn: Internet