Bài giảng Công nghệ in 3D: Chương 3 - Công nghệ in FDM

Công nghệ in 3D đã cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp, và trong số đó, Fused Deposition Modelling (FDM) nổi lên như một phương pháp sản xuất bồi đắp phổ biến nhờ tính linh hoạt và chi phí hiệu quả. Việc hiểu rõ cơ chế hoạt động của FDM là cực kỳ quan trọng để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm và mở rộng ứng dụng của nó. Tài liệu này cung cấp cái nhìn tổng quan về quy trình FDM, tên gọi khác là Fused Filament Fabrication (FFF), tập trung vào cách "lỏng hóa" sợi polymer và lắng đọng chúng để tạo ra vật thể 3D. Chúng tôi sẽ khám phá các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng in, đặc biệt nhấn mạnh vai trò của nhiệt độ trong quá trình này.

Sinh viên, kỹ sư, nhà nghiên cứu và những người quan tâm đến công nghệ in 3D, đặc biệt là các khía cạnh kỹ thuật và khoa học vật liệu của phương pháp FDM.

Công nghệ in FDM, hay còn gọi là Fused Filament Fabrication (FFF), là một phương pháp sản xuất bồi đắp tiên tiến, hoạt động bằng cách "lỏng hóa" và đùn sợi polymer nhiệt dẻo qua một vòi phun nóng để lắng đọng chúng thành từng lớp liên tiếp, xây dựng nên vật thể 3D. Quy trình này tận dụng điểm nóng chảy-kết tinh thấp của vật liệu polymer, thường dưới 250°C. Một sợi nhựa polymer được cấp vào đầu nóng, nơi nó tan chảy và sau đó được ép ra ngoài, lắng đọng một cách chính xác trên bàn in. Các lớp này hợp nhất với nhau, dần dần tích tụ để tạo thành chi tiết in cuối cùng. Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng và tính toàn vẹn của sản phẩm in FDM là nhiệt độ. Mỗi loại chất liệu polymer có đặc tính nhiệt khác nhau, điều này đòi hỏi việc kiểm soát nhiệt độ vòi phun và bàn in phải cực kỳ chính xác. Nhiệt độ đầu in quá cao có thể phá vỡ cấu trúc lớp, gây tắc nghẽn, trong khi nhiệt độ quá thấp dẫn đến hiện tượng đùn thiếu lớp, lớp in lỗi hoặc không đều. Hơn nữa, nhiệt độ còn tác động đáng kể đến khả năng bám dính giữa các lớp in và giữa lớp đầu tiên với bàn in. Sự chênh lệch nhiệt độ hoặc mức độ thất thoát nhiệt không đồng đều giữa các lớp có thể gây ra hiện tượng co rút nhiệt (thermal shrinkage), dẫn đến các lỗi phổ biến như warping (cong vênh) và cracking (nứt). Do đó, việc tối ưu hóa các thông số nhiệt độ là chìa khóa để đạt được các sản phẩm in FDM chất lượng cao, bền vững và chính xác.