Bài giảng Công nghệ in 3D: Chương 4 - TS. Trần Văn Khanh

CÔNG NGHỆ IN 3D (3D printing technology), đặc biệt là LASER NÓNG CHẢY CHỌN LỌC (SLM), đã nổi lên như một phương pháp sản xuất bồi đắp kim loại then chốt, cách mạng hóa quy trình chế tạo trong nhiều ngành công nghiệp. Tài liệu này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về công nghệ SLM, nhấn mạnh tầm quan trọng của nó trong việc tạo ra các bộ phận kim loại phức tạp với độ chính xác cao. Nó khám phá sâu về các đặc điểm SLM, cấu tạo thiết bị SLM chính, nguyên lý hoạt động SLM chi tiết, cùng với các loại vật liệu in 3D kim loại đa dạng và ứng dụng SLM rộng rãi. Mục tiêu là trang bị cho người đọc kiến thức nền tảng vững chắc để hiểu và đánh giá tiềm năng của công nghệ tiên tiến này.

Sinh viên kỹ thuật, nghiên cứu viên, kỹ sư và chuyên gia trong lĩnh vực cơ khí, vật liệu, sản xuất bồi đắp và công nghệ in 3D.

Công nghệ LASER NÓNG CHẢY CHỌN LỌC (SLM) là một phương pháp sản xuất bồi đắp kim loại tiên tiến, được phát triển từ năm 1995, cho phép chế tạo các chi tiết kim loại có cấu trúc phức tạp và mật độ cao. Quá trình này sử dụng tia laser cường độ cao để nóng chảy và thiêu kết từng lớp bột kim loại trong môi trường khí trơ, tạo thành vật thể 3D theo thiết kế CAD. Tài liệu đi sâu vào nguyên lý hoạt động SLM, mô tả cấu trúc ba buồng bột và quy trình laser quét qua gương phản xạ để tăng nhiệt độ bột đến điểm nóng chảy, lặp lại cho đến khi hoàn thành sản phẩm. Nội dung cũng làm rõ hai chế độ nóng chảy chính: chế độ nhiệt dẫn với năng lượng laser vừa phải tạo bể nóng chảy nông, và chế độ keyhole sử dụng năng lượng cao để tạo ra kênh hơi kim loại sâu, mỗi chế độ có những đặc điểm và thách thức riêng về chất lượng chi tiết. Để tối ưu hóa, cần điều chỉnh thông số nằm trong vùng chuyển tiếp giữa hai chế độ này nhằm đảm bảo mật độ cao nhất và tránh lỗi rỗng khí. Về vật liệu in 3D kim loại, SLM hỗ trợ nhiều nhóm hợp kim như thép không gỉ (316L, 17-4 PH), hợp kim nhôm (AlSi10Mg, Scalmalloy®), hợp kim titan (Ti6Al4V, CP-Ti) với tỷ lệ cường độ/trọng lượng và khả năng tương thích sinh học vượt trội, siêu hợp kim (Inconel, Cobalt-Chrome) chịu nhiệt độ cao, cũng như đồng và kim loại quý cho các ứng dụng SLM đặc thù. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi từ nha khoa (răng sứ, khung hàm), y tế (cấy ghép cá nhân hóa), trang sức đến công nghiệp phụ trợ (linh kiện nhỏ, khuôn mẫu có kênh làm mát) và nghiên cứu khoa học, chứng tỏ giá trị to lớn trong việc tạo ra sản phẩm có hình học phức tạp, độ chính xác cao mà các phương pháp truyền thống khó đạt được.