Tổng hợp các loại vật liệu in 3D được ưu chuộng hiện nay

Vật liệu in 3D đóng vai trò then chốt trong công nghệ in 3D, quyết định chất lượng, độ bền và tính ứng dụng của sản phẩm cuối cùng. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ in 3D, hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại vật liệu khác nhau, phù hợp với từng công nghệ in và mục đích sử dụng đa dạng. Bài viết này 3DMaker sẽ giúp bạn hiểu rõ về các nhóm vật liệu in 3D phổ biến, đặc điểm của từng loại cũng như cách lựa chọn vật liệu phù hợp nhất cho dự án của mình.

1. Vật liệu in 3D là gì?

Vật liệu in 3D là những nguyên liệu được sử dụng trong các công nghệ in 3D để tạo ra các sản phẩm ba chiều từ mô hình kỹ thuật số. Tùy theo công nghệ in mà vật liệu có thể ở dạng sợi nhựa nhiệt dẻo, nhựa lỏng cảm quang, bột nhựa hoặc kim loại bột. Mỗi loại vật liệu có đặc tính riêng về độ bền, độ dẻo, khả năng chịu nhiệt, tính thẩm mỹ và ứng dụng phù hợp, từ nguyên mẫu nhanh đến sản phẩm cuối cùng có yêu cầu kỹ thuật cao.

Vật liệu in 3D

2. Các nhóm vật liệu in 3D thông dụng

Vật liệu in 3D thường được phân thành ba nhóm chính dựa trên công nghệ in, mỗi nhóm có đặc điểm và ứng dụng riêng biệt, phù hợp với từng loại máy in và mục đích sản xuất.

2.1 Vật liệu dạng sợi

Là loại vật liệu phổ biến nhất trong công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling). Các sợi nhựa này thường có đường kính tiêu chuẩn từ 1.75mm đến 3mm, được nung chảy và đắp lớp liên tục để tạo hình sản phẩm. Ưu điểm của vật liệu dạng sợi là dễ sử dụng, đa dạng về chủng loại như PLA, ABS, PETG, TPU, phù hợp với cả người mới bắt đầu và chuyên gia. Tuy nhiên, sản phẩm in bằng FDM thường có bề mặt hơi thô và cần xử lý hậu kỳ để đạt độ mịn cao hơn.

Vật liệu in 3D dạng sợi

2.2 Vật liệu dạng lỏng

Được sử dụng trong các công nghệ in 3D như SLA (Stereolithography), DLP (Digital Light Processing) hay UV curing. Đây là các loại nhựa resin cảm quang, có khả năng hóa rắn nhanh khi tiếp xúc với tia UV hoặc laser. Vật liệu dạng lỏng cho phép tạo ra các sản phẩm có độ chi tiết cực kỳ cao, bề mặt mịn màng và độ chính xác tuyệt vời, rất thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tính thẩm mỹ cao như trang sức, nha khoa, mô hình kiến trúc. Tuy nhiên, nhựa resin thường có chi phí cao hơn và yêu cầu xử lý kỹ thuật sau in để làm sạch và hoàn thiện sản phẩm.

Vật liệu in 3D dạng lỏng

2.3 Vật liệu dạng bột

Được áp dụng trong công nghệ SLS (Selective Laser Sintering) và các phương pháp in 3D dựa trên bột khác. Vật liệu này có thể là bột nhựa kỹ thuật hoặc bột kim loại, được nung chảy từng lớp bằng tia laser để tạo hình sản phẩm chắc chắn và có độ bền cao. Công nghệ này cho phép sản xuất các chi tiết phức tạp với cấu trúc rỗng hoặc lưới bên trong, tối ưu trọng lượng và vật liệu. Vật liệu dạng bột rất phù hợp với sản xuất công nghiệp, nguyên mẫu chức năng và các bộ phận chịu tải cao. Tuy nhiên, chi phí đầu tư máy móc và vật liệu thường cao hơn so với các công nghệ khác.

Vật liệu in 3D dạng bột

3. Các loại vật liệu in 3D phổ biến hiện nay

Các loại vật liệu in 3D phổ biến hiện nay rất đa dạng, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ nguyên mẫu nhanh đến sản xuất công nghiệp với yêu cầu kỹ thuật cao. Dưới đây là tổng hợp chi tiết các loại vật liệu phổ biến theo từng công nghệ in 3D chính, giúp bạn dễ dàng lựa chọn phù hợp với mục đích sử dụng.

3.1 Vật liệu in 3D FDM

Công nghệ FDM sử dụng các loại nhựa nhiệt dẻo dạng sợi phổ biến như PLA, ABS, PETG, TPU... Những vật liệu này có ưu điểm dễ sử dụng, chi phí hợp lý và đa dạng về tính chất vật lý, phù hợp với nhiều ứng dụng từ mô hình trang trí đến các chi tiết kỹ thuật. Dưới đây là bảng tổng hợp các vật liệu in FDM phổ biến:

Vật liệu in 3D FDM phổ biến

3.2 Vật liệu in 3D SLA

Công nghệ SLA sử dụng nhựa resin dạng lỏng, có khả năng hóa rắn dưới tác động tia UV hoặc laser, tạo ra sản phẩm với độ chi tiết cao và bề mặt mịn màng.vDưới đây là bảng tổng hợp các loại vật liệu Resin phổ biến trong công nghệ in 3D SLA/DLP:

3.3 Vật liệu in 3D SLS

SLS sử dụng bột nhựa kỹ thuật hoặc kim loại, được nung chảy từng lớp bằng tia laser để tạo hình sản phẩm có độ bền cao và khả năng chịu lực tốt. Dưới đây là bảng tổng hợp các vật liệu SLS phổ biến:

Vật liệu in 3D SLS phổ biển

Ngoài ra, SLS còn có thể sử dụng các loại bột kim loại như thép không gỉ, nhôm, titan để sản xuất các chi tiết cơ khí có độ bền và độ chính xác cao trong công nghiệp hàng không, ô tô và y tế.

4. Tiêu chí lựa chọn vật liệu in 3D phù hợp

Khi lựa chọn vật liệu in 3D phù hợp, việc hiểu rõ các yêu cầu kỹ thuật và đặc tính vật liệu là rất quan trọng để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng đúng mục đích sử dụng và hiệu suất mong muốn. Dưới đây là các tiêu chí chính bạn cần cân nhắc:

4.1 Xác định yêu cầu về hiệu suất sử dụng

Mỗi sản phẩm in 3D sẽ có mức độ yêu cầu về hiệu suất khác nhau, từ nguyên mẫu đơn giản đến các bộ phận chịu tải trọng hoặc môi trường khắc nghiệt.

• Hiệu năng thấp: Phù hợp với mô hình ý tưởng, nguyên mẫu nhanh, các bộ phận không yêu cầu tính năng kỹ thuật cao. Ví dụ: PLA cho FDM, nhựa tiêu chuẩn hoặc trong suốt cho SLA.

• Hiệu suất vừa phải: Dùng để kiểm tra chức năng, mô phỏng gần giống sản phẩm cuối cùng nhưng không đòi hỏi tuổi thọ lâu dài. Ví dụ: ABS cho FDM, nhựa kỹ thuật cho SLA, nylon hoặc TPU cho SLS.

• Hiệu suất cao: Dành cho sản phẩm cuối cùng cần chịu mài mòn, va đập hoặc làm việc trong thời gian dài. Ví dụ: vật liệu tổng hợp cho FDM, nhựa kỹ thuật chuyên dụng cho SLA, nylon và polypropylene cho SLS.

4.2 Xác định yêu cầu về đặc tính cơ học của vật liệu

Sau khi xác định được hiệu suất, bạn cần chuyển sang các đặc tính vật liệu cụ thể để lựa chọn phù hợp:

• Sức căng (độ bền kéo): Quan trọng với các chi tiết chịu lực kéo hoặc kết cấu. Ví dụ: PLA (FDM), nhựa cứng và trong (SLA), nylon (SLS).

• Mô đun uốn: Đánh giá độ cứng hoặc tính linh hoạt của vật liệu dưới tải trọng uốn. Ví dụ: PLA có mô đun cao, TPU có mô đun thấp.

• Độ giãn dài: Khả năng vật liệu co giãn trước khi đứt, quan trọng với các chi tiết cần độ mềm dẻo. Ví dụ: TPU (cao), ABS (trung bình).

• Sức mạnh tác động: Khả năng chịu va đập, giúp vật liệu không bị vỡ dễ dàng khi rơi hoặc va chạm. Ví dụ: ABS, nylon, nhựa Tough (SLA).

• Nhiệt độ biến dạng: Xác định khả năng chịu nhiệt của vật liệu, quan trọng với các ứng dụng nhiệt độ cao. Ví dụ: nhựa nhiệt độ cao trong SLA, nylon trong SLS.

• Độ cứng bề mặt: Đánh giá khả năng chống biến dạng bề mặt, quan trọng với vật liệu mềm như TPU hoặc nhựa đàn hồi.

• Độ bền khi cắt xé: Khả năng chống rách và bền bỉ khi bị kéo xé, cần thiết với vật liệu mềm dẻo.

• Biến dạng vật liệu: Khả năng chịu biến dạng vĩnh viễn dưới tải trọng kéo dài, quan trọng với các chi tiết chịu lực lâu dài.

• Bộ nén: Đánh giá khả năng vật liệu trở lại hình dạng ban đầu sau khi bị nén, đặc biệt với vật liệu đàn hồi.

43. Các yếu tố bổ sung cần lưu ý

• Khả năng tương thích với công nghệ in: Vật liệu phải phù hợp với máy in và công nghệ bạn sử dụng (FDM, SLA, SLS).

• Chi phí vật liệu: Cân đối ngân sách với chất lượng và yêu cầu kỹ thuật.

• Tính thẩm mỹ và hoàn thiện bề mặt: Nếu cần sản phẩm có bề mặt mịn, màu sắc hoặc hiệu ứng đặc biệt, ưu tiên vật liệu resin hoặc vật liệu có khả năng xử lý hậu kỳ tốt.

• Tác động môi trường: Ưu tiên vật liệu thân thiện, ít phát thải độc hại và có thể tái chế.

Kết luận

Vật liệu in 3D ngày càng đa dạng và phát triển, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực sáng tạo. Việc hiểu rõ đặc tính của từng loại vật liệu và lựa chọn phù hợp với công nghệ in cũng như mục đích sử dụng sẽ giúp bạn tạo ra những sản phẩm chất lượng, tiết kiệm chi phí và tối ưu hiệu quả.