Máy in 3D kiểu FDM, tức đắp nhựa nóng chảy từng lớp, kéo một sợi nhựa qua đầu phun được nung nóng, ép nhựa chảy ra thành đường mảnh, và vẽ từng lớp mỏng chồng lên nhau cho tới khi thành vật thể. Nó in rất tốt đồ gá, vỏ hộp, chi tiết thay thế chịu lực nhẹ và bản mẫu. Điểm yếu cốt lõi là các lớp dính vào nhau kém hơn bản thân sợi nhựa, nên chi tiết dễ tách theo lớp.
Chào bạn, đây là Nhà Chế Tạo. Máy in 3D đã rẻ tới mức nhiều xưởng nhỏ, nhiều lớp học, cả nhiều gia đình có một cái. Nhưng rất nhiều máy nằm phủ bụi sau vài tuần, vì người dùng kỳ vọng nó như máy photo: bấm nút là ra đồ dùng được. Tập này mình kể nó thật ra hoạt động thế nào, để bạn biết nó giỏi gì và dở gì.
Từ sợi nhựa tới vật thể: một vòng làm việc
Sợi nhựa quấn thành cuộn, cỡ phổ biến hơn một milimét rưỡi. Một bánh răng nhỏ kẹp sợi nhựa, đẩy nó vào một ống dẫn tới đầu nung. Đầu nung giữ nhiệt độ ổn định, đủ làm nhựa chảy dẻo. Nhựa bị ép ra qua một lỗ phun nhỏ, cỡ bốn phần mười milimét là thông dụng.
Đầu phun di chuyển theo hai chiều ngang, vẽ ra hình dạng của một lớp. Xong lớp đó, bàn in hạ xuống hoặc đầu phun nâng lên một chút, thường khoảng một đến ba phần mười milimét, và máy vẽ lớp tiếp theo lên trên.
Máy không hiểu hình khối. Nó chỉ nhận một chuỗi lệnh di chuyển và đùn nhựa. Chuỗi lệnh đó được tạo ra bởi phần mềm cắt lớp, thứ lấy mô hình ba chiều của bạn, cắt thành hàng trăm lát mỏng, và tính đường đi cho từng lát.
Nên phần lớn chất lượng bản in thật ra được quyết định trong phần mềm cắt lớp, trước khi máy chạy: độ dày lớp, số lớp vỏ, mật độ phần ruột, tốc độ, nhiệt độ, và cần giá đỡ ở đâu.
Vì sao chi tiết in hay gãy dọc theo lớp?
Trong mỗi lớp, sợi nhựa là một đường liền, bền gần như nhựa nguyên khối. Nhưng giữa hai lớp, nhựa nóng mới đùn ra chỉ dính vào lớp bên dưới đã hơi nguội. Mối dính đó chưa bao giờ bền bằng bản thân sợi nhựa.
Kết quả là chi tiết in bền theo hai chiều ngang, nhưng yếu theo chiều đứng, tức chiều các lớp chồng lên. Bẻ một cái móc in đứng, nó sẽ gãy gọn theo một mặt lớp, như bóc một tập giấy.
Nhiệt độ in cao hơn một chút, quạt làm mát yếu hơn một chút, giúp lớp dính nhau tốt hơn, đổi lại bề mặt và chi tiết nhỏ có thể xấu hơn. Đó là một trong nhiều sự đánh đổi trong in 3D.
Cách hiệu quả nhất vẫn là xoay chi tiết khi in, để lực chính đi dọc theo lớp chứ không kéo tách các lớp. Chuyện này quan trọng tới mức mình dành hẳn một tập sau cho nó.
Vỏ, ruột và độ bền: con số nào quan trọng?
Chi tiết in thường không đặc. Nó có một lớp vỏ bên ngoài gồm vài đường viền, và phần ruột bên trong là một mạng lưới thưa, gọi là mật độ độn.
Người mới hay tăng mật độ độn lên thật cao để chi tiết chắc hơn. Nhưng với phần lớn chi tiết chịu uốn, số lớp vỏ và bề dày mặt trên mặt dưới mới là thứ quyết định. Lý do cũng giống như thanh thép hộp: phần lớn độ cứng nằm ở lớp ngoài.
Tăng số đường viền từ hai lên bốn hay năm thường làm chi tiết bền lên rõ rệt, trong khi tăng mật độ độn từ vừa phải lên gần đặc chỉ thêm một chút bền mà tốn nhiều nhựa và thời gian.
Chỗ nào có lỗ bắt vít, hãy chắc rằng quanh lỗ có đủ viền dày. Vít siết vào một lỗ chỉ có lớp viền mỏng bao quanh phần độn thưa sẽ làm vỡ chi tiết.
Máy in 3D thật sự hữu ích ở xưởng vào việc gì?
Đồ gá là số một. Cữ khoan, khuôn định vị khi hàn nhẹ, kẹp giữ chi tiết lạ hình, tấm che, máng dẫn dây. Những thứ này làm bằng kim loại mất cả buổi, in thì để máy chạy qua đêm.
Bản mẫu là số hai. In một vỏ hộp để thử xem mạch có vừa không, nút bấm có tới tay không, trước khi đặt làm vỏ thật.
Chi tiết thay thế nhẹ là số ba: núm vặn gãy, kẹp nhựa, nắp đậy, bánh răng nhỏ không chịu tải lớn. Đo chi tiết cũ, vẽ lại, in ra.
Và những hình dạng khó làm bằng cách khác: rỗng bên trong, cong nhiều chiều, kênh dẫn khí uốn lượn. Đây là chỗ in 3D làm được cái mà máy tiện, máy phay chịu thua.
Những kỳ vọng sai mà người mới hay có
Kỳ vọng sai thứ nhất: bấm in là xong. Thực tế, lần đầu in một mẫu mới hay hỏng. Lớp đầu không bám, góc cong lên, chi tiết cao bị lắc. Phải điều chỉnh vài lần.
Kỳ vọng sai thứ hai: in nhanh. Một chi tiết cỡ nắm tay có thể mất nhiều giờ. Máy nhanh hơn thì cần khung cứng hơn và cài đặt kỹ hơn.
Kỳ vọng sai thứ ba: in ra thay được kim loại. Nhựa in mềm hơn, yếu hơn, chịu nhiệt kém hơn nhiều. Một số loại nhựa thông dụng mềm ra ở nhiệt độ trong xe hơi đậu ngoài nắng.
Và kỳ vọng sai thứ tư: máy tự chạy không cần trông. Máy in có đầu nung nóng và điện liên tục nhiều giờ. Đừng để máy chạy khi không có ai ở nhà, đặt máy trên bề mặt không cháy, và có thiết bị báo khói trong phòng.
Câu hỏi thường gặp
In 3D mất bao lâu cho một chi tiết?
Tuỳ kích thước, độ dày lớp, số lớp vỏ và tốc độ máy. Chi tiết nhỏ có thể dưới một giờ, chi tiết lớn có thể cả ngày. Phần mềm cắt lớp sẽ ước tính thời gian trước khi in.
Chiều cao lớp in bao nhiêu là tốt?
Lớp mỏng cho bề mặt mịn hơn nhưng in lâu hơn. Lớp dày in nhanh, bề mặt thô hơn, và đôi khi dính lớp tốt hơn. Với đầu phun cỡ thông dụng, người ta thường chọn khoảng một nửa đường kính đầu phun trở xuống.
Máy in 3D có tốn điện nhiều không?
Phần tốn điện nhất là bàn in nóng và đầu nung. Với máy cỡ để bàn, mức tiêu thụ thường không lớn so với các thiết bị gia dụng khác, nhưng in nhiều giờ liên tục thì cũng cộng dồn. Xem công suất trên nhãn máy để ước tính.
Khói khi in 3D có hại không?
Khi nhựa nóng chảy, máy thải ra hạt siêu mịn và hơi hữu cơ, lượng tuỳ loại nhựa. Nên đặt máy ở phòng thông gió, không đặt trong phòng ngủ, và với những loại nhựa có mùi mạnh thì dùng hộp kín có lọc hoặc hút ra ngoài.
Người mới nên học vẽ mô hình trước hay in mẫu có sẵn trước?
In vài mẫu có sẵn để làm quen máy là hợp lý. Nhưng giá trị thật của máy in 3D chỉ đến khi bạn tự vẽ được chi tiết mình cần. Nên học song song một phần mềm vẽ ba chiều cơ bản.
