In 3D quy mô lớn liên quan đến nhiều công nghệ và vật liệu khác nhau và đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Thực ra, định nghĩa “lớn” chỉ là tương đối, không có một tiêu chuẩn cố định nào. Nói chung, nhà, thuyền và đồ đạc lớn đều là những vật dụng lớn. In 3D quy mô lớn đã dần trở thành xu hướng trên thị trường khi các nhà sản xuất, nghệ sĩ và doanh nghiệp chọn in 3D để đáp ứng nhu cầu sản phẩm quy mô lớn của họ. Các nhà phát triển từng bước vượt qua kích thước của máy in 3D, vượt qua ranh giới kỹ thuật và in nhiều sản phẩm lớn hơn. Vậy các lĩnh vực ứng dụng của in 3D quy mô lớn là gì? Còn máy in 3D cỡ lớn thì sao?
Kích thước của sản phẩm thường phụ thuộc vào công nghệ và vật liệu, và cần phải tìm sự cân bằng giữa độ chính xác và kích thước, điều này khiến việc chọn máy in 3D phù hợp là yếu tố then chốt để thành công. Phần mềm cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra các sản phẩm lớn, vì cách tốt nhất để in các vật thể lớn thường là in từng mảnh và lắp ráp chúng. Các sản phẩm in 3D quy mô lớn bao gồm nhưng không giới hạn ở các mặt hàng sau:
●Màn hình, đạo cụ và biển báo
● Nhà cửa và các yếu tố kiến trúc
●Các bộ phận công nghiệp và kim loại
●Đồ đạc và xe cộ
△Trung tâm đa dạng sinh học Naturalis ở Hà Lan có phòng thí nghiệm in 3D của riêng mình và đã sử dụng hai máy in 3D Builder Extreme 1500 Pro để tạo bản sao của Khủng long bạo chúa rex
●Một bảo tàng khủng long không có Tyrannosaurus rex chắc chắn không phải là một bảo tàng thực sự! Dựa trên bản quét 3D của một hóa thạch T. rex thực tế, Bảo tàng Khủng long Nhật Bản 3D đã in bản sao 12-dài 5-m, cao 5-m dưới dạng một phần lớn được in bằng hai Builder Extreme khổ lớn Máy in 3D sử dụng sợi nhựa PLA.
●Người phụ trách bảo tàng, nhà thiết kế phim trường và đạo cụ, công viên giải trí, nhà sản xuất màn hình hội nghị và Triển lãm Thế giới, v.v. cũng chọn máy in 3D khổ lớn để tăng tốc độ sản xuất. Ngoài lợi thế về tốc độ và chi phí, phần mềm thiết kế có sự trợ giúp của máy tính (CAD) cũng đóng vai trò Hiệu quả tuyệt vời, không còn cần bất kỳ tác phẩm điêu khắc nhân tạo hay sáng tạo thứ cấp nào. Ngoài ra, có rất nhiều loại vật liệu khác nhau, từ xốp siêu nhẹ đến nylon chứa đầy sợi carbon cực kỳ bền.
△Nghệ sĩ phủ thạch cao lên một 17-bản sao in 3D cao bằng foot của David của Michelangelo được tái tạo cho Expo 2020 Dubai
●Tượng David của Michelangelo được in 3D cao 17-này được trưng bày tại Expo 2020 Dubai để quảng bá du lịch ở Florence. Một máy in 3D polyme đủ lớn không thể tạo ra một bản sao duy nhất với chi tiết siêu mịn, vì vậy nó được chia thành 14 phần có thể in được và sau đó được lắp ráp bằng tay, với mặt ngoài bằng đá cẩm thạch được vẽ bằng tay. Bên trong David được in 3D là một cấu trúc lưới mắt cáo giúp giữ cho trọng lượng của nó chỉ ở mức 550kg nhưng vẫn có sức mạnh để đóng gói và vận chuyển đúng cách.
△Werbetechnik Styles của Đức sử dụng máy in FDM cỡ lớn Tractus3D để tạo ra các chữ ký được chiếu sáng nhanh hơn các phương pháp truyền thống
●Styles Werbetechnik, một công ty sản xuất bảng hiệu của Đức, đã chọn công nghệ in 3D quy mô lớn để sản xuất bảng hiệu ngoài trời. Công ty không chỉ muốn tăng tốc độ sản xuất mà còn muốn tự làm chữ thay vì dựa vào các thiết kế chữ tiêu chuẩn từ các nhà sản xuất nước ngoài. Công ty nói rằng việc sử dụng in FDM polyme mang lại khả năng thiết kế không giới hạn để sản xuất các chữ cái có đường viền. Ví dụ: độ sâu của chữ đối với biển báo được chiếu sáng được giới hạn ở mức tối thiểu là 60 mm theo phương pháp truyền thống, nhưng có thể giảm xuống 30 mm khi in 3D. Chúng cũng có thể chạy vào buổi tối và cuối tuần, tăng tốc thời gian sản xuất vì máy in 3D không cần phải có mặt trong suốt quá trình.
△Bảo tàng Smithsonian đã in 3D 120 bức tượng kích thước thật của các nữ lãnh đạo trong lĩnh vực STEM
Vào năm 2022, Viện Smithsonian ở Washington, DC đã mở một cuộc triển lãm tôn vinh các nhà khoa học nữ, bao gồm 120 bức tượng in 3D có kích thước thật. Được gọi là "If ThenSheCan – The Exhibit", đây là bộ sưu tập tượng phụ nữ lớn nhất từ trước đến nay, mỗi bức tượng đều được in bằng công nghệ FDM.
nhà ở và các yếu tố kiến trúc
Khi nói đến các dự án in 3D quy mô lớn, tất nhiên không thể thiếu các dự án nhà ở. Mặc dù một số tòa nhà được in 3D độc quyền (thường yêu cầu hoặc kết hợp các giá đỡ kết cấu như cốt thép hoặc kết cấu gỗ truyền thống), in 3D có thể phục vụ do tốc độ, tiết kiệm nhân công và độ bền của kết cấu. Đối với nhà và khách sạn. Thị trường in 3D xây dựng toàn cầu dự kiến sẽ tăng gần 20% trong 5 năm tới.
●Tòa nhà hai tầng trong hình bên dưới được hoàn thành bởi các công ty thiết kế kiến trúc và kỹ thuật Hannah và Cive và Peri 3D Construction, công ty cung cấp máy in 3D. Ngôi nhà rộng 4,000-m2 đã được bán cho một người trả giá ẩn danh và sẽ mất tổng cộng hai năm để hoàn thành. Máy in giàn Cobod Bod2 của Peri, máy in hàng đầu trong kiến trúc in 3D, được sử dụng để đùn hỗn hợp bê tông chuyên dụng nhằm tạo ra cầu thang và các cấu trúc chức năng khác, dự án này đã mất tổng cộng 330 giờ để in.
hình ảnh
△Ngôi nhà hai tầng được in 3D hoàn toàn đầu tiên ở Hoa Kỳ nằm ở Houston
●Ngoài việc xây dựng các tòa nhà, máy in 3D còn được sử dụng rộng rãi cho các yếu tố kiến trúc, bao gồm mặt tiền và các đặc điểm lịch sử để trùng tu và thiết kế nội thất, bao gồm tường, màn hình và vách ngăn phòng. Thậm chí còn có sàn in 3D, cầu in 3D và rạn san hô nhân tạo in 3D. Các vật liệu giống như bê tông không phải là lựa chọn duy nhất trong xây dựng, polyme cũng đóng một vai trò nhất định. Branch Technology chuyên về in 3D quy mô lớn bằng cách sử dụng máy đùn polyme rô-bốt, tạo ra mọi thứ từ tác phẩm điêu khắc đến môi trường sống trong không gian. Hệ thống bảng điều khiển tòa nhà sáng tạo của nó được gọi là BranchClad mở ra những cơ hội mới cho mặt tiền tòa nhà. Chỉ cần nhìn vào bề mặt mặt trăng được lắp đặt ở phía hoạt động của Trại không gian mới của Trung tâm Tên lửa và Vũ trụ Hoa Kỳ (bên dưới). Được tạo ra bằng cách sử dụng các bản quét kỹ thuật số của mặt trăng, các mặt tiền thể hiện độ trung thực đáng kinh ngạc đối với bề mặt mặt trăng. Khuôn tích cực của mô hình mặt trăng được in 3D và sau đó được sơn bằng chất liệu vữa.
hình ảnh
△ Bức tường mặt trăng in 3D mới của Branch Technology được lắp đặt bên cạnh hoạt động trại không gian mới của Trung tâm Tên lửa và Vũ trụ Hoa Kỳ
Bộ phận công nghiệp và kim loại
hình ảnh
△Máy in 3D kim loại Stargate của Relativity Space
●Nhà sản xuất tên lửa Relativity Space tuyên bố tên lửa in 3D Terran 1 của họ là cấu trúc in 3D đơn lẻ lớn nhất từ trước đến nay, nó cao 35,2 mét và có đường kính 2,3 mét. Tên lửa thế hệ tiếp theo của công ty, Terran R, cũng lớn như vậy. Cả hai đều được in 3D trên kim loại độc quyền bằng máy in 3D Stargate của công ty, sử dụng công nghệ lắng đọng năng lượng trực tiếp bằng rô-bốt. Relativity Space cho biết khả năng chịu áp lực khi phóng của tên lửa là một thắng lợi to lớn, thể hiện tính toàn vẹn cấu trúc của phương pháp in 3D kim loại.
hình ảnh
△Nữ hoàng Maxima của Hà Lan chính thức khai trương cầu in 3D kim loại MX3D.
●Cây cầu kim loại bắc qua kênh Amsterdam do phòng thí nghiệm của Joris Laarman thiết kế được in bằng MX3D bằng công nghệ sản xuất phụ gia hồ quang rô-bốt. "Cây cầu thông minh" bằng thép không gỉ dài 12-mét bao gồm một mạng cảm biến nhúng để giúp các nhà nghiên cứu ở Amsterdam nghiên cứu vai trò của các hệ thống IoT trong môi trường xây dựng. Được phát triển bằng cách sử dụng các kỹ thuật thiết kế chung và tối ưu hóa cấu trúc liên kết, cấu trúc này cực kỳ nhẹ. Cầu MX3D cũng giới thiệu ứng dụng in 3D kim loại trong nghệ thuật và điêu khắc.
●Dưới đây là một tác phẩm in MX3D khác được lắp đặt bởi các nghệ sĩ Mariagrazia Abbaldo và Paolo Albertelli tại Vườn Hoàng gia Turin, Ý. Được mệnh danh là "The Whale Passage", tác phẩm điêu khắc nặng 880kg thể hiện vây của một con cá voi đi ngang qua mặt đất. Tất cả các mô hình được thực hiện trong dự án này đều được in 3D.
hình ảnh
△"Whale Pass" được thiết kế bởi Mariagrazia Abbaldo và Paolo Albertelli, và được in 3D bởi MX3D
●In 3D kim loại khổ lớn có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, với các công ty trong ngành hàng hải, dầu khí và thiết bị xây dựng hạng nặng có thể sản xuất các bộ phận lớn nhanh hơn, thường là tại chỗ. Ví dụ: chân vịt hàng hải bên dưới được in 3D bằng công nghệ WAAM để tạo ra hình dạng gần như lưới, sau đó được gia công để có dung sai chặt chẽ hơn. Trong trường hợp này, WAAM thay thế quá trình rèn và có thể được thực hiện gần nơi cần thiết hơn, sử dụng ít nguyên liệu thô hơn.
hình ảnh
△Chân vịt hàng hải này là một trong những ví dụ đầu tiên về ứng dụng công nghiệp của công nghệ WAAM
●Kim loại in 3D cũng có thể giảm trọng lượng của các bộ phận, vì in 3D có thể tạo ra các hình dạng mà rèn hoặc đúc không thể đạt được. Theo nhà sản xuất máy in SLM Solutions, bộ phận hạ cánh của máy bay (bên dưới), có kích thước 455 x 295 x 805 mm, là bộ phận được in 3D kết hợp giường bột bằng laser đầu tiên trên thế giới. Bộ phận này không chỉ nhẹ hơn 15% so với các bộ phận rèn truyền thống mà công nghệ này còn giảm thời gian quay vòng. Vì bộ phận này là một phần của hệ thống truyền tải trọng từ các bánh xe đến cấu trúc của máy bay nên nó được làm bằng titan để tạo độ bền. Việc lựa chọn vật liệu mang lại cho bộ phận các đặc tính cơ học mạnh mẽ đồng thời chống ăn mòn mà không cần lớp phủ, được in bằng máy in SLM 800 3D bốn tia laser. "Sản xuất bồi đắp giúp tiết kiệm thời gian trong giai đoạn đánh giá chất lượng và chứng nhận bằng cách cung cấp nhanh chóng các bộ phận để thử nghiệm. Chúng tôi có thể sản xuất các bộ phận chính trong vòng vài ngày, bằng cách sử dụng quy trình rèn mất vài tháng."
hình ảnh
△Các bộ phận thiết bị hạ cánh phía trước được in 3D dành cho máy bay phản lực tư nhân
In 3D khuôn lớn để đúc các bộ phận kim loại là một ứng dụng quan trọng của in 3D quy mô lớn. Đối với các chi tiết công nghiệp bằng kim loại phải đúc thì công đoạn tạo khuôn tốn nhiều công sức và thời gian. Với máy in 3D cát, các nhà sản xuất có thể in 3D các vật đúc và khuôn cát trực tiếp mà không cần các mô hình có kích thước đầy đủ. Voxlejet's VX4000 là máy in 3D đúc cát lớn nhất thế giới và nó sử dụng công nghệ phun chất kết dính để tạo ra không chỉ các khuôn lớn mà hàng nghìn khuôn trong một quy trình in duy nhất.
hình ảnh
△Máy in VX4000 của Voxlejet (Nguồn: Voxeljet)
nội thất và xe cộ
hình ảnh
△Một chiếc ghế được sản xuất nguyên chiếc bằng máy in 3D WASP.
●Các nhà thiết kế nội thất cũng đang dần lựa chọn in 3D khổ lớn để hiện thực hóa các thiết kế phức tạp và sử dụng các vật liệu độc đáo. Polyme, đặc biệt là nhựa tái chế, là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho đồ nội thất in 3D, nhưng bê tông và kim loại cũng có thể được sử dụng. Chiếc bàn học cỡ trẻ em này ở Gambia (bên dưới) là một ví dụ về in 3D giải quyết nhu cầu thực tế. Nhẹ và bền, thiết kế này có thể được sản xuất từ nhựa tái chế, đồng thời giải quyết vấn đề rác thải nhựa. Mô hình được in trên máy in 3D Magnum tại The Industry Thụy Điển bằng nhựa PETG, thường được sử dụng trong chai nước giải khát.
hình ảnh
△ Bàn nguyên mẫu để thử nghiệm khái niệm nội thất trường học in 3D ở Gambia, có thể sử dụng nhựa tái chế
●Có vô số ví dụ về bàn và ghế in 3D đẹp mắt, bao gồm bộ sưu tập bàn cà phê đáng yêu của NYXO Visionary Design (bên dưới) được làm từ PLA xốp nhẹ được in trên máy in 3D Colossus XS.
hình ảnh
△Dòng bàn điêu khắc Primavera được thiết kế bởi công ty thiết kế sản phẩm và kiến trúc NYXO Visionary Design có trụ sở tại Dubai và được in bằng ColorFabb PLA trên máy in Colossus XS (Nguồn: Colossus)
Được ghi vào Sách Kỷ lục Guinness Thế giới với tư cách là chiếc thuyền in 3D lớn nhất và vật thể in 3D vật lý lớn nhất cho đến nay là chiếc thuyền in 3D trong hình bên dưới, dài 7,72 mét. Con thuyền được in vào năm 2019 bởi Trung tâm Cấu trúc Tiên tiến và Vật liệu tổng hợp tại Đại học Maine. Nó được làm bằng nhựa và gỗ cellulose. Chỉ mất 72 giờ để in 3D và nặng 2,2 tấn.
hình ảnh
△Một chiếc thuyền có kích thước thật được in 3D hoàn toàn do Đại học Maine sản xuất
●Các nhà sản xuất xe đạp cũng đã chọn công nghệ in 3D để giải quyết các vấn đề hàn trong dây chuyền sản xuất của họ. Khung in 3D một mảnh không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn cho phép mức độ tự do thiết kế mới không bị giới hạn bởi các khớp cấu trúc. Nhà sản xuất xe đạp đã sản xuất các mẫu xe bằng vật liệu tổng hợp titan, thép và sợi carbon. Chiếc xe đạp điện khung thép bên dưới của Urwahn được sản xuất hàng loạt bằng cách sử dụng in 3D kim loại để đạt được sự cân bằng giữa hình thức, chức năng, kết cấu nhẹ và vật liệu. Công ty cho biết các dây chun đặc biệt phía sau giúp treo bánh sau và tạo ra một kiểu lái xe thoải mái mới, trong khi khung thép tích hợp động cơ và pin.
hình ảnh
△Xe đạp điện khung thép in 3D của Urwahn
Mẹo thiết kế và phần mềm cho bản in lớn
hình ảnh
△Bức tượng in 3D 30-cao foot được lắp ráp từ 365 bộ phận in 3D riêng lẻ và mỗi bộ phận mất 28 giờ để in trên máy in 55 3D
In 3D một mảnh thường lý tưởng vì nó loại bỏ lao động lắp ráp, tăng tốc độ sản xuất và cải thiện tính toàn vẹn của cấu trúc do không có đường nối hoặc bề mặt. Tuy nhiên, nếu đối tượng được in lớn đến mức bạn cần chia nó thành nhiều phần, vậy làm cách nào để chia mô hình thành các bản in 3D?
●Để hoàn thành bản in 3D lớn, bạn có thể chia mô hình trực tiếp trong phần mềm CAD (chẳng hạn như Fusion360 hoặc Solid Works), phần mềm này có ưu điểm là cho phép bạn thiết kế một số công cụ hỗ trợ lắp ráp và căn chỉnh, chẳng hạn như đinh, vết lồi và rãnh, môi, hoặc lỗ và khe;
●Nếu bạn chỉ định dán các vật thể lớn lại với nhau hoặc sử dụng vít (chỉ dành cho các vật liệu bền hơn như nylon chứa sợi carbon), bạn có thể để công cụ cắt lát như Cura thực hiện thao tác tách. Quá trình phân đoạn diễn ra nhanh chóng và tự động bằng các công cụ lưới của Cura;
● Khi phân đoạn mô hình kỹ thuật số theo cách thủ công, tránh đi trực tiếp qua các khu vực chi tiết hoặc khu vực hỗ trợ. tránh chia tách ở điểm yếu nhất trong thiết kế,
Cụ thể là những khu vực mỏng hơn nhiều so với phần còn lại của mô hình.
Máy in 3D cỡ lớn hàng đầu
hình ảnh
△Máy in 3D kim loại GEFERTEC Arc60x WAAM (Nguồn: Gefertec)
Nếu bạn muốn sử dụng máy in 3D để tạo các bộ phận, chẳng hạn như các bộ phận bằng nhựa lớn, đạo cụ và biển báo, bạn có thể sử dụng máy in 3D dây tóc khổ lớn, về cơ bản giống như máy in dây tóc để bàn. Một số máy in có thể in bằng vật liệu bền cấp kỹ thuật.
Nếu bạn muốn lớn hơn máy in FDM lớn nhất (cộng với 1.600 x 1.200 x 1.300), bạn sẽ cần một máy in 3D cánh tay rô-bốt, một cánh tay rô-bốt có đầu đùn được gắn vào cuối. Chúng có thể được đặt trên thanh ray hoặc giàn trên cao, vì vậy về lý thuyết, có thể in theo kích thước của thanh ray có sẵn. Kỷ lục Guinness Thế giới về máy in 3D lớn nhất là cụm đầu đùn giàn tại Đại học Maine, có thể đạt kích thước 30,000 x 6.700 x 3,000 mm. Tuy nhiên, máy in này không phải để bán. Một ưu điểm khác của máy in cánh tay robot là chúng thường in bằng polyme ở dạng viên tiết kiệm hơn
Bản in 3D nhựa thông thường không thể lớn hơn 1,000mm, với một số ngoại lệ như Kings 1700 Pro và 3D Systems ProX 950 do thời gian in rất dài. Nhựa thường mất nhiều thời gian hơn FDM.
hình ảnh
△Máy in 3D bê tông cỡ trung vượt trội trong các ứng dụng nghệ thuật khổ lớn
Máy in 3D bê tông đang là một thị trường đang bùng nổ, không chỉ dành cho xây dựng nhà ở mà còn cho bất kỳ loại ván khuôn bê tông, đồ nội thất, công trình xây dựng nào, thậm chí cả chậu cây và tác phẩm điêu khắc. In 3D các bộ phận kim loại rất lớn thường đạt được bằng kỹ thuật in 3D lắng đọng năng lượng trực tiếp như sản xuất phụ gia hồ quang điện (WAAM). Các phương pháp này sử dụng đầu in 3D gắn trên cánh tay robot, có phạm vi tiếp cận rộng và chỉ bị giới hạn bởi kích thước của cánh tay.
