Giải chi tiết chuyên đề công nghệ cơ khí 11 cánh diều mới bài 9 Khái quát chung về công nghệ tin 3D

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Hãy cho biết sản phẩm công nghệ ở hình bên có thể được chế tạo bằng phương pháp nào?

Hướng dẫn trả lời:

• Sản phẩm công nghệ ở hình bên có thể được chế tạo bằng phương pháp công nghệ in 3D.

I. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ IN 3D

Câu hỏi: Công nghệ in 3D là gì? Nêu các đặc điểm cơ bản của công nghệ in 3D.

Hướng dẫn trả lời:

Công nghệ in 3D là công nghệ gia công bằng phương pháp bồi đắp dần từng lớp vật liệu để tạo ra vật thể ba chiều dưới sự kiểm soát của máy tính.

Các đặc điểm cơ bản của công nghệ in 3D: 

• Tiết kiệm vật liệu gia công.
• Gia công được nhiều dạng vật liệu như: lỏng, rắn và bột.
• Sử dụng phương pháp bồi đắp vật liệu.
• Khả năng tùy chỉnh thiết kế linh hoạt.
• Thời gian chế tạo sản phẩm ngắn.
• Gia công được các chi tiết có hình dạng phức tạp mà các phương pháp gia công khác khó thực hiện.
• Chế tạo được các sản phẩm tạo thành từ nhiều chi tiết mà không cần sử dụng nguyên công lắp ráp.
• Độ chính xác và cơ tính của các sản phẩm còn bị hạn chế.

II. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D

Câu 1:  Nêu các ứng dụng cơ bản của công nghệ in 3D trong cơ khí chế tạo. Lấy ví dụ minh hoạ?

Hướng dẫn trả lời:

• Công nghệ in 3D được ứng dụng trong ngành cơ khí: tạo ra được các sản phẩm cơ khí một cách nhanh chóng, đúng kĩ thuật, giúp tiết kiệm vật liệu mà không cần phải thực hiện các bước gia công, lắp ráp phức tạp; chế tạo các sản phẩm có cấu trúc hình học phức tạp. vật liệu nhẹ,... bị hạn chế trong các phương pháp gia công truyền thống.
• Ví dụ minh họa: Thông thường, khi chế tạo vỏ xe ô tô cần phải trải qua nhiều công đoạn như: dập, hàn,... Việc ứng dụng công nghệ in 3D đã giảm thiểu đáng kể thời gian chế tạo khi đã tập trung nhiều bước chế tạo thành một bước gia công duy nhất.

Câu hỏi: Nêu các ứng dụng cơ bản của công nghệ in 3D trong y tế. Lấy ví dụ minh hoạ.

Hướng dẫn trả lời:

• Ứng dụng công nghệ in 3D trong ngành y tế: tạo ra các bộ phận giả của cơ thể con người như: chân, răng, xương, khớp,... có độ chính xác cao phục vụ cho việc chữa trị.
• Ví dụ minh họa: ứng dụng công nghệ in 3D chế tạo phần xương chậu đã bị hỏng bằng cách sao chép lại hình dạng và kích thước xương chậu của người bệnh.

Câu hỏi 1: Nêu các ứng dụng cơ bản của công nghệ in 3D trong xây dựng. Lấy ví dụ minh hoạ.

Hướng dẫn trả lời:

• In nhà 3D thành khối lớn nhờ máy in khổng lồ ...
• In nhà 3D lắp ráp. ...

Câu hỏi: Trong lĩnh vực giáo dục và thời trang đã ứng dụng công nghệ in 3D như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực giáo dục: hỗ trợ các chương trình giảng dạy STEAM về khoa học, kĩ thuật, nghệ thuật và thiết kế.

Ví dụ minh họa: sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo các mô hình giảng dạy có cấu trúc phức tạp.

Ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực thời trang: tạo ra các sản phẩm trình diễn thời trang hoặc thiết kế, chế tạo các mẫu trang sức...

Ví dụ minh họa: sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo giày cao gót theo kích cỡ của người sử dụng.

3. Máy in 3D

Câu hỏi: Nêu các bộ phận chính và nguyên lí hoạt động của máy in 3D.

Hướng dẫn trả lời:

Cấu tạo:

• Máy in 3D gồm 3 thành phần chính là:  Đầu in và hệ thống ép đùn: Hệ thống chịu trách nhiệm gia nhiệt và đùn vật liệu in 3D bằng nhựa nhiệt dẻo thông qua vòi phun để tạo thành chi tiết. Các yếu tố như kích thước vòi phun, tốc độ đùn nhựa sẽ tác động đến độ chính xác của máy in cũng như tốc độ in của máy.

Nguyên lí làm việc:

• Để máy in 3D hoạt động thì cần có hệ thống phần mềm điều khiển. Phần mềm điều khiển sẽ xử lý thiết kế CAD (tệp STL), chia nó thành các lớp, sau đó sẽ tính toán và tạo đường chạy cho đầu in của mỗi lớp in. Máy in 3D sẽ ép đùn nhựa theo đường chạy đã định sẵn. Tại điểm khởi đầu, bàn in sẽ được đặt ở độ cao nhất định và hệ thống chuyển động trục XY sẽ di chuyển đầu in theo như bản thiết kế. Hết một lớp in, hệ thống chuyển động trục Z sẽ di chuyển bàn in để máy in có thể tiếp tục thực hiện in lớp in tiếp theo, đè lên trên lớp in ban đầu.
• Ngoài vật liệu nhựa chính, máy in 3D có sử dụng vật liệu hỗ trợ. Vật liệu hỗ trợ này sẽ được sử dụng khi cần in các lỗ rỗng, phần nhô ra ngoài. Nó đóng vai trò là một dàn đỡ, được tạo tự động với một số dạng khác nhau.

Luyện tập

Câu 1. Hãy liệt kê các lĩnh vực có ứng dụng công nghệ in 3D mà em biết.

Hướng dẫn trả lời:

• Các lĩnh vực có ứng dụng công nghệ in 3D là: cơ khí chế tạo, y tế, xây dựng, giáo dục, thời trang.b

Câu 2: Hãy phân tích vai trò của công nghệ in 3D trong sản xuất và đời sống.

Hướng dẫn trả lời:

Vai trò của công nghệ in 3D trong sản xuất và đời sống:

• Tốc độ sản xuất nhanh chóng.
• Dễ dàng tiếp cận và làm quen.
• Sự đa dạng về vật liệu, thời gian sản xuất nhanh chóng cùng các thiết kế đa dạng có thể được chỉnh sửa dễ dàng, sẽ mang đến những mẫu thử chất lượng cao.
• Tiết kiệm chi phí.
• Thiết kế sáng tạo và tự do tùy biến.

Vận dụng

Câu hỏi: Hãy chia sẻ những hiểu biết của em về công nghệ in 3D với người thân và gia đình.

Hướng dẫn trả lời:

Những hiểu biết của em về công nghệ in 3D:

Công nghệ in 3D là những hình ảnh được dựng nên một cách sống động như thật với sự trợ giúp của các phần mềm đồ họa vi tính.

Tùy vào cách thức xếp chồng và xây dựng mô hình 3D và vật liệu cấu thành, công nghệ in 3D được phân thành 3 nhóm chính sau: sử dụng vật liệu in 3D dạng nhựa dẻo và phi kim loại; in 3D từ vật liệu kim loại; sử dụng vật liệu hữu cơ.

Sản phẩm của công nghệ in 3D vô cùng đa dạng từ đơn giản đến phức tạp và sử dụng các công nghệ in khác nhau, tạm được phân loại thành 3 nhóm chính: công nghệ FDM; công nghệ Resin; công nghệ SLS.

Ứng dụng của công nghệ in 3D:

• Thiết kế quần áo, phụ kiện, trang sức
• Ứng dụng y học, sản xuất bộ phân cơ thể người
• Sản xuất linh kiện
• Xây dựng
• Thực phẩm
• Sản xuất đồ chơi và quà lưu niệm