Tổng Hợp Những Điều Cần Biết Về Nhựa In 3D Resin
Máy in 3D dùng công nghệ LCD/DLP (vat photopolymerization) sử dụng nhựa in 3D resin – một loại polyme quang trùng hợp – làm vật liệu in. Khác với in FDM (sử dụng sợi nhựa nóng chảy), quá trình in resin tận dụng ánh sáng UV/405–455 nm để kích hoạt phản ứng đóng rắn theo từng lớp, tạo ra các chi tiết rất mịn và liền mạch. Công nghệ này tương tự SLA và DLP: SLA dùng tia laser UV quét từng mép tiết diện của mô hình để đóng rắn resin, còn DLP dùng máy chiếu kỹ thuật số để chiếu nguyên một lớp mặt cắt resin cùng lúc. Máy LCD kết hợp LED và màn hình LCD che lớp để chiếu đồng thời toàn bộ mặt cắt qua lăng kính ma trận LCD, đạt hiệu suất tương tự DLP nhưng chi phí phần cứng thường thấp hơn. Kết quả là các chi tiết in resin rất sắc nét, bề mặt mịn, không có các vết rãnh lớp như FDM. Nhựa resin nói chung có thể cung cấp sản phẩm “đông đặc” (solid) có tính đồng nhất cao, đạt độ đặc chắc (isotropic) và kín nước (watertight) nhờ khả năng kiểm soát chặt phản ứng trùng hợp.
Nguyên lý hoạt động của máy in LCD 3D là: đèn LED chiếu tia UV ở bước sóng khoảng 365–405 nm (một số máy mới hỗ trợ ngưỡng tới 455 nm) qua màn hình LCD để hắt sáng các điểm cần trùng hợp của lớp resin. Cứ sau mỗi bước phơi sáng, bàn in nâng lên một lớp và quy trình lặp lại cho đến khi hoàn thiện mô hình. Toàn bộ bề mặt lớp cắt được đóng rắn cùng lúc (giống DLP), nhờ đó tốc độ in nhanh và bề mặt đồng đều hơn so với quét tia đơn phía SLA. Theo Wevolver, quá trình LCD “sử dụng một tấm màn hình ma trận LCD giống màn hình điện thoại” để che chắn chùm tia LED UV và cho phép đóng rắn đúng hình dạng của mỗi lớp với độ chính xác cao
Quá trình in resin diễn ra trong bể chứa chứa nhựa lỏng. Sau khi hoàn tất bản in, mô hình thường còn một lớp resin lỏng chưa đóng rắn bám bên ngoài. Thao tác hậu xử lý quan trọng bao gồm rửa (để loại bỏ resin dư) và cán đốt UV (post-curing) để tăng cường độ cứng và tính cơ học. Chẳng hạn, Formlabs khuyến cáo rửa phần in trong dung môi như isopropanol (IPA) hoặc dung môi chuyên dụng, rồi phơi sáng UV thêm để tăng cường độ bền (đặc biệt với vật liệu y tế cần trải qua bước hậu quang trùng hợp để đạt chỉ tiêu an toàn). Lưu ý, nhựa resin chỉ an toàn khi đã được đóng rắn hoàn toàn; resin ở dạng lỏng vẫn giữ độc tính nhất định, có thể gây kích ứng da/mắt và cần mặc áo găng tay bảo hộ khi thao tác.
Nhìn chung, nhựa in 3D resin cho phép in những sản phẩm có độ phân giải và chất lượng bề mặt vượt trội, khiến chúng được ưa chuộng trong các lĩnh vực đòi hỏi chi tiết cao như nha khoa, trang sức, mô hình thu nhỏ, và cả prototyping cơ khí. Các thông số như độ nhớt (viscosity), độ co rút (shrinkage), độ cứng (Shore D), độ bền kéo, độ giãn dài tại đứt gãy hay tốc độ đóng rắn đều được các nhà sản xuất tinh chỉnh để phù hợp từng mục đích sử dụng. Phần tiếp theo sẽ thảo luận chi tiết từng loại nhựa theo ứng dụng, thông số kỹ thuật quan trọng, và cách in/xử lý/bảo quản nhựa resin hiệu quả.
Phân loại nhựa in 3D resin theo ứng dụng
Nhựa resin có rất nhiều chủng loại được pha chế nhằm đáp ứng các ứng dụng cụ thể. Dưới đây là một số nhóm nhựa phổ biến theo lĩnh vực sử dụng:
Nhựa in 3D resin cho kim hoàn: Các nhựa đúc (castable resin) chuyên dùng cho trang sức thường chứa thành phần sáp cao để cháy sạch không còn cặn (zero ash). Chẳng hạn, nhựa Phrozen Castable Resin W40 Orange có chứa 40% thành phần sáp, được thiết kế “đốt cháy sạch và không còn tro”, phù hợp đúc các chi tiết trang sức hay răng giả với độ chính xác cao và co rút rất thấp. Phrozen giới thiệu rằng nhựa này “phù hợp đúc trang sức và nha khoa” nhờ tính năng đốt cháy hoàn toàn, độ co rút thấp và bề mặt mịn. Tương tự, Phrozen Castable Resin Violet (“nhựa đúc màu tím”) cũng được thiết kế “dễ đúc” và cho kết quả chính xác cao với biến dạng rất nhỏ. Các loại nhựa đúc cho kim hoàn thường cho mẫu in có chất lượng bề mặt sắc nét, không bị biến dạng khi đúc; sau khi in, các mô hình được rửa sạch, làm khô và đưa vào quy trình đúc chảy chính xác.
Nhựa in 3D resin nha khoa
Nhựa nha khoa cần độ chính xác cao, ít co rút và thường đảm bảo tính an toàn sinh học (biocompatible) hoặc ít nhất là có màu sắc, độ cứng phù hợp. Chẳng hạn, Phrozen Study Model Resin là loại nhựa in 3D nhanh với bước phơi sáng chỉ 1,5 giây/lớp, phù hợp in nhanh mẫu niềng răng hoặc hàm mẫu; nhựa này có bề mặt trắng nhám, độ chính xác cao, được quảng cáo in cả hàm răng đầy đủ chỉ trong 25 phút Phrozen còn có nhựa Water-Washable Dental Model Resin với công thức cho phép rửa bằng nước, đạt độ chính xác trên 90% với sai số chỉ ±0,05 mm so với file thiết kế, rất phù hợp in mô hình chẩn đoán, khung hàm có chi tiết nhỏ. Formlabs cũng phát triển nhiều nhựa nha khoa (biocompatible) như Precision Model Resin – một loại nhựa “độ chính xác cao nhất”, có >99% diện tích in nằm trong sai số 100 μm, với màu be đục và bề mặt mịn để thể hiện đường viền răng sắc cạnh. Ngoài ra, Formlabs có các nhựa chuyên dụng khác (nướu răng, hàm giả, máng bảo vệ răng) đáp ứng tiêu chuẩn FDA/EU cho dụng cụ y tế. Tóm lại, nhựa nha khoa thường có tên như Dental Model Resin, Ortho Resin, Gingiva Mask Resin… và được thiết kế để in nhanh, ổn định kích thước, màu sắc và độ bền cơ học phù hợp với răng miệng. Các ví dụ như Phrozen – Gingiva Mask Resin (nhựa mô nướu mềm, co giãn tốt dùng in nướu giả điều chỉnh hàm)– minh chứng rằng các nhựa nha khoa không chỉ cứng mà còn có thể có đặc tính dẻo để mô phỏng mô mềm.
Xem chi tiết: NHỰA IN 3D MAGFORMS DM550
Nhựa in 3D resin kỹ thuật
Nhóm này bao gồm các nhựa được thiết kế để tạo ra các chi tiết bền bỉ, chịu lực hoặc có tính chất vật liệu đặc biệt. Ví dụ, nhựa ABS-like (tương tự ABS) thường có độ bền cao, chịu va đập tốt nhưng dễ in, được ứng dụng cho mẫu đồ gá, vỏ hộp, các chi tiết cơ khí. Creality giới thiệu ABS-Like Resin 2.0 “độ chính xác cao, mùi nhẹ, dễ làm sạch, in nhanh” còn Siraya Tech có dòng Fast Tough Resin gốc ABS-like được pha thêm công thức để tăng khả năng chống va đập, giúp in ra các chi tiết bền bỉ và không dễ gãy. Phrozen có nhựa Tough: ABS-like+ miêu tả là “cứng và chịu va đập, lý tưởng cho những mô hình cần độ bền cao ngay cả ở chi tiết mỏng
Như vậy, nhựa in 3D resin like ABS (ABS-like resin) thường đề cao độ chịu lực, khả năng khoan, tiện, tiện nghi cho kỹ thuật viên. Các thông số cơ bản như module đàn hồi ~1.0 GPa, độ bền kéo ~35–45 MPa, độ giãn dài 30–40% (theo bảng thông số Anycubic) phản ánh tính chất cơ học tốt của nhóm này (cứng ~80–85 Shore D nhưng không giòn).
Xem chi tiết: Nhựa in 3d Resin
Nhựa chịu va đập (Impact Resistant Resin)
‘Cận kề với ABS-like, nhóm nhựa “chịu va đập” nhấn mạnh độ dai (toughness). Ví dụ, Siraya Fast Tough pha chế để tăng khả năng chịu va đập hơn bản ABS-like thường, cho phép in các chi tiết phải chịu lực đập mà vẫn ít nứt gãy. Phrozen cũng có nhựa ELASTOMER (EL400) hoặc Tough & Durable Properties dành cho yêu cầu cơ khí cao, mặc dù trang web chính thức không chi tiết, nhưng các nhà in thường dùng nhựa này cho các chi tiết cần độ bền cực cao. Nội dung trên Wevolver cũng nhấn mạnh rằng một trong các ưu điểm lớn của in resin (SLA/DLP/LCD) là “đa dạng vật liệu, bao gồm nhựa chuẩn, nhựa trong suốt, nhựa cứng (tương tự ABS), nhựa linh hoạt…”. Như vậy, khi cần mẫu in kỹ thuật, đồ gá công nghiệp, vòi khớp, hoặc sản phẩm cuối phải chịu cơ tính tốt, người dùng thường chọn nhựa như ABS hoặc nhựa chịu va đập, ưu tiên các dòng có độ bền uốn, mô đun cao và độ giãn dài lớn
Xem chi tiết: Nhựa in 3D Resin Phrozen ONYX
Nhựa linh hoạt (dẻo)
Mặc dù ở Việt Nam ít phổ biến, một số nhựa resin mang tính đàn hồi cao (elastomeric) cũng tồn tại. Ví dụ, nhựa Gingiva Mask Resin ở trên chính là nhựa mềm mô phỏng nướu (độ đàn hồi cao)
Phrozen có dòng EL400 Elastomer Resin với đặc tính đàn hồi (độ cứng Shore thấp). Nhựa linh hoạt dùng để in các chi tiết như gioăng cao su, linh kiện cần uốn cong hoặc tạo cảm giác mềm dẻo.
Xem chi tiết: NHỰA IN 3D MAGFORMS Elastic600
Nhựa chống cháy (Flame-Retardant Resin)
Một số ứng dụng kỹ thuật đòi hỏi nhựa phải kháng cháy (UL94 V-0, UL Blue Card…). Chẳng hạn, Formlabs Flame Retardant (FR) Resin là một nhựa nhựa chuyên dụng đạt chuẩn UL94 V-0, có module kéo ~2.9 GPa, chịu nhiệt độ làm biến dạng (HDT) ở 94°C sau xử lý và chịu kéo ~38–41 MPa. Formlabs nhấn mạnh FR Resin “giúp in các chi tiết tự dập tắt lửa, chịu nhiệt tốt trong môi trường công nghiệp” Phrozen cũng có Flame Retardant FR940 Resin, được giới thiệu là “nhựa chịu cháy cấp công nghiệp, đã đạt chứng chỉ UL 94 V-0 đầu tiên ở châu Á” Nhựa FR940 “có thể phân tán ngọn lửa chỉ trong 10 giây” và phù hợp cho linh kiện điện, ô tô, thiết bị y tế cần độ an toàn cháy nổ cao. Các nhựa chống cháy này thường cứng, module lớn và có khả năng chịu nhiệt cao, nhưng giá thành khá đắt và chỉ dùng khi thực sự cần thiết.
Xem chi tiết: Nhựa In 3D Phrozen Nylon-Green Tough
Nhựa in 3D resin cho tượng, mô hình, mỹ thuật
Nhóm này thường là nhựa chuẩn (standard resin), nhấn mạnh tính thẩm mỹ và dễ sử dụng. Các dòng như Clear Resin (nhựa trong suốt) cho phép in vật liệu giống thủy tinh; Grey/White Resin sắc sảo để in tượng, mô hình cần độ chi tiết cao; nhựa Colored (đỏ, xanh, đen…) giúp in trực tiếp mẫu màu mà không cần sơn lại. Công thức nhựa rửa nước (water-washable) như Creality Halot WW hay Phrozen Aqua cũng rất tiện cho mô hình mini vì chỉ cần rửa bằng nước thay vì IPA, giảm mùi và độc tính. Như một đánh giá trên Wevolver, in resin rất lý tưởng để tạo ra các mô hình thu nhỏ với “độ chi tiết cao và bề mặt mịn, khiến chúng phổ biến trong mô hình game, nguyên mẫu mỹ thuật, trang trí. Các nhựa này thường có độ bền cơ học mức bình thường (cứng ~70–80 Shore D, module ~1 GPa) nhưng ưu tiên độ phân giải ảnh cao nhất, độ co rút thấp để chi tiết chính xác. Ví dụ, nhựa Aqua Resin của Phrozen (dòng chuẩn) được dùng cho các mô hình mini (gingerbread man, mô hình 8K) với chất lượng bề mặt xuất sắc. Mặc dù không có trích dẫn cụ thể ở đây, thông tin kỹ thuật của những nhựa này (độ nhớt ~100–200 cP, độ co rút ~4–6%) tương tự các nhựa kỹ thuật, nhưng chúng được tinh chỉnh để ưu tiên hiển thị chi tiết mịn và độ sắc nét (thể hiện qua XY resolution siêu nhỏ 25–50 μm).
Xem chi tiết: Nhựa in 3D Creality Fast Resin UV Curable Resin
Tóm lại, tùy vào mục đích in – trang sức, nha khoa, kỹ thuật hay nghệ thuật – người dùng sẽ chọn loại nhựa resin tương ứng. Các nhà sản xuất lớn như Creality và Phrozen đều có loạt sản phẩm theo từng phân khúc này, ví dụ Creality LCD Dental Resin (xanh trong) chuyên cho nha khoa, Creality ABS-Like Resin cho cơ khí, Creality Water Washable Resin cho mô hình mini; và Phrozen Castable, Phrozen Dental Model, Phrozen Tough hay Phrozen ELASTOMER cho tương ứng các ứng dụng trên. Khi chọn mua, người dùng cũng nên chú ý nguồn gốc, chứng nhận và hướng dẫn kỹ thuật của hãng để đảm bảo nhựa phù hợp máy in và nhu cầu sử dụng.
Theo dõi chúng tôi để cập nhập những thông tin và bài đánh giá mới nhất: Fanpage 3D Thinking
