Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển vượt bậc, đặc biệt là trong thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, đi bất cứ đâu chúng ta cũng có thể nghe nói đến TV 3D, Phim 3D, âm thanh 3D, hình 3D là những hình ảnh và âm thanh nổi. Đó là những khái niệm chỉ những công nghệ tạo ảo giác hình khối lên thị giác và thính giác con người, với mục đích mô phỏng lại những gì ta có thể thấy và nghe được, trong khi cách đây khoảng 40 năm về trước, những điều đó là những điều không thể tưởng tượng và không thể hiểu nổi.

Công nghệ in 3D là một định nghĩa hoàn toàn khác với 3D mang tính mô phỏng mà chúng ta vừa đề cập. 3D ở đây là sản phẩm thật, vật thể thật mà chúng ta có thể cầm trên tay, quan sát một cách chính xác, 3D ở đây là mọi thứ xung quanh ta, từ nguyên thủy đến hiện nay chúng ta vẫn tiếp xúc hằng ngày, quá quen thuộc và ta chẳng gọi nó là 3D làm gì.

Như vậy, chúng ta đã hiểu được khái quát sản phẩm từ công nghệ in 3D là in ra một vật thể 3D mà ta có thể quan sát, cầm nắm được. Nhưng để chế tạo ra một vật thể 3D thì từ xưa đến nay có biết bao nhiêu cách, từ truyền thống cho đến hiện đại, và tại sao lại là in ra?

Thế nào là in 3D? Máy in 3D tạo mẫu nhanh hoạt động ra sao?

Để dễ hình dung, chúng ta hãy liên tưởng đến chụp cắt lớp CT trong y học. Máy CT có nhiệm vụ là chụp từng lớp cắt ngang từ cổ lên đến đỉnh đầu của chúng ta (nếu ta chụp cắt lớp đầu), khi ta xem tấm phim CT ta thấy rất nhiều tấm hình mặt cắt với vòng ngoài là lớp xương sọ, bên trong hình thù cắt lát của não bộ và các cơ quan.

Nếu giả sử, chúng ta đem in từng tấm hình CT lát cắt này ra giấy rồi đem xếp chồng các tờ giấy đó lên nhau, từng tờ từng tờ một theo thứ tự. Ví dụ, nếu như mực in trên tấm giấy bên trên kết dính với mực in ở tấm giấy bên dưới, ta sẽ được một chồng giấy hình hộp chữ nhật, sau đó chúng ta đem loại bỏ hết phần giấy trắng dư thừa đi, chúng ta sẽ được một khối mực in 3D có hình dạng chính là cái đầu của chúng ta, và nó có đầy đủ tất cả các bộ phận từ bên trong lẫn bên ngoài.

Điều đó có nghĩa in 3D là in ra nội dung (hình cắt CT bên trên) lên từng lớp (tờ giấy bên trên), các lớp được in lần lượt chồng liên tiếp lên nhau từng lớp, còn mực in chính là vật liệu muốn áp lên vật thể 3D, có thể là nhựa, giấy, bột, polymer, hay kim loại,... Đặc điểm các vật liệu này là có sự kết dính với nhau để vật liệu lớp bên trên kết dính với lớp bên dưới.

Khái niệm này hiện nay người ta gọi là in 3D do độ phổ biến và để dễ hình dung thực chất trong công nghiệp và với tên gọi in 3D là tạo mẫu nhanh. Gọi là tạo mẫu nhanh vì so với các phương pháp gia công chế tạo vật thể 3D (mẫu) khác như cắt, gọt, tiện, phay, bào, nặn,... thì phương pháp này cho phép tạo ra mẫu nhanh hơn.

Nói như vậy, công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để thực hiện việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động. Ngày nay, công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng, với mỗi sản  phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi, dạng nano và với mỗi loại vật liệu cũng có nhiều phương thức khác nhau để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa,… Cách thức in thì có thể in từ dưới lên, in từ đỉnh xuống.

Công nghệ in 3D là quá trình tạo ra các mô hình vật lý (mẫu thực) từ mô hình số hóa (file thiết kế 3D trên máy tính) một cách tự động thông qua các máy in 3D. Có nhiều cách khác nhau để in ra một đối tượng bằng việc sử dụng công nghệ in 3D.

Công nghệ in 3D được tin tưởng rằng có tiềm năng lớn để trở thành nghành công nghệ hàng đầu. In 3D phủ sóng rộng rãi trên nhiều kênh truyền hình, báo chí và các mạng xã hội trực tuyến lớn.

Về cơ bản, để phân biệt nguyên lý phía sau công nghệ in 3D đó là quá trình sản xuất chất phụ gia. Và điều này thực sự là chìa khóa vì in 3D là một phương pháp hoàn toàn khác dựa trên công nghệ tiên tiến là xây đắp xếp chồng các lớp vật liệu để tạo ra mô hình sản phẩm. Điều này là khác với bất kỳ kỹ thuật sản xuất truyền thống nào trước đây.

Đối với nhiều ứng dụng của quá trình thiết kế truyền thống và quá trình sản xuất vẫn có những hạn chế chưa thể khắc phục được như chi phí đắt để mua dụng cụ cắt, máy móc thiết bị, đồ gá,… có thể dẫn tới 90% vật liệu ban đầu sử dụng bị lãng phí.

Ngược lại, công nghệ in 3D là quá trình tạo ra đối tượng một cách trực tiếp, bằng cách xếp tầng các lớp vật liệu theo  các cách khác nhau tùy thuộc vào công nghệ sử dụng trong in 3D. Cách hiểu đơn giản về công nghệ in 3D cho bất cứ ai đang cố gắng hiểu khái niệm này thì công nghệ in 3D giống như việc xây dựng một số thứ với các khối Lego một cách tự động.

Hiện nay, đã có 9 loại công nghệ in 3D cơ bản, gọi là in 3D công nghiệp .

Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling): Máy in 3D dùng công nghệ FDM xây dựng mẫu bằng cách đùn nhựa nóng chảy rồi hóa rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết dạng khối.

Công nghệ SLA (Stereolithography): Được phát triển bở Chuck Hull đầu tiên năm 1983, công nghệ SLA thực tế là kỹ thuật dùng tia UV làm cứng từ lớp vật liệu in 3D là nhựa dạng lỏng, nhiều rất nhiều lớp như vậy sẽ tạo nên vật thể in 3D SLA. Lớp in SLA có thể đạt từ 0.06, 0.08, 0.1mm,…

Công nghệ DLP (Digital Light Processing): Công nghệ DLP được phát minh vào năm 1987 bởi Larry Hornbeck và trở nên phở biến trong máy chiếu. DLP sử dụng một mạng lưới máy tính điều khiển, vi-gương, đặt ra trên một chip bán dẫn. Những gương nhỏ nghiêng qua lại. Khi một gương nghiêng, nó phản xạ ánh sáng, tạo ra một pixel sáng. Khi gương nghiêng theo cách khác, các điểm ảnh tối.  Công nghệ này được sử dụng trong máy chiếu phim, điện thoại di động, và cũng cho in ấn 3D.

Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering): Công nghệ SLS vận hành tương tự SLA nhưng vật liệu ở dạng bột, thủy tinh,… có thể tạo lớp bằng vật liệu phụ trợ là keo chuyên dụng (có khi kèm màu sắc CMYK, RGB nếu in 3D đa sắc màu, hoặc tia laser, tia UV,…

Công nghệ SLM (Selective Laser Melting): Đây là công nghệ in 3D kim loại, sữ dụng vật liệu dạng bột titan, bột nhôm, bột đồng, bột thép để làm vật liệu in 3D. Công nghệ SLM vận hành tương tự SLA, SLS nhưng sử dụng tia UV, tia laser cường độ lớn.

Công nghệ EBM (Electron Beam Melting): Ngược lại với SLM, kỹ thuật EBM sử dụng một chùm tia điện tử máy tính điều khiển dưới chân không để làm tan chảy hoàn toàn bột kim loại ở nhiệt độ cao lên đến 1000oC.

Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing): LOM sử dụng lớp giấy, nhựa hoặc kim loại mỏng dính bọc, được hợp nhất dưới nhiệt và áp suất và định hình bằng cách cắt bằng tia laser máy tính kiểm soát hoặc dao.

Công nghệ BJ (Binder Jetting): Đây là công nghệ 3D được phát minh tại MIT. Nó được gọi là “in 3D in phun: Binder phun là một quá trình sản xuất chất phụ gia. Đây là loại máy in 3D sử dụng hai vật liệu: một loại bột (thường là thạch cao) và một chất kết dính giữa các lớp bột. Các chất kết dính được ép đùn ở dạng lỏng từ một đầu in.

Công nghệ MJ (Material Jetting/Wax Casting): Công nghệ phun chất liệu được tốt hơn được gọi là “đúc sáp”. Đó là một kỹ thuật được sử dụng bởi kim hoàn từ nhiều thế kỷ. Đúc sáp (hoặc đúc đầu tư) là một quá trình sản xuất mà chủ yếu là cho phép người ta tạo ra đồ trang sức tùy biến có chất lượng rất cao trong kim loại khác nhau.

Với công nghệ in 3D, có thể hiểu thời đại kỹ thuật số đã mang lại cho các công ty ở mọi quy mô cũng như các cá nhân, những phương tiện để thiết kế và sản xuất hàng hóa, sản phẩm với giá thành không quá đắt đỏ. Những công cụ này đang thay đổi vai trò của các nhà máy truyền thống.

Trong tương lai gần, công nghệ in 3D sẽ có thể in ra những sản phẩm dùng trong gia đình, từ các loại đồ điện gia dụng đến giày dép. Con người sẽ có thể tự sản xuất ra một chiếc máy rửa bát được tùy biến dành riêng cho bạn.

Các chuyên gia trong ngành y tế đã đoán trước rằng công nghệ in 3D sẽ được ứng dụng mạnh để sản xuất ra các cơ quan, bộ phận thay thế như là răng giả hay chân giả, hoặc sản xuất ra các loại thuốc. Theo Terry Wohlers, chủ tịch hãng Wohlers Associates một công ty chuyên tư vấn về công nghệ in 3D, công nghệ này rất hiệu quả khi sử dụng để sản xuất các loại hàng hóa có số lượng ít nhưng công dụng cao, như linh kiện máy bay hoặc các bộ phận  giả để thay thế cho các bộ phận trên cơ thể con người.