Cùng một tệp 3D, vì sao hai xưởng làm mẫu lại cho ra kết quả khác nhau?

Bạn gửi cùng một tệp STL cho hai xưởng làm mẫu. Một tuần sau, trên bàn là hai mẫu trông rất giống nhau, nhưng đo lên lại lệch hẳn: một mẫu có cạnh sắc nét, bề mặt mờ; mẫu kia có đường gờ bị bo tròn cả một vòng, cào nhẹ bằng móng tay vẫn còn cảm giác dính tay. Bạn quay lại kiểm tra tệp, tệp không có vấn đề gì

Chuyện này xảy ra hằng ngày với mẫu kết cấu bao bì, mẫu mô phỏng ngoại quan sản phẩm và vật phẩm trưng bày tại điểm bán. Gốc rễ là chúng ta vẫn mang tư duy của in phẳng vào quy trình, cứ nghĩ tệp bàn giao chính là thông số kỹ thuật. Nhưng trong quy trình đóng rắn UV, tệp chỉ mô tả hình học; hình dạng cuối cùng của mẫu còn chịu ảnh hưởng đồng thời của liều phơi sáng, tốc độ đóng rắn, tỷ lệ phối liệu và hình học thiết bị

Vậy một nhà thiết kế hoặc nhân viên mua hàng không trực tiếp vận hành máy cần hỏi gì, kiểm tra gì để quản lý được chuyện này?

Vì trong hệ thống đóng rắn UV, độ chính xác hình học là hàm của các thông số quy trình, không phải hàm của tệp

Một nghiên cứu tối ưu hóa thông số cho hệ thống in 3D đóng rắn UV, dùng vật liệu composite gồm nhựa UV và hạt hydroxyapatite, đã dùng thiết kế Box-Behnken để chạy 27 tổ hợp thí nghiệm, quét đồng thời bốn biến số gồm đường kính lỗ đầu phun, tốc độ in, chiều cao lớp và khoảng cách từ đầu phun đến vật liệu. Tổ hợp tối ưu là đường kính lỗ 2.2 mm, tốc độ 32.52 mm/s, chiều cao lớp 1.2 mm và khoảng cách đầu phun 0.5 mm, với sai số kích thước là 3.08% [1]

3.08% là sai số còn lại đo được ở bộ thông số tối ưu, không phải con số đo trong trạng thái lỗi. Quy đổi sang một mẫu kết cấu 100 mm, độ dao động vào khoảng 3 mm. Nếu dung sai của ngàm cài, chốt gài hoặc lỗ định vị chặt hơn mức này, khi gặp tình huống “mẫu thử lắp được nhưng sản xuất hàng loạt lại không lắp vào”, trước tiên hãy xem dung sai đã chừa chỗ cho sai số 3% này hay chưa

Cũng nghiên cứu đó chỉ ra động cơ ban đầu của quy trình: tạo hình đùn bằng DIW đóng rắn quá chậm, khiến vật liệu co ngót trước rồi mới nứt, nên nguồn UV được đưa vào để tăng tốc độ đóng rắn [1]. Nói theo ngôn ngữ chuyền sản xuất, co ngót và vết nứt không phải lỗi vật liệu, mà là độ trễ thời gian giữa tốc độ đóng rắn và tốc độ xếp lớp. Điều này cũng giống một phiên bản khác của cùng một câu chuyện vật lý: lớp vecni UV cục bộ trong in lưới truyền thống bị phủ quá dày rồi nứt vỡ, tách lớp ở nếp gấp. Vật liệu bị buộc phải chịu ứng suất trước khi ổn định

Nhiều người chỉ nhìn bề mặt đã khô hay chưa để đánh giá phơi sáng, trên thực tế, phơi sáng còn tác động đến tính chất cơ học của thành phẩm

Sờ không thấy dính thường chỉ có nghĩa là lớp bề mặt đã đạt tỷ lệ chuyển hóa đủ cao, còn quá trình liên kết chéo bên trong có thể chưa hoàn tất. Một nghiên cứu về nhựa quang trùng hợp dùng cho stereolithography đã kiểm tra trực tiếp ảnh hưởng của UV post-curing đến tính chất cơ học [5], cho thấy hậu đóng rắn có thể làm thay đổi độ bền thành phẩm và không thể xem đó chỉ là bước chiếu sáng thêm ở cuối quy trình

Mức độ đóng rắn (curing degree) cũng có thể được kiểm soát chủ động. Một nghiên cứu đã dùng việc điều chỉnh mức độ đóng rắn của hybrid UV curing resin làm phương thức hiện thực hóa in liên tục [6], cho thấy “đóng rắn đến mức nào” là một núm điều chỉnh trong tay kỹ sư, chứ không phải trạng thái nhị phân khô/chưa khô. Một hướng khác dùng trực tiếp projected UV-resin curing để đạt được in tự nâng đỡ [3], nhờ đó trình tự đóng rắn thay thế một phần kết cấu support

Khi mức độ đóng rắn có thể điều chỉnh, các nhà cung cấp khác nhau có thể đặt nó ở những mức khác nhau. Xưởng A rút thời gian giao hàng bằng cách ép thời gian hậu đóng rắn xuống 10 phút, còn xưởng B chạy đủ 30 phút. Hai mẫu có thể đều đạt về ngoại quan, nhưng khả năng chịu va đập khi rơi, khả năng chịu kẹp và độ ổn định kích thước lâu dài sẽ rẽ sang hai hướng khác nhau. Thế mà trên báo giá, mục này thường để trống

Vì chất độn thay đổi độ sâu mà ánh sáng có thể xuyên vào nhựa, từ đó kéo theo việc điều chỉnh lại toàn bộ thông số phơi sáng

Công thức của vật liệu composite nói trên là hydroxyapatite 30% w/v kết hợp với nhựa 100% v/v [1]. Sau khi thêm các hạt rắn, ánh sáng bị tán xạ và hấp thụ, làm giảm độ sâu xuyên thấu. Cùng một thiết lập phơi sáng vừa đủ trên nhựa nguyên chất có thể bị đóng rắn thiếu khi chuyển sang công thức có hàm lượng chất độn cao. Nghiên cứu tối ưu hóa đặc tính đóng rắn của Si₃N₄ UV resin chính là xử lý đặc tính đóng rắn của hệ chất độn gốm như một bài toán cần tối ưu độc lập [4]

Ý nghĩa đối với phía thiết kế rất rõ: “đổi màu” hay “đổi sang vật liệu cứng hơn” chưa bao giờ là miễn phí. Bất kỳ thay đổi nào làm biến đổi tính chất quang học của nhựa, như thêm màu, thêm chất độn hoặc thay độ trong, đều phải được xem là một thay đổi kích hoạt việc làm mẫu lại, chứ không phải chỉ thay một dòng mã vật liệu. UV curing resin thậm chí có thể được thiết kế để tạo ra sự thay đổi màu liên tục ở elastomer [2]. Nói ngược lại, màu sắc và hóa học của nhựa gắn chặt với nhau, không phải một lớp sơn phủ được thêm vào về sau

Phiếu đặt gia công ít nhất phải ghi rõ các kích thước then chốt, hồ sơ hậu đóng rắn và độ nhất quán trong cùng một lô. Tất cả những mục này đều có thể kiểm tra mà không cần chạm vào máy

Bốn điều cần hỏi khi đặt gia công

・Chiều cao lớp và đường kính lỗ đầu phun của máy này được cài đặt ở mức nào? Nghiên cứu đã xác nhận cả hai liên quan trực tiếp đến sai số kích thước [1]

・Hậu đóng rắn kéo dài bao lâu, dùng nguồn sáng nào? Ảnh hưởng của hậu đóng rắn đến tính chất cơ học đã được kiểm chứng [5], nên đây phải là một thông số được ghi chép, không phải cảm nhận của thợ

・Công thức này là nhựa nguyên chất hay có chất độn? Tỷ lệ chất độn là bao nhiêu? Chất độn làm thay đổi đặc tính đóng rắn, nên cần được tối ưu độc lập [4]

・Khi đổi màu hoặc đổi vật liệu, các thông số có được chạy lại không?

Ba điều cần đo khi nghiệm thu

・Chọn 2-3 kích thước chức năng, gồm ngàm cài, vị trí lỗ và độ dày thành, để đo thực tế thay vì chỉ nhìn ngoại quan. Lấy sai số ở mức 3% làm mốc tham chiếu [1], trước hết hãy xác nhận dung sai của bạn có chặt hơn mức đó hay không

・Lấy ít nhất 3 mẫu trong cùng một lô để so sánh mức độ phân tán giữa chúng. Một mẫu đạt không nói lên quy trình có ổn định hay không

・Bề mặt dính trở lại, dấu lõm khi ấn ngón tay và độ dịch chuyển kích thước sau một tuần đặt yên, đây là ba tín hiệu biểu hiện thường gặp của đóng rắn thiếu, nhận định này dựa trên kinh nghiệm thực tế tại hiện trường, không phải kết luận từ tài liệu

Tôi thường gọi bộ này là “ba cửa kiểm soát gửi in của Mai Strategy”: cửa một hỏi thông số, ai quyết định và ghi ở đâu; cửa hai kiểm tra độ phân tán, không so mẫu tốt nhất mà so mẫu tệ nhất; cửa ba truy vết thay đổi, đổi vật liệu hoặc đổi màu đều xem như dự án mới. Cả ba cửa đều xử lý cùng một việc: đưa các thông số quy trình không nhìn thấy được vào hợp đồng để sau này còn tra được

Nếu chỉ làm được một việc, hãy xác định dung sai của các kích thước then chốt trước khi đặt gia công và nói rõ với xưởng. Vì trong in 3D đóng rắn UV, ngay cả sau khi tối ưu hóa có hệ thống, sai số kích thước vẫn ở mức 3% [1]. Điều đó có nghĩa dung sai là trách nhiệm của phía thiết kế, không phải vấn đề về tỷ lệ đạt của xưởng. Nếu không viết ra được dung sai, sẽ không có ai chịu trách nhiệm cho việc nghiệm thu

Phạm vi áp dụng: các số liệu trên đến từ một hệ thống DIW + đóng rắn UV và một công thức vật liệu composite cụ thể [1], không thể áp dụng thẳng cho các hướng đóng rắn UV khác như SLA, DLP hoặc MSLA, vì cấp độ chính xác và nguồn sai số của các hệ thống đó khác nhau. Không thể bê nguyên 3.08% sang nơi khác. Điều có thể áp dụng là cách quản lý: coi thông số là biến số để quản lý, lưu hồ sơ quy trình hậu đóng rắn và áp dụng kiểm soát thay đổi khi đổi vật liệu. Ngoài ra, nếu mục đích của bạn chỉ là xác nhận thể tích hoặc trao đổi về hình dáng, toàn bộ quy trình nghiệm thu này có thể bỏ qua. Mức độ đầu tư cho quản lý độ chính xác phụ thuộc vào việc mẫu này sẽ được dùng làm gì ở bước tiếp theo

Độ chính xác thành phẩm của in 3D đóng rắn UV do các thông số quy trình quyết định. Cùng một STL, khi dùng các bộ thông số khác nhau, sẽ cho ra kết quả khác nhau [1]

Ngay cả sau khi tối ưu hóa có hệ thống, sai số kích thước vẫn đạt 3.08%, vì vậy dung sai của các kích thước then chốt phải được phía thiết kế xác định rõ từ đầu [1]

Hậu đóng rắn không phải chỉ là bước hoàn tất quy trình, mà là một bước làm thay đổi tính chất cơ học, cần được ghi chép và đối chiếu [5]

Thêm chất độn hoặc màu sẽ làm thay đổi tính chất quang học và đặc tính đóng rắn của nhựa. Đổi vật liệu, đổi màu nên được xem như dự án mới và làm mẫu lại [4]

Khi nghiệm thu, cần xem độ phân tán của nhiều mẫu trong cùng lô và đo thực tế các kích thước chức năng, không chỉ nhìn ngoại quan một mẫu

Đối với phía sản xuất in, in 3D đóng rắn UV đang đưa lên bàn chuyện “thông số chính là quy cách”. Trước đây, xưởng in bán công đoạn. Về sau, thứ họ cần bán là một bộ thông số có thể tái lập cùng cam kết dung sai tương ứng. Điều đó đòi hỏi phải ghi liều phơi sáng, thời lượng hậu đóng rắn, mã vật liệu và số lô vào lệnh sản xuất, thay vì để trong đầu người thợ. Với phía thiết kế, trọng tâm của DfM đang chuyển từ tính khả thi của hình dáng sang ý thức về dung sai: có thể đánh dấu ngay từ giai đoạn dựng mô hình đâu là kích thước chức năng, đâu là kích thước ngoại quan hay không, điều đó quyết định số lần trao đổi qua lại sau khi đặt gia công. Hướng ứng dụng AI khá rõ ràng. Về bản chất, tối ưu hóa thông số là bài toán mặt đáp ứng đa yếu tố [1]. Thiết kế thí nghiệm và mô hình thay thế cho loại bài toán này chính là sân chơi của machine learning, đáng bắt đầu từ kịch bản ít rủi ro là “dùng dữ liệu làm mẫu lịch sử để suy ngược khuyến nghị thông số”. Ở tầng SaaS vẫn còn một khoảng trống chưa được lấp: hiện chưa có định dạng tiêu chuẩn để chứa thông tin “mẫu này được làm bằng những thông số nào”. Nếu gắn hồ sơ thông số, truy xuất lô và phép đo nghiệm thu thành một cấu trúc dữ liệu có thể trao đổi, chất lượng làm mẫu sẽ từ bí quyết riêng của từng xưởng trở thành một chỉ số có thể so sánh trong ngành. Câu hỏi còn bỏ ngỏ là các xưởng sẵn sàng công khai thông số sẽ giải quyết nỗi lo rò rỉ công nghệ như thế nào. Đây vừa là vấn đề kỹ thuật, vừa là vấn đề niềm tin thương mại

Hoten, Tontowi, Herianto (2027). Tối ưu hóa các thông số quy trình trong hệ thống in 3D đóng rắn UV mới phát triển cho composite in (nhựa UV/hạt HA). International Journal of Engineering. DOI: 10.5829/ije.2027.40.01a.16

gao y., Jiang Q., Liu Y. (2025). Một loại nhựa đóng rắn UV dùng cho in 3D, cho phép elastomer thay đổi màu liên tục. DOI: 10.2139/ssrn.5093607

Mizuno Y., Pardivala N., Tai B. (2018). Đóng rắn nhựa UV bằng phương pháp chiếu cho in 3D tự nâng đỡ. Manufacturing Letters. DOI: 10.1016/j.mfglet.2018.09.005

Cao C., Wang C., Zhao Z. (2019). Tối ưu hóa đặc tính đóng rắn của Si3N4 UV resin cho in 3D quang trùng hợp. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. DOI: 10.1088/1757-899x/678/1/012013

Bouchareb S., Doufnoune R. (2025). Ảnh hưởng của hậu đóng rắn UV đến tính chất cơ học của nhựa quang trùng hợp trong in 3D stereolithography. Materials Letters. DOI: 10.1016/j.matlet.2025.138587

Kang X., Li X., Li Y. và cộng sự (2021). In 3D liên tục bằng cách kiểm soát mức độ đóng rắn của polymer từ nhựa đóng rắn UV lai. Polymer. DOI: 10.1016/j.polymer.2021.124284