Đây là một quy trình gia công phi truyền thống, còn được gọi là sản xuất gia tăng, tạo hình nhanh, là một công nghệ sản xuất tiên tiến kết hợp quang học/cơ khí/điện tử, máy tính, điều khiển số và vật liệu mới, đã phát triển trong lĩnh vực sản xuất tiên tiến trên toàn cầu trong gần 30 năm qua. Khác với sản xuất truyền thống sử dụng phương pháp trừ đi vật liệu, in 3D tuân theo quy tắc cộng thêm, tức là bằng cách xếp chồng từng lớp vật liệu rời rạc như bột, chất lỏng, mảnh vụn, v.v. để "tự nhiên phát triển" thành vật thể ba chiều, sau đó biến vật thể ba chiều thành một số mặt phẳng hai chiều, giúp giảm đáng kể độ phức tạp của quá trình sản xuất. Chỉ cần thiết kế mô hình cấu trúc trên máy tính, thiết kế có thể nhanh chóng biến thành vật thể thực tế mà không cần dụng cụ cắt, khuôn mẫu và quy trình gia công phức tạp. Công nghệ in 3D đặc biệt thích hợp cho sản xuất nhanh các bộ phận có số lượng nhỏ, cấu trúc không đối xứng, nhiều bề mặt cong và cấu trúc nội dung (như cánh quạt rỗng của động cơ hàng không, bộ phận phục hồi xương người, đường ống làm mát theo hình dạng) trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, vũ khí, y sinh, khuôn mẫu, v.v., rất phù hợp với xu hướng phát triển của sản xuất công nghiệp hiện đại và tương lai.

　　Từ đầu năm nay, cuộc thảo luận về cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba đã đạt đến đỉnh điểm. Học giả người Mỹ Jeremy Rifkin cho rằng, sự kết hợp giữa internet và năng lượng mới sẽ tạo ra một cuộc cách mạng công nghiệp mới - đây sẽ là cuộc cách mạng thứ ba của loài người sau động cơ hơi nước vào thế kỷ 19 và điện khí hóa vào thế kỷ 20. Tạp chí The Economist của Anh cũng chỉ ra rằng, công nghệ in 3D có tiềm năng thị trường rất lớn, chắc chắn sẽ trở thành một trong những đột phá dẫn dắt xu hướng sản xuất trong tương lai. Những đột phá này sẽ khiến các nhà máy hoàn toàn từ bỏ các công cụ truyền thống như máy tiện, máy khoan, máy dập, máy làm khuôn, thay vào đó là phần mềm máy tính linh hoạt hơn, đây chính là dấu hiệu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba. Theo số liệu thống kê, tổng giá trị sản xuất của ngành in 3D trong năm 2010 đạt 1,325 tỷ USD, tăng 24,11% so với năm trước. Năm 2011, doanh thu toàn cầu đạt 1,7 tỷ USD, tăng 29,41% so với năm trước. Dự kiến năm 2012 sẽ đạt 2,1 tỷ USD, năm 2015 đạt 3,7 tỷ USD và năm 2019 đạt 6,5 tỷ USD.

　　Ý tưởng sản xuất cốt lõi của công nghệ in 3D có nguồn gốc từ cuối thế kỷ 19 tại Mỹ, nhưng phải đến cuối thập niên 1980, công nghệ này mới phát triển hoàn thiện và được ứng dụng rộng rãi. Hiện nay, ngành công nghiệp in 3D tại Mỹ, Nhật Bản, Đức và một số quốc gia khác đã phát triển tương đối mạnh mẽ. Tại Trung Quốc, có rất ít tổ chức nghiên cứu công nghệ in 3D, và số lượng doanh nghiệp ứng dụng và công nghiệp hóa công nghệ in 3D còn ít hơn nữa. Công ty TNHH Hệ thống tự động hóa Longyuan Bắc Kinh là doanh nghiệp in 3D đầu tiên ở Trung Quốc, ra đời cùng với việc thực hiện Kế hoạch nghiên cứu và phát triển công nghệ cao quốc gia vào những năm 1990. Được thành lập vào năm 1994, Công ty TNHH Hệ thống tự động hóa Longyuan Bắc Kinh có vốn đăng ký 17 triệu nhân dân tệ. Ngay trong năm thành lập, công ty đã phát triển thành công thiết bị tạo hình nhanh SLS đầu tiên của Trung Quốc - AFS-360, sau đó tập trung phát triển máy tạo hình nhanh bằng công nghệ nung kết bột laser chọn lọc (SLS, Selective Laser Sintering), đồng thời cam kết cung cấp dịch vụ gia công ứng dụng nguyên mẫu nhanh. Hiện nay, công ty có các đối tác trên khắp cả nước, bao gồm nhiều viện nghiên cứu trong nước và các doanh nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất ô tô.

　　Kỹ sư trưởng Feng Tao, tốt nghiệp Đại học Thanh Hoa, từng làm việc tại Viện Nghiên cứu Vật liệu Polymer của Đại học Thanh Hoa, có kinh nghiệm lý thuyết và thực tiễn phong phú về vật liệu polymer và quang học laser, là một trong những người đầu tiên ở Trung Quốc tham gia vào lĩnh vực này.Một trong những chuyên gia hàng đầu về nghiên cứu công nghệ. Ông có kiến thức sâu rộng về ứng dụng và vật liệu của công nghệ in 3D. Ngay từ năm 1995, ông đã đề xuất việc áp dụng SLS vào...So với các công nghệ in 3D khác, ưu điểm nổi bật nhất của SLS là có thể sử dụng nhiều loại vật liệu đúc khác nhau. Về mặt lý thuyết, bất kỳ vật liệu bột nào có thể tạo ra liên kết giữa các nguyên tử sau khi được nung nóng đều có thể được sử dụng làm vật liệu đúc SLS. Hiện nay, các vật liệu có thể đúc thành công bằng SLS bao gồm sáp parafin, polymer, kim loại, bột gốm và các vật liệu bột hỗn hợp của chúng. SLS có nhiều loại vật liệu đúc, tiết kiệm nguyên liệu, phân bố tính năng của các bộ phận đúc rộng rãi, cộng với việc SLS không cần thiết kế và sản xuất hệ thống hỗ trợ phức tạp, phù hợp với nhiều mục đích sử dụng. Dưới sự dẫn dắt của ông, Beijing Longyuan đã lần lượt phát triển thành công các phương pháp sản xuất phức tạp như đúc khuôn nóng chảy, khuôn ép sáp và khuôn đúc, cũng như phương pháp ứng dụng bột polystyrene và vật liệu tổng hợp trong in 3D.

　　Về vật liệu định hình của SLS, Feng Tao đã giải thích chi tiết từng loại.

　　Polystyrene là một trong những loại nhựa được công nghiệp hóa sớm nhất, thuộc loại polymer vô định hình. Nó có nhiệt dung riêng thấp, tốc độ nóng chảy và đông cứng nhanh, độ nhớt của chất lỏng ở mức trung bình, đồng thời có tính lưu động và ổn định nhiệt tốt, thuận lợi cho...Polystyrene không có điểm nóng chảy rõ rệt, phạm vi nhiệt độ nóng chảy khá rộng, bắt đầu mềm ở khoảng 95℃, trở thành chất lỏng ở nhiệt độ từ 120℃ đến 180℃, bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ trên 300℃, giải phóng khí, và phân hủy mạnh ở nhiệt độ trên 380℃. Polystyrene có thể nóng chảy và kết dính khi được nung nóng, sau khi nguội có thể đông cứng và định hình, hơn nữa vật liệu này có độ hút ẩm thấp, sau khi ngâm nhựa, các bộ phận định hình có thể tăng cường độ hơn nữa, các chỉ số tính năng chính có thể đạt độ bền kéo ≥15MPa, độ bền uốn ≥33MPa, độ bền va đập ≥3MPa, có thể sử dụng làm bộ phận nguyên mẫu hoặc bộ phận chức năng, cũng có thể sử dụng làm khuôn mẫu cho đúc khuôn mất.

　　Gốm sứ là một loại vật liệu kết cấu quan trọng, có các ưu điểm như độ bền cao, độ cứng cao, chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn, được ứng dụng rộng rãi trong cả lĩnh vực công nghiệp truyền thống và lĩnh vực công nghệ cao mới nổi. Tuy nhiên, các ưu điểm vốn có của gốm sứ như độ bền cao, độ cứng cao cũng đồng thời gây ra nhiều khó khăn trong quá trình định hình và gia công các chi tiết gốm sứ, do đó bột gốm sứ rất khó được nung kết trực tiếp bằng công nghệ SLS. Để giải quyết vấn đề này, phương pháp thường được sử dụng là thêm chất kết dính hữu cơ, chất kết dính vô cơ và chất kết dính kim loại. Công ty Beijing Longyuan đã đề xuất phương pháp sử dụng bột Si3N4 (nitơ silic, thành phần chính của một loại gốm mới) làm nguyên liệu, sử dụng SLS để chế tạo rotor gốm α-SiAlON meso. Cụ thể là bề mặt bột Si3N4 được phủ hai lớp vô cơ và hữu cơ để biến tính, từ đó tạo ra phôi. Phôi được chế tạo bằng cách phủ chất kết dính lên bột nổi tiếng này có độ bền cao hơn phôi được chế tạo bằng cách trộn chất kết dính với gốm, đồng thời sản phẩm cuối cùng có độ chính xác hình dạng và tính chất cơ học tốt hơn.

　　Bột kim loại có thể được sử dụng để tạo hình các bộ phận bằng cách nung kết trực tiếp kim loại có điểm nóng chảy cao, điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với việc ứng dụng rộng rãi công nghệ in 3D trong sản xuất các bộ phận có độ bền cao mà phương pháp gia công cắt truyền thống khó có thể tạo ra. Feng Tao cho rằng, hướng nghiên cứu của công nghệ đúc SLS trong lĩnh vực vật liệu kim loại nên là đúc các bộ phận kim loại hệ thống đơn vị, đúc các bộ phận hợp kim đa nguyên tố, đúc bằng laser các vật liệu kim loại tiên tiến như vật liệu nano kim loại, hợp kim kim loại vô định hình, v.v., đặc biệt thích hợp cho việc đúc các bộ phận vi mô bằng vật liệu hợp kim cứng. Ngoài ra, dựa trên chức năng cụ thể và yêu cầu kinh tế của các bộ phận, có thể đúc các bộ phận có độ dốc chức năng và độ dốc cấu trúc.

　　Cát phủ màng được sản xuất bằng cách sử dụng nhựa nhiệt rắn như nhựa phenolic kết hợp với cát zirconium và cát thạch anh. Sản phẩm nguyên mẫu được sản xuất bằng phương pháp nung chảy laser có thể được sử dụng trực tiếp làm khuôn cát (lõi) để đúc các bộ phận kim loại. Trong đó, cát zirconium có tính năng đúc tốt hơn, đặc biệt phù hợp cho việc đúc các hợp kim màu có hình dạng phức tạp như magiê, nhôm, v.v. Có hai phương pháp trộn cát khuôn với vật liệu polymer có điểm nóng chảy thấp: một là trộn cơ học, hai là nung chảy vật liệu polymer, đổ cát khuôn vào, khuấy đều để bề mặt cát khuôn được phủ một lớp vật liệu polymer. Do cát phủ có tính năng nung kết tốt, nên thường được sử dụng trong ngành sản xuất ô tô và hàng không.

　　Ngoài ra, hiện tại, Beijing Longyuan có thể thành công trong việc gia công định hình SLS các vật liệu như sáp paraffin, nhựa và các vật liệu composite bột mới khác. SLS có nhiều loại vật liệu định hình, tiết kiệm nguyên liệu, phân bố rộng rãi các tính năng của các bộ phận định hình, cộng với việc SLS không cần thiết kế và sản xuất hệ thống hỗ trợ phức tạp, phù hợp với nhiều mục đích sử dụng.

　　Công nghệ in 3D hiện đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, vũ khí, ô tô và xe đua, điện tử, y sinh học, nha khoa, trang sức, trò chơi, hàng tiêu dùng và hàng ngày, thực phẩm, xây dựng, giáo dục, v.v. Có thể dự đoán rằng công nghệ này sẽ ngày càng hướng tới sản xuất hàng tiêu dùng hàng ngày, sản xuất các bộ phận chức năng và sản xuất tích hợp tổ chức và cấu trúc. Sau 19 năm khám phá và đổi mới, Beijing Longyuan đã trở thành công ty hàng đầu ở Trung Quốc trong việc ứng dụng công nghệ in 3D và đã có những đóng góp nổi bật cho sự phát triển của ngành hàng không vũ trụ, ô tô, v.v. ở Trung Quốc.

　　Hàng không vũ trụ: Sản phẩm hàng không vũ trụ có đặc điểm là hình dạng phức tạp, số lượng nhỏ, sự khác biệt lớn về thông số kỹ thuật của các bộ phận và yêu cầu cao về độ tin cậy. Quá trình hoàn thiện sản phẩm là một quá trình phức tạp và chính xác, thường đòi hỏi nhiều lần thiết kế, thử nghiệm và cải tiến, tốn kém và mất nhiều thời gian, khiến các phương pháp truyền thống khó có thể sản xuất. Do đó, công nghệ in 3D với các phương pháp công nghệ linh hoạt và đa dạng cùng ưu thế kỹ thuật của mình có triển vọng ứng dụng độc đáo trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm hàng không vũ trụ hiện đại. Dựa trên lợi thế công nghệ của mình, Beijing Longyuan cung cấp cho các ngành hàng không vũ trụ và các doanh nghiệp sản xuất máy bay của Trung Quốc các dịch vụ sản xuất và cung cấp các bộ phận máy bay như động cơ trực thăng, thân trực thăng, bơm bánh răng, khung titan, ống xả (chiều cao tối đa đạt 2800mm), bộ phận treo máy bay, vỏ bánh đà và các bộ phận máy bay khác: Năm 1996, máy in 3D SLS thương mại đầu tiên được bán cho Viện nghiên cứu vật liệu hàng không Bắc Kinh và được ứng dụng thành công trong phát triển sản phẩm hàng không quân sự mới; Năm 1999, thiết bị thương mại thế hệ thứ hai AFS-320 được đưa ra thị trường thành công. Ứng dụng tạo hình nhanh dần được triển khai, tham gia hoàn thành một số nhiệm vụ phát triển và nghiên cứu các dự án hàng không vũ trụ trọng điểm quốc gia, như: động cơ oxy lỏng-kerosene và oxy lỏng-hydro lỏng dùng cho tên lửa đẩy lớn, khung con quay vệ tinh, v.v.

　　Công nghiệp quân sự: So với công nghệ sản xuất truyền thống, công nghệ in 3D có những đặc điểm như đơn giản, dễ vận hành, đặc biệt là trong việc gia công một số vật liệu mới, hiệu quả càng nổi bật. Ví dụ, hợp kim nhôm luôn là vật liệu kết cấu kim loại được ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp quân sự. Hợp kim nhôm có mật độ thấp, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt, chịu được nhiệt độ cao, v.v. Là vật liệu cấu trúc, do tính chất gia công tốt, nó có thể được chế tạo thành các loại hình dạng, ống, tấm thép cao cấp, v.v. để phát huy hết tiềm năng của vật liệu, nâng cao độ cứng của cấu trúc. Do đó, hợp kim nhôm là vật liệu cấu trúc nhẹ được ưa chuộng nhất để chế tạo vũ khí nhẹ. Bắc Kinh Longyuan đã sử dụng công nghệ in 3D để tham gia hoàn thành nhiều nhiệm vụ phát triển và nghiên cứu các dự án quan trọng của ngành công nghiệp quân sự quốc gia, chẳng hạn như: bộ tăng áp cho xe tăng mới JS-II, vỏ kính quan sát của thiết bị dẫn đường hồng ngoại, v.v., từ đó thúc đẩy hơn nữa sự phát triển của ngành công nghiệp quân sự Trung Quốc.

　　Sản xuất ô tô: Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Trung Quốc, sản lượng ô tô tăng trưởng nhanh chóng, một số bộ phận quan trọng ngày càng trở nên phức tạp, cỡ lớn và nhẹ hơn, điều này đòi hỏi phải thực hiện sản xuất tổng thể và tích hợp các bộ phận. Trong khi đó, quy trình truyền thống sử dụng khuôn để đúc cát khiến khuôn ngày càng phức tạp, số lượng khối hoạt động cũng tăng lên nhanh chóng, những yếu tố này ở một mức độ nhất định đã hạn chế sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Trung Quốc. Tại Trung Quốc, đội ngũ kỹ thuật của Beijing Longyuan, công ty dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ in 3D trong nước, đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực sản xuất động cơ ô tô. SLS là công nghệ sử dụng nhiệt từ tia laser hồng ngoại để nung chảy vật liệu nhiệt dẻo để tạo thành các bộ phận ba chiều. Đặc điểm nổi bật nhất của công nghệ này là quá trình đúc không phụ thuộc vào mức độ phức tạp, do đó đặc biệt phù hợp với các bộ phận có cấu trúc bên trong cực kỳ phức tạp như thân động cơ, nắp động cơ, ống nạp và ống xả. Ngoài ra, công nghệ SLS có thể đúc nhiều loại vật liệu, đặc biệt là có thể đúc bằng cát nhựa đúc và vật liệu khuôn đúc có thể biến mất, do đó, có thể kết hợp với công nghệ đúc để đúc nhanh các bộ phận động cơ. Sự kết hợp giữa công nghệ SLS và công nghệ đúc đã tạo ra công nghệ đúc nhanh, có thể ứng dụng hiệu quả trong giai đoạn thiết kế và phát triển động cơ để sản xuất nhanh các mẫu thử nghiệm. Công nghệ này phù hợp với sản xuất thử nghiệm và sản xuất hàng loạt nhỏ, có thể nhanh chóng đáp ứng nhu cầu thị trường và cung cấp sản phẩm hàng loạt nhỏ để kiểm tra và thử nghiệm, giúp đảm bảo tốc độ phát triển sản phẩm. Quá trình đúc có thể kiểm soát được, có thể sửa đổi ngay lập tức với chi phí thấp trong giai đoạn thiết kế và phát triển để kiểm tra thiết kế hoặc cung cấp mô hình lắp ráp. Công nghệ này giúp nâng cao chất lượng phát triển sản phẩm, sự đa dạng của nguyên liệu đúc nhanh cung cấp các kết hợp công nghệ khác nhau trong giai đoạn phát triển sản phẩm. Do nguyên liệu SLS được sản xuất trong nước và quy trình đúc có thể kết hợp hữu cơ với công nghệ truyền thống, giúp giảm chi phí phát triển, sự nhanh chóng của quy trình kết hợp hỗ trợ tăng tần suất cập nhật sản phẩm, giúp thúc đẩy sản phẩm sớm ra thị trường.

　　Beijing Longyuan sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất các bộ phận như khối động cơ, nắp xi-lanh, vỏ hộp số cho các nhà sản xuất ô tô. Công nghệ này không chỉ mang lại tốc độ sản xuất nhanh mà còn đảm bảo độ chính xác cao, từ đó giúp quá trình sản xuất các bộ phận phức tạp của ô tô trở nên số hóa, chính xác, linh hoạt và thân thiện với môi trường. Hiện nay, công nghệ này đã được áp dụng rộng rãi trong các động cơ của nhiều loại tàu cao tốc, tàu điện và tàu điện ngầm trong nước.。

　　Y học sinh học: Hiện nay, công nghệ in 3D cũng được ứng dụng trong lĩnh vực y học sinh học, bao gồm xương, răng, gan nhân tạo, mạch máu nhân tạo, sản xuất thuốc, v.v. Beijing Longyuan hợp tác với Bệnh viện Nha khoa Đại học Bắc Kinh, bệnh viện nha khoa sẽ xử lý dữ liệu quét CT của bệnh nhân từ trạm làm việc CT bằng phần mềm Magics, sau đó truyền dữ liệu đến máy tính cá nhân, ghi lại và lưu trữ theo định dạng tiêu chuẩn (định dạng Dicom), rồi cung cấp cho Longyuan. Dựa trên đó, Longyuan đã phát triển và chế tạo máy tạo hình nhanh AFS-320. Thiết bị này sử dụngPhương pháp này sử dụng bột polystyrene làm nguyên liệu để tạo ra mô hình thực thể, có thể áp dụng trong điều trị các triệu chứng như tăng sinh bất thường xương hàm trên trong nha khoa, và đã đạt được hiệu quả điều trị tốt. Đồng thời, trong điều trị gãy xương hàm trên và cung hàm trên cũ, kết quả ứng dụng lâm sàng cho thấy hiệu quả điều trị tốt. Hiện tại, Longyuan đã có một hướng đi mới trong lĩnh vực y tế, đó là giải pháp tạo hình và sản xuất nhanh chuyên nghiệp trong lĩnh vực nha khoa: sử dụng phần mềm CAD chuyên dụng để thiết kế CAD răng giả, bao gồm thiết kế 3D cho chân răng, mão răng, cầu răng, mão răng, veneer răng, răng giả, v.v. Với thiết kế CAD, việc tạo hình và sản xuất nhanh răng giả có thể được tự động hóa, mang lại hiệu quả cao, tiêu thụ ít vật liệu và chi phí thấp.

　　Hiện nay, Trung Quốc đã bước vào giai đoạn quan trọng trong việc xây dựng một xã hội khá giả toàn diện, đồng thời cũng là giai đoạn khó khăn trong việc đẩy mạnh cải cách và mở cửa, đẩy nhanh quá trình chuyển đổi mô hình phát triển kinh tế. Công nghệ in 3D có triển vọng thị trường rộng lớn, tiêu thụ tài nguyên thấp, hệ số thúc đẩy lớn, tạo ra nhiều cơ hội việc làm, hiệu quả tổng hợp tốt và một loạt các lợi thế chiến lược khác. Trên cơ sở đó, công nghệ này có thể nuôi dưỡng một loạt các cụm công nghiệp chiến lược mới nổi, góp phần thúc đẩy nâng cấp một số cụm công nghiệp trọng điểm. Chúng tôi tin tưởng rằng, với tư cách là công ty phát triển ngành công nghiệp in 3D sớm nhất ở Trung Quốc, Beijing Longyuan sẽ tiếp tục dẫn đầu và tiến bước vững chắc trong sự phát triển tương lai của ngành công nghiệp in 3D ở Trung Quốc nhờ công nghệ tiên tiến, quản lý chuẩn mực, dịch vụ hoàn hảo và sự đổi mới liên tục.