Sản phẩm mới

Chế tạo vật liệu in 3D sản xuất gốm sứ

Ý tưởng sáng tạo sinh viên

Chế tạo vật liệu in 3D sản xuất gốm sứ

Thùy Anh Thùy Anh - 09:16, 20/02/2024

Tạp chí Xây dựng - Bộ xây dựngTừ xa xưa, nghệ thuật tạo hình và trang trí trên gốm đã phản ánh rõ tâm tư, tình cảm, tín ngưỡng người Việt. Ngày nay, từ ý tưởng chế tác vật liệu in 3D đã đem đến dòng sản phẩm gốm mỹ nghệ trang trí với nhiều hình dạng độc đáo trên những kích thức khác nhau.

Gốm trong đời sống người Việt

Gốm sứ xưa là sản phẩm hàm chứa nội dung văn hoá, mỹ thuật trang trí dân tộc phong phú. Đó chính là một phần“đời sống” của người Việt.

Ngày nay, gốm sứ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng là sản phẩm trang trí trong các công trình kiến trúc. Gốm sứ đã trở thành một yếu tố không thể thiếu trong nhu cầu xây dựng và ổn định xã hội. Đặc biệt trong lĩnh vực trang trí nhà cửa, có thể là một chậu hoa lớn để trang trí phòng khách hoặc một bức tượng phú quý để tăng thêm sự sang trọng trong ngôi nhà thể hiện ước nguyện của gia chủ. Có lẽ, dù thế nào thì gốm sứ vẫn chiếm một phần không thể thiếu của cuộc sống người dân Việt Nam.

Ý tưởng nghiên cứu

Với những dòng sản phẩm gốm sứ có cấu trúc hình dáng phức tạp dường như khó có thể thực hiện bằng các phương pháp tạo hình truyền thống. Sản phẩm gốm in 3D cũng đã được nghiên cứu tại Việt Nam nhưng sản phẩm tạo ra mới là sản phẩm mộc chưa trải qua được quá trình sấy nung, bởi phối liệu không đảm bảo với công nghệ in 3D.

Nhóm sinh viên “Dream executor” khoa Vật liệu xây dựng Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã nghiên cứu tạo ra phối liệu phù hợp nhất cho công nghệ in 3D để sản phẩm sau khi nung sấy không còn bị nứt và hư hỏng. Đề tài nghiên cứu của nhóm đạt giải Ba - Ý tưởng nghiên cứu sinh viên và khởi nghiệp HUCE 2023.

In 3D gốm sứ là quy trình chuyển dịch công nghệ từ dây chuyền quy mô lớn thành dây chuyền công nghệ tập trung đáp ứng được các yêu cầu đặc thù của sản phẩm. Từ đây, công nghệ in 3D sẽ mang lại bước đột phá trong chế tạo các đồ vật, hiện thực hóa những ý tưởng thiết kế tưởng chừng không thể thực hiện, tạo ra các sản phẩm gốm sứ độc đáo có cấu trúc phức tạp. Công nghệ tạo mẫu nhanh giúp các doanh nghiệp, cá nhân có thể đưa các sáng kiến, ý tưởng của mình thành sản phẩm thực tế một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất. 

Sản phẩm trong ý tưởng

Chế tạo sản phẩm gốm mỹ nghệ và gốm dân dụng sử dụng phối liệu nghiên cứu từ đất sét, cao lanh, trường thạch, thạch anh và phụ gia khác trên thiết bị in 3D theo phương pháp ME: với kích thước sản phẩm dự kiến chế tạo lớn (kích thước tối thiểu là 400×400×400mm), nhóm nghiên cứu thực hiện chế tạo các bình hoa trang trí.

Các sản phẩm gốm mỹ nghệ ngoài việc kiểm tra ngoại quan các lỗi (nứt, rạn men, biến dạng, chất lượng bề mặt), còn được kiểm tra về kích thước, độ bền uốn trên cơ sở TCVN 6415-4:2016, hệ số giãn nở nhiệt trên cơ sở TCVN 6415-8:2016. Chế tạo sản phẩm đĩa trắng dị hình, các sản phẩm này được kiểm tra hình dạng sản phẩm sau nung, nứt, rạn men (ngoại quan), độ bóng bề mặt sản phẩm, độ trắng trên cơ sở TCVN 5691:2000, độ bền uốn của vật liệu sau nung dựa theo TCVN 6415-4:2016, hệ số giãn nở nhiệt trên cơ sở TCVN 6415-8:2016, độ hút nước dựa theo TCVN 6415-3:2016.

Để sản xuất gốm mỹ nghệ và một số loại gốm dân dụng nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp đùn - ME (material extrusion) để tạo mẫu là phương pháp dễ vận hành và chi phí thấp. In 3D gốm sứ theo phương pháp ME tạo mẫu theo cách đùn phối liệu thành dòng liệu liên tục theo từng lớp xếp chồng lên nhau tạo hình dạng sản phẩm, phương pháp này có nguyên lý tạo hình giống phương pháp ép đùn.

Tuy nhiên, phương pháp ép đùn thì các lớp liệu được dính kết với nhau thông qua lực đẩy của cánh vít hoặc pittong kết hợp với hút chân không phối liệu để tách khí và tăng độ liệu kết của phối liệu.

Phương pháp ME đơn thuần chỉ là rải các lớp liệu liên tục theo từng lớp, do đó phối liệu tạo hình theo phương pháp này phải có một số yêu cầu chung như: tính lưu biến của phối liệu tốt để đảm bảo dòng liệu đi qua đầu đùn một cách liên tục, đều đặn, không bị đứt dòng liệu; phối liệu có tính kết dính tốt để liên kết giữa các lớp liệu theo độ cao của sản phẩm được đảm bảo; động học hóa rắn phù hợp để các lớp liệu có thời gian dính kết với lớp liệu sau và sản phẩm không bị biến dạng do phải chịu tải trọng của chính bản thân sản phẩm; hàm lượng rắn cao giảm co ngót và nứt vỡ trong quá trình loại bỏ chất kết dính.

Quá trình sản xuất sản phẩm gốm sứ gồm: nguyên liệu, phụ gia, xây dựng đơn phối liệu, gia công phối liệu, kiểm tra thông số kỹ thuật; kiểm tra chất lượng, sấy, tráng men nung; tạo hình trên máy tính 3D.

Máy in 3D Scara V4.

Thiết kế tạo mẫu theo phương pháp đùn đắp ME, nhóm nghiên cứu chọn máy Scara V4 của hãng 3Dpotter - Mỹ, đây là dòng máy mới nhất của hãng và được nhập khẩu nguyên chiếc trong năm 2019. 

Hướng phát triển của sản phẩm: bình hoa, chậu hoa, đồ gia dụng, bát, đĩa, đồ décor, vật liệu xây dựng: gạch ốp, gạch lát, ngói, ...

Giá trị mang lại cho cộng đồng xã hội

Sản phẩm tạo ra từ máy in 3D giảm thiểu nhiều chất thải, tiết kiệm nguyên liệu giảm lãng phí tài nguyên, giảm nhân công thời gian công sức cho con người. Và mang đến các sản phẩm gốm sứ độc đáo, tinh xảo có tính thẩm mỹ cao nhưng vẫn đậm chất văn hóa truyền thống. Sản phẩm mang tính độc quyền cho những ai có sở thích độc lạ muốn sản phẩm theo yêu cầu mà không trùng lặp.

Các sản phẩm gốm sứ (mỹ nghệ, dân dụng,…) chế tác từ công nghệ in 3D, góp phần thúc đẩy đổi mới công nghệ sản xuất trong lĩnh vực gốm sứ, chế tạo ra các sản phẩm gốm sứ có chất lượng đồng đều tốt hơn, thời gian chế tạo nhanh hơn, có thể tạo ra các sản phẩm yêu cầu khắt khe về mặt hình dáng, kích thước. 

Ý kiến của bạn