Công nghệ in 3D bắt đầu phát triển từ cuối những năm 1980 và đã được sử dụng rộng rãi để tạo ra các mẫu sản phẩm. Máy in 3D đầu tiên được Chuck Hull sáng tạo ra với kỹ thuật có tên gọi là stereolithography. Tuy vậy, in 3D hiện vẫn được coi là công nghệ mới bởi tốc độ phát phát triển nhanh chóng và thực sự bước vào thị trường tiêu dùng trên toàn thế giới. Nhiều lĩnh vực, ngành công nghiệp từ xe hơi, không gian vũ trụ, y tế, xây dựng đến công nghiệp da giầy và nữ trang…đã ứng dụng công nghệ in 3D để tạo ra sản phẩm. Như vậy, chúng ta hoàn toàn tin tưởng rằng, không lâu nữa các hộ gia đình am hiểu về công nghệ cũng có thể mua máy in 3D, cho phép họ sản xuất ra bất cứ gì họ muốn. Không nằm ngoài xu thế công nghệ này, ở Việt Nam công nghệ in 3D cũng đã trở nên phổ biến trong khoảng 3-4 năm trở lại đây. Nhu cầu sản phẩm in 3D ngày càng tăng, từ việc tạo ra những mô hình công trình thu nhỏ, những chi tiết máy để thử nghiệm trước khi sản xuất hàng loạt cho đến việc tạo ra một mảnh hộp sọ trong phẫu thuật y khoa đã được áp dụng. Các nhà khoa học trong nước bước đầu thành công trong việc làm chủ công nghệ chế tạo máy in 3D hiện đại. Tất cả những điều trên cho thấy chúng ta không hề chậm chân trong thị trường công nghệ giàu tiềm năng này. Thị trường in 3D đang phát triển mạnh, giá thành ngày càng hạ và đi sâu vào các mặt đời sống xã hội của con người. Sau đây là một số nội dung làm rõ hơn công nghệ in 3D là gì? nó hoạt động như thế nào và tại sao người ta lại nghĩ công nghệ in 3D sẽ tạo nên một cuộc cách mạng trong sản xuất hàng hóa. 1. Công nghệ in 3D là gì? Có rất nhiều khái niệm về in 3D, nhưng chúng ta có thể hiểu công nghệ in 3D là một quá trình sản xuất trong đó các chất liệu (nhựa, kim loại hay bất kỳ loại chất liệu nào) được xếp từng lớp, từng lớp để tạo thành một vật thể 3 chiều. Máy in 3D sẽ sử dụng nhiều giải pháp kỹ thuật và vật liệu để biến các file kỹ thuật số 3 chiều thành các vật thể thông qua các chương trình thiết kế trên máy tính hoặc từ một máy quét 3D. Như vậy, máy in 3D tất nhiên không giống như những chiếc máy in tài liệu hay máy photocopy chỉ in được 2 chiều, song nó vẫn là “máy in” và nó “in” ra các loại hàng hóa, vật thể khác nhau tùy theo ý muốn, sở thích của người dùng. Nói tóm lại, máy in 3D có thể xây dựng các vật thể từ một file 3D bằng các chất liệu khác nhau. 2. Qui trình và một số phương pháp công nghệ in 3D phổ biến hiện nay 2.1. Qui trình thiết kế và in 3D Sản phẩm in 3D được hình thành từ 2 qui trình công nghệ thiết kế thuận (Forward Enginering) và thiết kế ngược (Reverse Enginering). Các bước cụ thể của hai qui trình được thể hiện như sau:  Trong đó: - CAD (Computer Aided design) là thiết kế bằng sự hỗ trợ của phần mềm máy tính. - CAM (Computer Aided Manufacturing) là công nghệ ứng dụng sử dụng phần mềm máy tính và máy móc để tạo điều kiện và tự động hóa quy trình sản xuất. - CNC (Computer Numeric Control) là một loại máy điều khiển công cụ. - CAE (Computer Aided Engineering) là công nghệ liên quan đến việc sử dụng hệ thống máy tính để phân tích đối tượng hình học CAD, cho phép người thiết kế mô phỏng và nghiên cứu cách ứng xử của sản phẩm từ đó, có thể tinh chỉnh và tối ưu hóa sản phẩm. - CAPP (Computer Aided Production Planning) là công nghệ hỗ trợ lập kế hoạch sản xuất. 2.2. Một số phương pháp công nghệ in 3D phổ biến hiện nay Có rất nhiều phương pháp công nghệ in 3D và máy in 3D cũng rất đa dạng, mỗi công nghệ lại xử lý các loại vật liệu khác nhau theo các kỹ thuật khác nhau. Các loại vật liệu phổ biến được sử dụng trong ứng dụng sản xuất, chế tác nguyên mẫu công nghiệp có thể kể đến như: nhựa, kim loại, ceramics và cát. Hiện nay, nhiều nghiên cứu về vật liệu mới đang được tiến hành và không ngừng phát triển, ví dụ như: vật liệu sinh học, ni lông hay các loại thực phẩm. Tuy nhiên, nhựa vẫn là loại vật liệu duy nhất được sử dụng rộng rãi - thường là vật liệu ABS hoặc PLA. Như vậy, mỗi một loại máy in 3D lại chứa đựng một công nghệ riêng qua đó tương thích với các vật liệu khác nhau theo các kỹ thuật khác nhau. Vậy nên khi lựa chọn hoặc khi bắt tay vào sử dụng công nghệ này, chúng ta cần phải hiểu một trong những giới hạn cơ bản nhất của công nghệ in 3D đó là vật liệu và ứng dụng từng loại máy cho từng lĩnh vực, nhu cầu khác nhau. Ví dụ, một số phương pháp in 3D sử dụng vật liệu bột (nylon, nhựa, ceramic, kim loại). Máy in sẽ điều chỉnh nguồn sáng/ nguồn nhiệt để thiêu kết/ làm hóa lỏng hay hòa trộn các lớp bột với nhau để tạo thành một hình dạng xác định. Một số phương pháp khác thì sử dụng vật liệu nhựa lỏng polymer, điều chỉnh ánh sáng/ laser để làm rắn hóa nhựa thành các lớp siêu mỏng. Phun các giọt vật liệu cũng là một phương pháp in 3D, gợi nhớ đến máy in phun 2D thông thường (2D inkjet printing), nhưng tất nhiên là với vật liệu đặc biệt để in và các chất kết dính để liên kết các lớp với nhau. Có lẽ, phương pháp xử lý dễ được nhận diện và phổ thông nhất đó chính là phương pháp lắng đọng (deposition)/nung chảy, đây cũng là phương pháp được sử dụng đa số trong các máy in 3D cấp độ sơ cấp. Phương pháp này đùn vật liệu nhựa, thường là PLA hoặc ABS, thông qua một đầu nhiệt (từ vật liệu gốc dạng sợi) để tạo thành các lớp và tạo thành hình dạng đã xác định trước. Sau đây là một số phương pháp công nghệ in 3D đặc trưng đã được ứng dụng và thương mại hóa trên thế giới. 2.2.1. Phương pháp in 3D-FDM (Fused Deposition Modeling) Công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM (Fused Deposition Modeling) hay có tên gọi khác là FFF được phát triển bởi Scott Crump, và thương mại hóa từ năm 1991. Công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM có thể tạo ra những sản phẩm phức tạp mà các công nghệ tạo hình truyền thống không làm được. Công nghệ 3D-FDM sử dụng vật liệu dưới dạng chảy dẻo được đùn ra từ một đầu ép phun điều khiển CNC để tạo nên một mặt cắt của mẫu. Nguyên liệu sử dụng ở đây là nhựa nhiệt dẻo, kim loại eutectic, vật liệu ăn được, Cao su, Mô hình đất sét, Plasticine, Sét kim loại (kể cả Đất sét kim loại quý). Nhược điểm sản phẩm in 3D với công nghệ FDM thường chỉ được dùng để làm sản phẩm mẫu, chưa đủ để làm thành sản phẩm thương mại với số lượng nhiều.  2.2.2. Phương pháp in 3D-SLA (Stereolithography) Công nghệ in 3D-SLA (Stereolithography) do Chuck Hull sáng chế vào năm 1986. Nhờ cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 công nghệ in 3D-SLA đang được phổ biến một cách rộng rãi và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau tạo ra xu thế mới cho ngành công nghiệp in 3D. Stereolithography là một phương pháp sản xuất các vật thể rắn, các mô hình, nguyên mẫu bằng cách polymer hóa bằng ánh sáng. Quá trình in từng lớp nhựa theo mặt cắt ngang sẽ được chùm tia laser cực tím chiếu theo mô hình và photopolymer “nhựa”. Polymer có thể được làm cứng thông qua một quá trình hóa học hoặc bằng cách nung nóng để tạo liên kết chéo của các chuỗi polymer mà còn được gọi là lưu hóa. Nguyên liệu sử dụng ở đây là chất dẻo nhạy ánh sáng.  2.2.3. Phương pháp in 3D-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 này dựa trên nguyên lý thiêu kết làm nóng chảy vật liệu bột bằng chùm laser CO2. Khi nung nóng các hạt bột bằng tia laser sẽ xảy ra hiện tượng thiêu kết (sintering) tức là hiện tượng ở chỗ các hạt tiếp xúc nhau nhận nhiệt lượng của các tia laser chiếu tới nên các nguyên tử khuyếch tán vào nhau tạo ra liên kết giữa các hạt.  2.2.4. Phương pháp in 3D-SLM (Selective Laser Melting) Phương pháp in 3D-SLM xuất hiện từ năm 1995 do các nhà khoa học ở Viện Fraunhofer (Đức) sáng tạo ra. Có khi người ta cho rằng đây cũng chỉ là phương pháp laser thiêu kết chọn lọc SLS nâng cao, nhưng đa số các nhà khoa học nhận định hiện tượng vật lý cơ bản ở đây là nóng chảy rất khác với hiện tượng thiêu kết do đó nó có tên riêng là phương pháp nóng chảy chọn lọc SLM.  2.2.5. Phương pháp in 3D-EBM (Electron Beam Melting) Kỹ thuật in 3D bằng phương pháp nóng chảy nhờ chùm tia điện tử được phát triển bởi công ty Arcam của Thụy Điển. Để sử dụng được chùm tia điện từ này môi trường gia công cần thiết phải được đặt trong điều kiện chân không. Vật liệu chủ yếu được dùng trong phương pháp này là kim loại.  Phương pháp EBM cho phép tạo nên các chi tiết, sản phẩm với mật độ cao và sử dụng được nhiều loại hợp kim kim loại khác nhau, cho phép tạo ra các sản phẩm thích hợp với môi trường y tế. Thêm vào đó, nhiều ngành công nghệ cao khác như công nghệ không gian, xe hơi cũng đang coi công nghệ EBM như một nền tảng cho việc gia công của tương lai. Ưu điểm của phương pháp này là hoàn toàn an toàn và thân thiện với môi trường. Nhược điểm của nó đó là khó sản xuất các chi tiết phức tạp và kích thước của chi tiết bị giới hạn trong kích thước của nguyên liệu ban đầu. 2.2.6. Phương pháp in 3D-BJ (Binder Jetting) Đây là công nghệ in 3D được nghiên cứu và phát minh tại MIT. Công nghệ in dạng này hay còn gọi là ‘in bằng chất kết dính’. Đây là loại máy tạo mẫu nhanh làm việc với các loại vật liệu: thạch cao, giấy gốm, kim loại, cát hoặc vật liệu nhựa.  2.2.7. Phương pháp in 3D-LOM (Laminated Object Manufacturing) Phương pháp chế tác vật từ lá LOM do hãng Helisys ở Torrance (California, Mỹ) sáng tạo ra và máy in 3D kiểu LOM được bán ra thị trường từ năm 1991. Vật được chế tác theo công nghệ in 3D kiểu này bao gồm nhiều lớp mỏng chồng lên nhau, dán chặt với nhau. Mỗi lớp vật liệu được cắt từ lá vật liệu theo hình dáng kích thước của lớp cắt tương ứng của vật.  2.2.8. Phương pháp in 3D-PolyJet Công nghệ in 3D Polyjet là một phương pháp chế in bổi đắp hiện đại có khả năng tạo ra các mẫu với bề mặt nhẵn và độ chính xác cao. Với độ dày mỗi lớp in đạt 16 micron và độ chính xác đạt 0.1mm, nó có thể tạo ra các mẫu có các thành mỏng và hình dạng phức tạp với các vật liệu đa dạng.Quá trình hoạt động của công nghệ in 3D Polyjet tương tự như quá trình in phun mực thông thường nhưng thay vì phun mực in trên giấy, các máy in 3D công nghệ Polyjet phun các lớp vật liệu dạng lỏng một khay tạo mẫu. Công nghệ in 3D Polyjet đem lại hàng loạt các ưu điểm cho quá trình tạo mẫu nhanh và các quá trình sản xuất các bộ phận sản phẩm bao gồm in mẫu độ chính xác cao, bề mặt mẫu phẳng, in tốc độ nhanh.  3. Tình hình ứng dụng công nghệ in 3D ở Việt Nam Công nghệ in 3d ở nước ta bắt đầu có từ khoảng năm 2003, tuy nhiên do giá thành còn cao nên vẫn chưa được ứng dụng nhiều, chủ yếu dùng trong công tác nghiên cứu. Làn sóng phát triển mạnh mẽ của công nghệ in 3D trên toàn thế giới đã nhanh chóng xâm nhập vào thị trường Việt Nam. Hiện nay, công nghệ này đã được ứng dụng phổ biến hơn trong rất nhiều lĩnh vực từ kiến trúc, xây dựng, thời trang, mỹ thuật, y học, thẩm mỹ, giáo dục đến các ngành công nghiệp sản xuất. In 3D đang thu hút được rất nhiều sự quan tâm, ứng dụng vào quy trình sản xuất của các doanh nghiệp lớn nhỏ trong và ngoài nước. Gần đây, bắt đầu xuất hiện các thiết bị máy in 3D made in Việt Nam và dần khẳng định vị trí của mình nhờ chất lượng không thua kém hàng nước ngoài nhưng có giá cả hết sức cạnh tranh. Ví dụ về một ứng dụng cụ thể, nổi bật của công nghệ in 3d tại Việt Nam trong thời gian gần đây là đã vá được đầu người bằng hộp sọ nhân tạo in 3D từ methyl methacrylate. Như vậy có thể nói ở Việt Nam hiện tại, công nghệ in 3D và máy in 3D không còn là một khái niệm quá xa lạ với những người theo đuổi công nghệ. Tại các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố HCM, Đà Nẵng… rất nhiều doanh nghiệp kinh doanh in 3D và phân phối máy in 3D. Đặc biệt Việt Nam đã sản xuất được máy in 3D độ chính xác cao và giá cả thấp hơn rất nhiều so với sản phẩm cùng loại của nước ngoài.  4. Tiềm năng ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực bản đồ Lịch sử ghi nhận mô hình bản đồ 3D đầu tiên được xây dựng trong thời nhà Tần hơn 200 năm trước Công nguyên. Trong quá khứ, các bản đồ được làm bằng gỗ, đất sét, sáp ong, bột mì và gạo. Sau này bản đồ 3D được tạo ra từ vật liệu tấm phân lớp hoặc trên một khuôn thạch cao, rồi phát triển dần làm bằng nhựa và trở nên phổ biến vào cuối những năm 1940. Đây là loại bản đồ 3D đầu tiên có thể được sản xuất một cách đại trà nhanh chóng. Tuy nhiên, xét về độ chính xác (độ cao, mặt phẳng, tỉ lệ) thì chưa đạt yêu cầu, thậm chí việc mô hình hóa các dãy núi cao, dốc (sắc nhọn) thì chưa thể hiện được. Một trong những mô hình địa hình nổi tiếng nhất là bản đồ Ba Lan do Scotland thành lập. Bản đồ này được tạo ra bằng cách sử dụng bê tông trong những năm 1970. Ngày nay, máy in 3D có thể tạo ra các mô hình địa hình với độ chính xác cao và có thể hiệu chỉnh được. Ngoài ra, các bản đồ có thể được thiết kế linh hoạt và đa dạng hơn nhiều so với trước đây. Trong khi máy in có thể in các mô hình bản đồ từ nguyên vật liệu bột nhựa và kim loại khác nhau. Các công nghệ in 3D mới nổi đang mở ra cơ hội cho các bản đồ 3D được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp hơn so với những gì đã tồn tại trong nhiều thập kỷ qua. Trên thế giới các nước tiên tiến đã ứng dụng rộng rãi in 3D trong lĩnh vực bản đồ để xây dựng mô hình các thành phố cho nhiều mục đích khác nhau. Hiện nay phát triển phần mềm và sản xuất máy in 3D nhằm mục đích nhanh chóng có được các mô hình không gian từ bản đồ 3D thay thế cho việc làm sa bàn và sử dụng sa bàn ảo là một xu hướng tất yếu. Với những bước tiến mạnh mẽ của cách mạng công nghiệp 4.0 chúng ta hoàn toàn tin tưởng rằng trong tương lai gần với tham vọng có thể in được mô hình 3D của bất cứ khu vực nào từ sơ sở dữ liệu (3D-GIS và 3D-BIM) sẽ trở thành hiện thực  Trên thực tế, nếu có chuyên môn, tay nghề, vật liệu và công cụ tốt thì cũng có thể tạo ra được một sa bàn trực quan đáp ứng được các yêu cầu với các mức độ khác nhau. Tuy nhiên, để hoàn thành được một mô hình sa bàn cụ thể cần rất nhiều nhân công, thời gian và đặc biệt khó đảm bảo được độ về độ chính xác, mức độ chi tiết và tỷ lệ. Ứng dụng in 3D là giải pháp tốt nhất đảm bảo được các yếu tố trên. Mặc dù vậy với rất nhiều người cho rằng công nghệ in 3D chi phí còn cao và kỹ thuật vi tính phức tạp, việc in nhiều màu tạo không gian tự nhiên có giải quyết được không? Câu trả lời là có. Trên thị trường hiện nay có khá nhiều máy in 3D in được nhiều màu như: máy in 3D ZPrinter 650; Full-color Desktop 3D Printer; The Da Vinci Color; Cometrue T10 …  Trong hình 4.4, mô hình trung tâm London nhìn về Làng Olimpic tỷ lệ 1:1.500 đã được in màu trên máy in 3D ZPrinter 650. Kết quả nhận được là mô hình vật lý đa dạng và trực quan có thể sử dụng để lập kế hoạch qui hoạch, giáo dục, du lịch... Hiện tại ở các nước như Mỹ, Canada, Anh, Pháp, Hà Lan, Nga, Trung Quốc…rất nhiều dịch vụ in bản đồ 3D đã ra mắt và tạo nên những bản đồ 3D như những tác phẩm nghệ thuật rất độc đáo, qua đó làm tăng khả năng tương tác giữa con người với các nội dung chuyên đề trên bản đồ 3D. Bản đồ qui hoạch tổng thể dưới dạng 3D một khu vực, thành phố nào đó sẽ cho chúng ta quan sát, nghiên cứu ở các mức độ chi tiết cần thiết, đồng thời mang lại sự linh hoạt về việc thay đổi màu sắc và làm nổi bật một số tính năng quan trọng nhất đối với từng đối tượng theo yêu cầu. Nguyên liệu được sử dụng đa dạng từ các loại khác nhau của bọt, gỗ, kim loại, acrylic, sa thạch đầy đủ màu sắc, nhựa chống uv, nhựa, nhựa giống như cao su và nylon. Trên thực tế, để sản xuất các mô hình chi tiết máy hoặc đồ vật gia dụng thì chỉ sử dụng các máy in 3D có kích thước phổ biến trên thị trường hiện nay. Tuy nhiên, về lĩnh vực bản đồ thì chúng ta có thể sản xuất các mô hình lớn bằng cách ghép từ các mô hình nhỏ. Mô hình bản đồ in 3D cũng có thể trở thành như những tác phẩm nghệ thuật trưng bày dưới dạng sa bàn hoặc tranh treo tường. Ví dụ: in bản đồ 3D một khu vực trung tâm Tokyo Nhật bản tỷ lệ 1/12.500  5. Kết luận Công nghệ in 3D hiện nay đã và đang thu hút được rất nhiều sự quan tâm, ứng dụng vào quy trình sản xuất của nhiều lĩnh vực trong và ngoài nước. Làn sóng phát triển mạnh mẽ của công nghệ in 3D trên toàn thế giới đã, đang và sẽ tiếp tục xâm nhập vào thị trường Việt Nam. Trong phạm vi của bài viết này chỉ thể hiện được một số thông tin cơ bản nhất về in 3D mà đã được ứng dụng phổ biến vào thực tế hiện nay. Tương lai của in 3D rất rộng lớn, nó đã đột phá vào mọi ngành nghề, mọi lĩnh vực của xã hội, nhiều sản phẩm in 3D sẽ làm ngạc nhiên thế giới trong tương lai. Để tận dụng được những lợi thế đó, ngành bản đồ cũng cần phải có những nghiên cứu, tiếp cận với công nghệ in bản đồ 3D tiên tiến để có những định hướng phát triển đáp ứng các yêu cầu nhiệm vụ được giao. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Pearce, Joshua M.; Morris Blair, Christine; Laciak, Kristen J.; Andrews, Rob; Nosrat, Amir; Zelenika-Zovko, Ivana (2010), 3-D Printing of Open Source Appropriate Technologies for Self-Directed Sustainable Development, Journal of Sustainable Development. 2. Amberlee S. Haselhuhn, Eli J. Gooding, Alexandra G. Glover, Gerald C. Anzalone, Bas Wijnen, Paul G. Sanders, Joshua M. Pearce. Substrate Release Mechanisms for Gas Metal Arc 3-D Aluminum Metal Printing, 3D Printing and Additive Manufacturing, 1(4): 204-209 (2014) 3. https://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing