Các công nghệ và sản phẩm của tập đoàn 3D Systems

Giới Thiệu tập đoàn 3D System

3D Systems có trụ sở tại Rock Hill, Nam Carolina, là tập đoàn kỹ sư, sản xuất và bán các máy in 3D. Chuck Hull, là CTO và là cựu chủ tịch tập đoàn đã tạo ra công nghệ stereolithography vào năm 1986. Công ty đã tạo ra các ý tưởng mô hình, độ chính xác và các hàm nguyên mẫu, gia công mẫu chuẩn cũng như các bộ phân trong sản xuất kỹ thuật số trực tiếp, sử dụng các quy trình độc quyền chế tạo vật thể bằng CAD và các phần mềm sản xuất, thiết bị quét và khắc 3D.

Công nghệ và dịch vụ của 3D Systems được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế, phát triển và sản xuất công nghiệp, bao gồm hàng không – vũ trụ, ô tô, chăm sóc sức khỏe, nha khoa, giải trí và các hàng hóa lâu bền. Tập đoàn cung cấp một loạt các máy in 3D chuyên nghiệp cũng như các phần mềm và tư liệu liên quan. Đáng chú ý là ngành công nghiệp 3D này phát triển công nghệ stereolithography và định dạng tập tin STL.

Lịch sử hình thành

3D Systems được Chuck Hull thành lập tại Valencia, California, Hull là người sáng tạo ra và giữ bằng sáng chế công nghệ tạo mẫu nhanh stereolithography đầu tiên (SLA). Trước khi mẫu thử SLA đầu tiên của Hull được giới thiệu, các mô hình tốn kha khá thời gian và tiền bạc để sản xuất. Sự cải tiến của SLA giúp tiết kiệm được tài nguyên và nâng cao chất lượng, độ chuẩn xác của mô hình kết quả. Tuy nhiên các hệ thống SLA đời đầu rất phức tạp và tốn kém, đòi hỏi phải thiết kế lại nhiều lần trước khi có được khả năng thương mại. Những vấn đề chính thường liên quan đến các rắc rối thủy động và hóa học. Năm 1996, Hull và các đồng nghiệp đã cải tiến vật liệu nhờ vào sự ra đời của laser bán dẫn. Đối tượng theo đuổi chính của 3D Systems là vận tải, chăm sóc sức khỏe và hàng tiêu dùng.

Năm 2003, Hull và Avi Reichental có tên trong danh sách 20 người có ảnh hưởng nhất trong công nghệ Rapid Technologies của TCT Magazine. Hull vẫn là thành viên tích cực của Hội đồng quản trị 3D Systems kiêm Giám đốc Công nghệ, Phó Chủ tịch điều hành tập đoàn. 3D Systems chuyển trụ sở sang Rock Hill, Nam Calorina, đây là môi trường kinh doanh thuận lợi, với chi phí kinh doanh, vốn đầu tư và thuế thấp hơn.

Năm 2015, Reichental đã từ chức Chủ tịch và Giám đốc điều hành tập đoàn 3D Systems, và được thay thế tạm thời bởi Andrew Johnson, Giám đốc Pháp lý của công ty. Ngày 4 tháng 4 năm 2016, Hội đồng quản trị 3D Systems đã bổ nhiệm Vyomesh Joshi vào vị trí này.

Quá trình phát triển

+Cuối năm 2001, 3D Systems bắt đầu thu mua công nghệ thông qua sở hữu phần mềm, tư liệu, máy in và các vật liệu in được, cũng như tiếp cận kỹ năng của các nhà thiết kế, kỹ sư. Tỷ lệ thu mua của 3D Systems tăng một cách đáng kinh ngạc liên quan đến các nhiệm vụ mà nhóm quản lý phải đối mặt. Những người ngoài cuộc khác cho rằng phạm vi của việc thu mua lại này là bước đi của 3D Systems củng cố ngành công nghiệp in 3D dưới sự quản lý của một hãng duy nhất, trở thành cửa hàng toàn diện có khả năng phục vụ từng đường dẫn đến chuỗi quét/in.

+Hiện 3D Systems có hơn 2400 nhân viên với 25 trụ sở trên toàn thế giới. Bằng việc mua lại, thương hiệu tập đoàn hiện diện và phát triển mạnh mẽ ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương (Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản) và Châu Âu (Anh, Pháp, Đức,Thụy Sĩ), mở rộng thương hiệu về tư liệu in, máy in, phần mềm CAD chuyên nghiệp và công nghiệp, các dịch vụ tùy chỉnh theo yêu cầu, công nghệ quét và thu thập dữ liệu, bộ sưu tập người dùng. Tuyên bố của 3D Systems cho thấy mong muốn tạo sự tiện lợi cho sự sáng  tạo của người dùng và loại bỏ các va chạm người dùng giữa nội dung tạo ra và bản in.

+Tháng 5 năm 2011, 3D Systems chuyển từ NASDAQ (TDSC) đến  New York Stock Exchange (DDD). Chỉ số chứng khoáng của tập đoàn đã tăng lên kể từ khi đưa vào giao dịch, như doanh thu và lợi nhuận. Năm 2012, Gray Wolf Report dự báo tốc độ tăng trưởng của 3D Systems là không bền vững, chỉ ra các con số tăng ấn tượng từ việc thu mua công nghệ như một sai lầm trong tăng trưởng hữu cơ của tập đoàn. 3D Systems đã trả lời bài viết vào ngày 19 tháng 11 năm 2012, tuyên bố “đó là các tuyên bố sai sự thật và là những kết luận sai lầm làm tổn hại uy tính và danh tiếng của công ty chúng tôi, dẫn đến sự thua lỗ của các cổ đông”. Tăng thu nhập liên tục từ doanh thu thực tế và tăng trưởng ổn định giá cổ phiếu là nguyên nhân hợp lý cho sự hoài nghi về bản báo cáo này.

+Tháng 1 năm 2014, 3D Systems đã mua lại Burbank của Gentle Giant Ltd. Gentle Giant Ltd thiết kế, phát triển và sản xuất các nhân vật 3D với một loạt các đặc quyền chuyển nhượng trên toàn thế giới như Star Wars, The Matrix, Harry Potter, The Simpsons, Hellboy Animated, Disney Dragonkind, Animated Pirates of the Caribbean, Chúa tể của những chiếc nhẫn, Red Star, Terminator, Charlie và Nhà máy Sô cô la và Corpse Bride. Gentle Giant Ltd sản xuất một loạt các satn phầm bao gồm xe buýt mini, tượng, bust – up và figure.

+Tháng 7 năm 2014, 3D Systems công bố mua lại Công ty hình ảnh Y tế Simbionix của Israel với giá 120 triệu đô la.

+Tháng 9 năm 2014, tập đoàn này tiếp tục mua lại công ty LayerWise (thuộc Đại học Leuven) của Bỉ, điều khoản mua bán không được tiết lộ. Công ty có trụ sở tại Leuven, đây là nhà cung cấp dịch vụ chính trong lĩnh vực sản xuất và in 3D kim loại.

+Tháng 1 năm 2015, 3D Systems đã mua lại nhà sản xuất máy in 3D botObjects, công ty đầu tiên thương mại hóa máy in đủ màu sử dụng công nghệ Fused Deposition Modeling. botObjects được thành lập bởi Martin Warner (CEO) và Mike Duma (CTO).

botObjects đã tạo ra một màn hình máy in 3D cho người dùng sử dụng công nghệ Fused Filament Fabrication (FFF) để tạo ra bản in 3D đầy đủ màu sắc. Hệ thống hộp mực CMYKW 5 màu độc quyền của botObjects có thể kết hợp các màu sắc và các hiệu ứng chuyển màu bằng cách trộn các màu chính với nhau. Có một số người hoài nghi về yêu cầu của botObjects.

Vào tháng 4 năm 2015, 3D Systems đã thông báo đã mua lại Tập đoàn Easyway của Trung Quốc, tạo ra 3D Systems Trung Quốc. Easyway là nhà cung cấp dịch vụ và bán máy in 3D của Trung Quốc, hoạt động chủ yếu tại Thượng Hải, Vô Tích, Bắc Kinh, Quảng Đông và Trùng Khánh.

Công nghệ

Các công nghệ nổi bật của 3D Systems là Stereolithography (SLA), in laser (SLS), in phun màu (CJP), mô hình hóa bằng phương pháp nóng chảy lắng đọng (FDM), công nghệ in đa vật liệu – đa chức năng (MJP) và in kim loại trực tiếp (DMP). Mỗi công nghệ có đầu vào kỹ thuật số từ dữ liệu ba chiều để tạo ra các vật thể ba chiều thông qua một quá trình đắp lớp. Các hệ thống khác nhau về vật liệu, khả năng in và ứng dụng của chúng.

Stereolithography (SLA)

Stereolithography (SLA), được tạo ra bởi người sáng lập 3D Systems Chuck Hull. Stereolithography mô tả các phương pháp và thiết bị tạo ra các vật thể rắn trong một thùng photopolylmer lỏng sử dụng tia cực tím và một laser để theo dõi các thiết kế kỹ thuật số. Các hỗ trợ hệ thống in SLA có lợi thế về tốc độ và kích thước bản in (kích thước phụ thuộc vào khối lượng xây dựng của máy cụ thể). Các hệ thống SLA cũng có thể nhanh chóng sản xuất các chi tiết có hình dạng khác nhau cùng một lúc và được thiết kế để tạo ra mẫu thử nghiệm, vật mẫu hoặc các bộ phận cuối cùng của các chi tiết có kích thước linh hoạt và ứng dụng. Các bộ phận SLA đủ mạnh để được gia công và có thể được sử dụng làm mô hình tổng thể cho đúc phun, uốn nhiệt, thổi đúc và các quá trình đúc kim loại khác.

In laser (SLS)

In laser (SLS) là một kỹ thuật in sử dụng laser công suất lớn để liên kết các hạt bột nhỏ với nhau. Vật liệu sử dụng khá đa dạng: nhựa, kim loại, gốm, nylon, polystrene hoặc bột thủy tinh. Trong nhiều trường hợp, SLS xử lý hiệu quả vì có thể in được số lượng lớn các chi tiết trong một phiên. SLS không yêu cầu bất kỳ cơ cấu hỗ trợ nào vì các bộ phần đều được bao quanh bởi bột không dính.

In phun màu (CJP)

In phun màu (CJP) sử dụng công nghệ phun mực kết dính lên một lớp bột. Bột được giải phóng và được con lăn trải ra thành những lớp mới. Công nghệ này được phát triển đầu tiên bởi Z Corporation.

Mô hình hóa bằng phương pháp nóng chảy lắng đọng (FDM)

Mô hình hóa bằng phương pháp nóng chảy lắng đọng (FDM) được xử lý bỏi dòng máy in cao cấp của 3D Systems. Những máy in này sử dụng một máy đùn nóng để gửi nhựa nhiệt dẻo dọc theo các đường chạy dao phức tạp, mỗi lần một lớp. Điển hình là sử dụng súng bắn keo để dựng mô hình 3D, từng lớp từng lớp được đắp lên sau khi lớp trước đã nguội và cứng lại đến khi mô hình hoàn tất. Giới hạn của FDM gồm thời gian ( thời gian di chuyển dọc theo các đường chạy dao phức tạp), màu (một lần in được một màu), và độ bền (độ bám dính giữa các lớp tương tự với hàn lạnh). Đây thường là loại máy in rẻ nhất hiện có.

Công nghệ in đa vật liệu – đa chức năng (MJP)

Công nghệ in đa vật liệu – đa chức năng (MJP) liên quan đến quá trình gửi photopolymer lỏng lên bề mặt bằng công nghệ in phun. Có thể đạt được độ phân giải cao nhờ vào các lớp đỡ có thể loại bỏ dễ dàng trong khâu sau xử lý. Không giống FDM, những chi tiết này thường rất giòn. Tuy nhiên, các chi tiết có độ cứng thấp hơn có thể được bằng các máy in MJP thế hệ mới, cho phép người dùng tạo ra các bộ phận bằng nhựa cao su hoặc nhưa cứng cho các ứng dụng đa dạng hơn.

In kim loại trực tiếp (DMS)

In kim loại trực tiếp (DMS) là quy trình in bằng vật liệu kim loại của 3D Systems, trải lớp bột hợp kim kim loại lên bàn in và sử dụng một tia laser kết nối chúng lại với nhau. Công nghệ này được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng y tế, hàng không – vũ trụ, cần các khối mô hình nhỏ, độc đáo và phức tạp.

Sản phẩm và Bằng sáng chế

Nỗ lực hợp nhất các mảng in 3D dưới một thương hiệu suy nhất, các sản phẩm của 3D Systems trải rộng các loạt máy in 3D và sản phầm của nó nhắm vào mục tiêu của người dùng công nghệ thông quá các ngành công nghiệp. Ngoài máy in, 3D Systems còn cung cấp phần mềm tạo nội dung bao gồm phần mềm kỹ thuật đảo ngược và phần mềm tạo mô hình 3D hữu cơ. Theo mô hình kinh doanh dao cạo và lưỡi dao, 3D Systems cung cấp hơn một trăm vật liệu được sử dụng cho máy in, bao gồm sáp, vật liệu cao su, kim loại, vật liệu tổng hợp, nhựa và nylons.

-3D Systems là một công ty nguồn đóng, sử dụng công nghệ nội bộ để phát triển sản phẩm và bằng sáng chế để bảo vệ các công nghệ này khỏi các đối thủ cạnh tranh. Các nhà phê bình của mô hình nguồn đóng đã đổ lỗi cho sự phát triển và đổi mới chậm chạp trong in 3D không phải vì thiếu công nghệ,mà là thiếu sự chia sẻ thông tin mở trong ngành công nghiệp. Những người ủng hộ mô hình nguồn đóng cho rằng quyền sáng chế truyền cảm hứng và thúc đẩy các cải tiến chất lượng cao hơn, cho ra một sản phẩm tốt hơn và ấn tượng hơn.

Vào tháng 11 năm 2012, 3D Systems đã kiện công ty máy in Formlabs Prosumer và trang web gây quỹ của Kickstarter qua Formlabs đã cố tài trợ cho máy in đã vi phạm bằng sáng chế về ” Simultaneous multiple layer curing in stereolithography”.

3D Systems đã có các bằng sáng chế công nghệ như: Hệ thống và phương pháp tạo mẫu nhanh; bức xạ hữu ích trong hệ thống chiếu hình ảnh; cường độ tia tử ngoại đối với người lập mô hình 3D; thiết bị và phương pháp làm mát trong in laser; các bức xạ hữu ích trong hệ thống SFF (freedom rắn); thiết bị in 3D sử dụng các lớp hình ảnh; các chất liệu và phương pháp cho mô hình lắng đọng chọn lọc; hình ảnh mượt mà với độ phân giải thấp dùng trong hình ảnh cứng; bộ nâng đỡ và phương pháp hình ảnh cứng nghiêng giảm bẫy khí và build release; phương pháp mô hình lắng đọng chọn lọc cải thiện giao diện đối tượng hỗ trợ; bộ phận hỗ trợ các đối tượng được chế tạo bởi SFF; phương pháp sản xuất đắp lớp để cải thiện kiểm soát độ xoắn và chất lượng lốp; hỗ trợ, xây dựng tư liệu à ứng dụng.

Các lĩnh vực ứng dụng

Các sản phầm và dịch vụ của 3D Systems được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp:

-Hàng không – vũ trụ:

Sản xuất và chế tạo các bộ phận bay phức tạp, bền hơn, nhẹ hơn.

-Kiến trúc:

Xác định cấu trúc, đánh giá thiết kế, trao đổi ý tưởng với khách hàng, kỹ nghệ đảo ngược, và mô hình hóa nhanh.

-Công nghệ ô tô:

Xác định thiết kế, trực quan các khó khăn và phát triển công cụ mới.

-Công nghiệp quốc phòng:

Các chuyến bay nhẹ, bộ phận giám sát và in theo yêu câu giảm lượng tồn kho

-Nha khoa:

Phục hồi hình ảnh, khuôn mẫu và các phương pháp điều trị. Kỹ thuật chỉnh nha Invisalign sử dụng công nghệ của 3D Systems.

-Giáo dục:

Trực quan hình học và các phương trình, trường nghệ thuật và các sáng kiến thiết kế.

-Giải trí

Sản xuất và tạo hình các nhân vật, đồ chơi, trò chơi và các đối tượng trò chơi; nhạc cụ điện tử,…

-Chăm sóc sức khỏe:

Máy trợ thính và các bộ phận nhân tạo, cải thiện phương pháp phân phối thuốc, thiết bị hô hấp, trị liệu, thiết bị nội soi,…

-Sản xuất

Chu kỳ phát triển sản phẩm nhanh hơn, sản xuất khuôn mẫu, nguyên mẫu và sửa lỗi thiết kế.

-Đối với các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và ô tô, công nghệ của 3D Systems đã giảm thời gian cần thiết để kết hợp các phác thảo thiết kế và cho phép sản xuất các bộ phận có trọng lượng nhẹ hơn. Bởi vì in 3D xây dựng từng lớp theo thiết kế, không cần phải phù hợp với các công cụ sản xuất truyền thống của các phương pháp phụ trợ, dẫn đến các bộ phận nhẹ hơn và hình dáng hiệu quả hơn.

Cơ sở vật chất và nhân lực

-Năm 2007, tập đoàn hợp nhất các trụ sở, phòng ban, và các chức năng nghiên cứu và phát triển thành một trụ sở toàn cầu tại Rock Hill, Nam Carolina, Hoa Kỳ. Khoảng một nửa tổng diện tích 80.000 feet vuông (7.400 m²) là các phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển với hơn 18 000 feet vuông (1 700 m²), Manufacturing Center (RMC) với hệ thống tạo mẫu nhanh, hệ thống in nhanh và in 3D.

-Khách hàng ở 80 quốc gia, 3D Systems có hơn 2100 nhân viên ở 25 trụ sở trên toàn thế giới, bao gồm San Francisco, Pháp, Đức, Ý, Thụy Sĩ, Vương quốc Anh, Trung Quốc, Hàn Quốc và Nhật Bản. Công ty có hơn 359 bằng sáng chế của Hoa Kỳ và ngoài nước.

Cộng đồng và các quan hệ đối tác

-3D Systems tham gia vào một thỏa thuận lâu dài với Viện Smithsonian như là một phần của nỗ lực toàn Smithsonian nhằm tăng cường quản lý các bộ sưu tập và tăng khả năng tiếp cận bộ sưu tập thông qua các đại diện 3D. Sự hợp tác này là một phần trong nỗ lực của công ty để truyền thông khả năng và ứng dụng in 3D trong khi tăng “khả năng hiển thị và khả năng tiếp cận của các kho báu quốc gia của chúng tôi.”

-Vào năm 2012, 3D Systems đã bắt đầu hợp tác với 90-year-old Scholastic Art & Writing Awards trong hạng mục Future New. Đối với nhánh Giải thưởng Scholastic này, sinh viên sẽ được thử thách để thể hiện ý tưởng táo bạo và sáng tạo bằng cách sử dụng các công nghệ mới. 3D Systems sẽ cung cấp cho sinh viên phần mềm thiết kế 3D miễn phí tạo điều kiện cho những sáng tạo của họ và trao giải cho ba người thắng cuộc với học bổng lên đến1000 đô la. Số tiền này là giải thưởng và công nhận người chiến thắng được cấp bởi Scholastic Awards.

-3D Systems là người bảo đảm cho National Children’s Oral Health Foundation: America’s ToothFairy (NCOHF). NCOHF có các chương trình cộng đồng cung cấp các dịch vụ chăm sóc sức khỏe răng miệng, phòng ngừa và điều trị cho trẻ em trong các nhóm có nguy cơ cao.  3D Systems đóng góp các giải pháp in 3D và các khả năng Cubify cho nỗ lực của NCOHF.

-Hệ thống 3D đã đóng góp hai máy in 3D cho National Additive Manufacturing Innovation Institute (NAMII) tại Youngstown, bang Ohio, trung tâm đầu tiên của sáng kiến liên bang nhằm nâng cao khả năng cạnh tranh của ngành công nghiệp Mỹ. Viện Youngstown chỉ là một khu vực của Mạng lưới Sáng tạo Sản xuất Quốc gia (NNMI), mong muốn xây dựng “các trung tâm nghiên cứu ứng dụng, lồng ghép công nghệ và thương mại hóa” để tái bản địa hóa sản xuất và tăng cường khả năng cạnh tranh của Mỹ.

Vào ngày 18 tháng 2 năm 2014, Ekso Bionics đã phối hợp với Hệ thống 3D cho ra mắt bộ quần áo nhựa robot in 3D đầu tiên.