Đại diện cho công nghệ in 3-D tân hiện đại đang là những cỗ máy cao hơn 6 mét và nặng trên 27kg. Mỗi máy nhận nhiệm vụ triển khai 150 chùm tia laze được chiếu từ một giàn phát và thoăn thoắt di chuyển qua lại. Chúng kết hợp tạo ra các bộ phận công nghệ cao đáp ứng nhu cầu khách hàng doanh nghiệp trong các lĩnh vực, bao gồm hàng không vũ trụ, chất bán dẫn, quốc phòng, và vi tế hơn, đến cả cấy ghép y tế.

Những bộ phận bằng titan và nhiều vật liệu khác được tạo ra từng siêu mảnh, lên đến 20.000 lớp, mỗi lớp mỏng như sợi tóc người tùy thuộc vào thiết kế của chi tiết bộ phận. Bên trong cỗ máy được niêm phong kín là “bầu khí quyển” mà argon chiếm chủ yếu, là một trong những loại khí ít phản ứng nhất, nhờ đó giúp giảm nguy cơ chứa tạp chất, tác nhân gây khiếm khuyết hệ thống.

Tại VulcanForms, một công ty khởi nghiệp đến từ Viện Công nghệ Devens Massachusetts, cách Boston khoảng 40 dặm về phía tây bắc, đã xuất hiện một xưởng đúc in 3-D. Công trình này đã huy động được 355 triệu đô la tiền đầu tư mạo hiểm, và lực lượng lao động tại đây đã tăng gấp sáu lần trong năm qua, lên đến 360 người. Đội ngữ chất xám ấy đến từ các nhà sản xuất lớn như General Electric, Pratt & Whitney và một hai tên tuổi công nghệ nữa bao gồm Google và Autodesk. John Hart, người đồng sáng lập VulcanForms và là giáo sư kỹ thuật cơ khí tại M.I.T, rất tự hào về sự hoạt động hiệu quả của hệ thống hiện hữu.

Theo nhận định của các chuyên gia sản xuất, giám đốc điều hành doanh nghiệp và nhà đầu tư, trong lĩnh vực in 3-D vốn bắt nguồn gốc từ những năm 1980, các xu hướng công nghệ, kinh tế và đầu tư cuối cùng rồi cũng đến mức đột phá để tạo ra cuộc cách mạng thương mại chuyên biệt. Theo Jörg Bromberger, chuyên gia sản xuất tại McKinsey & Company, đây là một công nghệ đang bắt đầu mang lại chất lượng sản phẩm cấp công nghiệp và in ấn với số lượng lớn.

Từ lâu in 3-D được mô tả là hành trình tạo ra một thứ gì đó từ A đến Z, từng lớp một. Cơ chế hoạt động theo quy trình: các chùm tia laser do máy tính dẫn đường sẽ làm tan chảy bột kim loại, nhựa hoặc vật liệu composite để tạo ra các lớp. Dựa vào đó, trong những năm gần đây, một số công ty đã sử dụng bổ sung công nghệ phụ gia để chế tạo các bộ phận chuyên dụng. Điển hình là General Electric dựa vào công nghệ in 3-D mới để chế tạo vòi phun nhiên liệu cho động cơ phản lực. Stryker tận dụng công nghệ này để thực hiện quy trình làm cấy ghép cột sống. Còn Adidas ứng dụng để in đế lưới cho giày chạy bộ cao cấp.

Ngay cả kỹ thuật cấy ghép nha khoa và chế tác thiết bị làm thẳng răng cũng được hình thành từ in 3-D cách tân. Gần đây nhất, trong đại dịch Covid-19, máy in 3-D đã được tận dụng để sản xuất khẩn cấp những tấm che mặt và các bộ phận của máy thở. Nghĩa là tiềm năng của công nghệ này còn rất lớn, hứa hẹn làm phong phú thế giới sản phẩm hữu ích thuộc nhiều lĩnh vực. Theo báo cáo mới nhất, thị trường in 3-D dự kiến sẽ tăng gấp ba, đạt khoảng 45 tỷ USD toàn cầu vào năm 2026. Ấn tượng hơn, nước Mỹ còn mạnh miệng đánh giá, công nghệ in 3-D sẽ mở đường hồi sinh cho ngành sản xuất nội địa của họ. Chúng được tin là sẽ trở thành nền tảng của sản xuất hiện đại trong thế kỷ 21, cùng với robot và trí tuệ nhân tạo.

Vào tháng 5, Tổng thống Biden đã đến Cincinnati để công bố Additive Manufacturing Forward, một sáng kiến do Nhà Trắng phối hợp với các nhà sản xuất lớn điều phối. Năm thành viên ban đầu của liên công ty bao gồm GE Aviation, Honeywell, Siemens Energy, Raytheon và Lockheed Martin đang tăng cường sử dụng sản xuất phụ gia, đồng thời cũng cam kết sẽ giúp các nhà cung cấp vừa và nhỏ của Hoa Kỳ áp dụng công nghệ này. Theo các quan chức quản lý chương trình, do in 3-D là một quy trình sản xuất kỹ thuật số công nghệ cao, nó sẽ góp phần tạo nên thế mạnh của đất nước trong lĩnh vực phần mềm.

Sản xuất phụ gia dạng công nghệ mới sẽ giúp đất nước chú Sam ít phải phụ thuộc vào quá trình đúc và gia công kim loại được thực hiện ở nước ngoài, đặc biệt là tại Trung Quốc. Công nghệ cách tân vừa kể cũng hứa hẹn sẽ cải thiện nhiều cho môi trường, do nó ít gây lãng phí hơn nhiều so với việc đúc, rèn và cắt của kỹ thuật sản xuất truyền thống. Đối với một số bộ phận kim loại, in 3-D còn có thể hạ 90% chi phí vật liệu và cắt giảm 50% năng lượng sử dụng.

VulcanForms được Tiến sĩ Hart và một trong những sinh viên tốt nghiệp của ông, Martin Feldmann, bắt tay thành lập vào năm 2015. Cả hai theo đuổi cách tiếp cận mới là cho phép in 3-D sử dụng nhiều chùm tia laze hơn các hệ thống truyền thống đang có. Quy trình này đòi hỏi đa dạng đổi mới trong ngành quang học laser, cảm biến và phần mềm để có được một “vũ điệu phức tạp nhưng hoàn hảo” của sức mạnh những bước sóng có tên gọi laser. Sự phối hợp nhịp nhàng ấy đang góp phần giải quyết ba thiếu sót cố hữu trước đây của công nghệ in 3-D: quá chậm, quá đắt và quá nhiều khiếm khuyết.

Công ty khởi nghiệp VulcanForms đã phải trầy trật vật lộn trong việc chế tạo cho được chiếc máy đầu tiên để chứng minh khái niệm họ từng đeo đưổi là khả thi. Cuối cùng nó đã thành công, mở đường cho các phiên bản sau lớn hơn, mạnh hơn và chính xác hơn. VulcanForms cho biết, hiện công ty đang tạo ra năng lượng laser gấp 100 lần so với hầu hết các máy in 3-D từng hiện diện, đồng thời chúng có thể sản xuất các bộ phận nhanh hơn nhiều. Cơ sở Devens hiện có sáu máy in khổng lồ dạng này, và vào năm tới sẽ đạt mức 20 chiếc. VulcanForms đang tìm kiếm sãn lùng bốn địa điểm cho nhà máy thứ hai. Trong năm năm tới, công ty hy vọng sẽ có số lượng không nhỏ nhà máy in 3-D được thành lập và đi vào hoạt động.