Việc sử dụng máy móc để tạo ra các thiết bị, hay sản phẩm có cấu tạo phức tạp không còn là mới trong các ngành công nghiệp sản xuất. Với những khuôn mẫu phức tạp thì bắt buộc phải  gia công trên các máy công cụ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control). Những thiết bị này được nghiên cứu và phát triển từ thập niên 50 và phổ biến vào những năm 80. Việc sử dụng CNC này để tạo ra các sản phẩm 3 chiều là tương đối phức tạp và đòi hỏi nhiều công đoạn ghép nối.  Để hoàn thiện các bước này và đơn giản hóa quy trình thì công nghệ in 3D (in ba chiều) ra đời. Máy in 3D chỉ yêu cầu bản vẽ 3 chiều chi tiết là có thể tạo ra sản phẩm với hình khối đầy đủ, ví dụ như các mô hình xe ô tô, xe máy bằng nhựa, các sản phẩm y học như răng giả, tay chân giả…
Khái niệm additive manufacturing - sản xuất đắp dần hay in ấn 3 chiều (in 3D) thực chất là việc đắp các lớp vật liệu để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Công nghệ đắp thêm để tạo ra sản phẩm trái ngược với công nghệ cắt gọt vẫn thường sử dụng từ xưa tới nay.
Khái niệm in 3D được sử dụng đầu tiên vào những năm 80 và máy in 3D đầu tiên được phát minh vào năm 1986 bởi Charles Hull dựa trên kĩ thuật stereolithography (SLA).
Để có được sản phẩm 3D cuối cùng, ngoài máy in ra còn cần thêm mô hình hay thiết kế của sản phẩm. Mô hình hay thiết kế sẽ được vẽ bằng 3D trên máy tính, có thể vẽ bằng các phần mềm chuyên dụng hay thông qua các thiết bị mô phỏng (máy quét). Dựa trên yêu cầu của bản thiết kế máy in sử dụng nguyên liệu để tạo ra các lớp có độ dày khoảng 0,05 - 0,1mm.  Các lớp này xếp liên tiếp với nhau theo mặt cắt của sản phẩm cho đến khi hoàn thành. Tùy vào độ phức tạp của đồ vật cũng như phương pháp in mà việc chế tạo mất từ vài giờ đến vài ngày.

Các thể loại in 3D
Hệ thống in 3D phổ biến nhất hiện nay là sử dụng công nghệ in phun lắng đọng. Công nghệ này tương tự như các máy in phun màu hiện nay ngoài việc bổ sung thêm trục phun thẳng đứng. Máy in 3D này dùng đầu phun mực để phun một lớp vật liệu siêu mỏng, bằng cách lắng đọng nóng chảy hay xử lý bằng ánh sáng cực tím để tạo từng lớp. Công nghệ này là sự phát triển của công nghệ SLA được mô tả phía trên. Vật liệu chủ yếu được sử dụng ở đây là nhựa dẻo polylactic acid (PLA) hoặc acrylonitrile butadiene styrene (ABS). 
PLA tuy hơi nhẹ nhưng dễ dàng thao tác hơn ABS bởi có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp còn ABS thì thường có khí độc và đòi hỏi hệ thống phức tạp hơn.
Công nghệ này có thể hoạt động với nhiều dạng vật liệu khác nhau, từ kim loại cho đến các tế bào của con người. Máy in 3D cá nhân giá rẻ như MakerBot Replicator II, đơn giản dễ sử dụng nhưng chất lượng sản phẩm chưa thực sự cao khi so với máy in Objet chuyên dụng sử dụng công nghệ nung kế bằng laser – Selective Laser Sintering (SLS).
Nguyên lý hoạt động của công nghệ SLS tương tự như  SLA là xây dựng đối tượng từ các lớp. Sự khác biệt ở đây là ở nguyên liệu. SLS sử dụng nguyên liệu dạng bột và dùng tia laser kết hợp các hạt lại với nhau để tạo lớp. Vật liệu dạng bột bao gồm polyxetyren, nylon, thủy tinh, gốm sứ, thép, titan, nhôm, và bạc nguyên chất. 
Các vật liệu dư thừa dạng bột này có thể tái chế để tiếp tục sử dụng, tăng hiệu quả sản xuất. Đặc điểm nổi bật của công nghệ này là cho ra sản phẩm có độ chi tiết cao và phức tạp, có khả năng tạo ra cùng lúc nhiều sản phẩm khác nhau.
Một số công nghệ khác phát triển dựa trên vật liệu dạng bột như nung chảy sử dụng laser -Selective laser melting (SLM), hay sử dụng nhiều vòi phun – multi jet modeling(MJM). Quy trình tương tự và chỉ khác nhau ở giai đoạn tạo hình, SLM nung chảy các hạt để tạo hình, MJM thì sử dụng đầu phun, cho phép tăng màu sắc của sản phẩm.
Một phương pháp khác là sử dụng đầu phun vật liệu đã được nung chảy - fused deposition modeling (FDM). Quá trình tạo hình sản phẩm loại nhựa dẻo nóng (cùng loại được sử dụng trong ép nhựa) được phun ra từ đầu in có thể kiểm soát nhiệt độ. Ứng dụng này phổ biến trong việc sản xuất  các sản phẩm có khả năng chịu nhiệt cao.
Công nghệ in 3D đang dần phát triển, việc tạo các sản phẩm công nghệ cao từ kim loại cho đến tế bào con người không còn quá xa vời.

Ứng dụng in 3D
Công nghệ in 3D tính tới thời điểm hiện tại được ứng dụng nhiều nhất trong lĩnh vực y khoa và vũ trụ. Và những năm gần đây, ứng dụng in 3D này đang dần phổ biến trong các ngành công nghiệp sản xuất thiết bị gia dụng, dân dụng… Tổng thống Mỹ Barack Obama đã phát biểu: “Công nghệ in 3D sẽ là một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp sản xuất của Mỹ". 
Vào đầu tháng 4/2013 vừa qua, các nhà khoa học Anh đã thành công trong việc sử dụng máy in 3D để tạo ra vật liệu giống như mô sinh học, có thể  thực hiện một số chức năng giống tế bào con người. Trở lại năm 2011, bác sĩ phẫu thuật Anthony Atala đã chinh phục hội nghị công nghệ TED bằng cách giới thiệu một mẫu thận nhân tạo được làm từ công nghệ in 3D. 
Và cách đó 10 năm, cùng với kĩ thuật tương tự, bác sĩ này đã thay thế thành công bàng quang nhân tạo cho một bệnh nhân. Quy trình tạo ra các bộ phân nhân tạo không khác nhiều với quy trình sản xuất vật dụng 3D khác. Vật liệu ở đây là một hỗn hợp của collagen và các tế bào của bệnh nhân để tạo ra một cấu trúc 3D. Mặc dù chưa thực sự hoàn thiện trong việc tạo ra các bộ phận phức tạp nhung một số cấu trúc đơn giản như sụn, bàng quang đã có thể ứng dụng vào thực tế.
Ngoải ra, công nghệ in 3D đã rất thành công trong lĩnh vực nha khoa và chế tạo chân tay giả.
Độ chính xác cao, cũng như độ thẩm mĩ được cải thiện giúp bệnh nhân dễ dàng thích ứng sử dụng.

Ứng dụng 3D trong khoa học vũ trụ, công nghiệp và quốc phòng.
Cơ quan hàng không và không gian Hoa Kỳ (NASA) đã cùng với đối tác là công ty Made in Space phát triển máy in 3D trên không gian. Những đợt thử nghiệm công nghệ in 3D trên tàu giả lập không trọng lượng Vomit Comet đã được bắt đầu từ năm 2011 cho đến nay. Dự kiến chiếc máy in 3D đầu tiên trong không gian với tên gọi Zero - G Experiment sẽ được giới thiệu trong năm 2014.
Máy in 3D này sẽ sản xuất các thiết bị phụ kiện, bộ phận thay thế hay tái chế nguyên liệu trong suốt chuyến bay. Made in Space hi vọng máy in 3D này có thể tạo được ra những vệ tinh nhỏ như CubeSats.
Và gần đây, giám đốc NASA Charles Bolden đã cho biết tiềm năng của máy in 3D trong việc chế tạo đèn chiếu sáng không gian và khả năng phục vụ việc khám phá vũ trũ là rất lớn. Công nghệ  in 3D cũng cho phép cuộc thám hiểm không gian kéo dài hơn bình thường. NASA còn dự định sử dụng máy in 3D để xây dựng nhà trên mặt trăng, tạo các thiết bị di chuyển bao gồm cả động cơ tên lửa…
Một trong những ứng dụng 3D đang được triển khai ở NASA và đang dần được ứng dụng thực tế là các máy in thức ăn.  NASA đang đầu tư cho công ty System & Materials Research Corporation với dự án sản xuất thức ăn bằng máy in 3D. 
Giám đốc Anjan Contractor  của System & Materials Research Corporation  cho biết, dạng máy in này khá đa năng, ngoài việc sản xuất các thức ăn tổng hợp máy còn có thể làm bánh pizza.  Với chiếc máy này, người dùng còn lập trình  để có một món ăn phù hợp với chế độ dinh dưỡng của mình.
Máy in 3D đang được ứng dụng trong thực tế
Công ty Modern Meadows đi tiên phong trong công nghệ bio-printing (in ấn sinh học). Công ty này đã thành công trong việc tạo ra thịt nhân tạo thông qua máy in 3D. Quá trình in thịt tương tự như các quá trinh in vật dụng 3D khác: sử dụng các tế bào sống và sau đó tiến hành phát triển thành các bắp thịt và đắp dần lên từng lớp. Tuy nhiên công trình này đang mới khởi đầu, giá thành mỗi kg thịt hơn 1.000 USD, dự kiến trong tương lai là một trong những thực phẩm thay thế.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Exeter (Anh) đã chế tạo ra máy in 3D cho ra các sản phẩm có chất liệu là socola. Hay như 1 cặp vợ chông người Mỹ đã sử dụng chiếc máy in 3D để thay thế lò nướng làm ra các sản phẩm có nguyên liệu từ đường.
Ngoài lĩnh vực thực phẩm thì công nghệ in cũng phát triển mạnh trong ngành sản xuất.  Theo báo Wall Street thì 3 nhà sản xuất xe hơi lớn của Mỹ là Ford, GE và Mattel đang sử dụng  in ấn 3D để cắt giảm chi phí và thời gian sản xuất trong giai đoạn tạo mẫu
Ford sử dụng công nghệ in 3D trong việc chế tạo các đầu xi-lanh được sử dụng trong động cơ EcoBoost (động cơ sử dụng trong xe đua) nhằm giảm nhiên liệu tiêu thụ. Công đoạn này đã giảm khoảng 20-45%  thời gian sản xuất. Còn GE thì ứng dụng công nghệ in 3D trong quá trình sản xuất đầu dò siêu âm, giúp cắt giảm khoảng 30% chi phí hoạt động.
 

Nguồn: PCWord