Cách mạng công nghiệp lần 3 với công nghệ in 3D

Theo dõi MTĐT trên

Theo định nghĩa, Cách mạng công nghiệp là một sự chuyển dịch mạnh mẽ của quá trình chế tác, dựa trên trụ cột của một số thành tựu khoa học công nghệ, tạo nên một bước ngoặt trong đời sống kinh tế xã hội. Tuy nhiên nhận định về một cuộc Cách mạng công nghiệp, đâu là yếu tố then chốt, được bắt đầu từ đâu và kết thúc từ đâu… chưa phải là thống nhất

Ngay cả đối với Cách mạng công nghiệp lần 1 có ý kiến cho rằng chủ yếu là do sử dụng năng lượng nước và hơi nước để cơ giới hóa sản xuất. Còn theo tờ The Economist thì Cách mạng công nghiệp lần 1 bắt đầu từ việc chế tạo được máy kéo sợi, máy dệt vải ở Anh, từ đó hình thành nhà máy và công nhân, tập trung về đô thị.

Cũng vậy, nhiều nhà khoa học cho rằng cuộc Cách mạng công nghiệp lần 2 vào năm 1870 là do những tiến bộ vượt bậc về sử dụng năng lượng điện về kỹ thuật hóa học để tạo ra nền sản xuất quy mô lớn. Nhưng theo tờ The Economist nói trên thì cốt lõi của Cách mạng công nghiệp lần 2 là Henry Ford đã làm chủ được việc sản xuất ô tô theo dây chuyền, tạo ra cách sản xuất lớn. Đặc điểm ở đây là bỏ ra nhiều vốn, tạo ra được một dây chuyền sản xuất chất lượng cao, sản xuất ra một mặt hàng nhất định. Khi đã tạo được dây chuyền sản xuất với các chuỗi cung ứng hợp lý thì mặt hàng sản xuất ra càng nhiều, giá thành càng hạ, càng có lãi nhiều, đè bẹp được những đối thủ muốn sản xuất ra những mặt hàng giống như của mình. Ưu điểm này rất quan trọng, nhưng khi trình độ sản xuất đã cao, nhu cầu hàng hóa thiết yếu đã tương đối thỏa mãn thì yêu cầu hợp sở thích khách hàng ngày càng cao hơn. Hàng hóa sản xuất ra dẫu tốt và rẻ nhưng cứ giống nhau, không thay đổi mẫu mã thì bán không chạy, nhưng thay đổi mẫu mã, phải thay đổi dây chuyền sản xuất tốn kém cả thời gian lẫn tiền bạc.

Cuộc Cách mạng công nghiệp lần 2 được xem như bắt đầu vào năm 1870 nhưng chưa rõ kết thúc vào những năm nào. Thường sự gối đầu giữa hai cuộc cách mạng công nghiệp là rất lâu, theo sách của Rifkin thì Cách mạng công nghiệp lần 3 là dựa trên 5 trụ cột nhưng vai trò của công nghệ in 3D ở cuộc cách mạng này được Rifkin nêu lên rất nổi bật và gọi là cách chế tác số hay chế tác cộng để thấy sự khác hẳn với cách chế tác truyền thống là chế tác trừ. Rifkin nói: Trong khi kinh tế của Cách mạng công nghiệp lần 3cho phép hàng triệu người tạo ra thông tin và năng lượng ảo của họ, cuộc cách mạng chế tác số nay lại mở ra khả năng đi theo cách chế tạo hàng hóa lâu bền. Ở thời đại mới này, mỗi người có thể là nhà sản xuất của mình cũng như là có địa chỉ Internet và công ty năng lượng của mình.

Đặc điểm của công nghệ in 3D, tức chế tác số là chế tạo sản phẩm theo yêu cầu khách hàng( dân chủ hóa), giảm đáng kể chi phí tiếp thị và chi phí vận chuyển, nhà máy sản xuất lớn nay trở thành nhà máy micro ở địa phương.

Tờ The Economist ủng hộ những ý kiến của Rifkin nhưng lại nói mạnh mẽ hơn, xem cốt lõi của cuộc Cách mạng công nghiệp lần 3 là Công nghệ in 3D, đã chuyển từ cách sản xuất lớn theo dây chuyền sang cách sản xuất tùy thuộc khách hàng, không có nhà máy lớn ở nơi sản xuất tập trung mà là nhiều nhà máy mini ở tại địa phương luôn gần gũi với khách hàng.

Rifkin cho rằng, cuộc Cách mạng công nghiệp lần 3 gồm 5 trụ cột:

1.     Sự chuyển dịch sang năng lượng tái tạo

2.     Chuyển hóa các công trình xây dựng ở tất cả các lục địa thành những nhà máy điện micro xanh thu năng lượng tái tạo tại chỗ.

3.     Triển khai công nghệ Hydro và các công nghệ lưu trữ khác trong từng tòa nhà và thông qua cơ sở hạ tầng để lưu trữ năng lượng gián đoạn.

4.     Dùng công nghệ Internet để biến đổi mạng lưới điện của từng lục địa thành năng lượng internet hoạt động như là internet (khi hàng triệu tòa nhà phát ra tại chỗ năng lượng tái tạo, có thể bán phần năng lượng xanh dư thừa cho mạng lưới và chia sẻ điện với các lục địa lân cận).

5.     Chuyển các phương tiện vận tải sang các phương tiện chạy điện và pin nhiên liệu. Có thể mua và bán điện xanh qua một lưới điện thông minh, tương tác cấp châu lục.

Sự tạo ra chế độ năng lượng tái tạo, tải bởi các tòa nhà, một phần được lưu trữ dưới dạng hydrogen, phân phối thông qua internet điện xanh và nối với chỗ cắm điện, vận tải không khí thải đã mở cánh cửa đến cuộc Cách mạng công nghệ lần 3. Toàn hệ là tương tác, tích hợp và không bị chia cắt. Khi cả 5 trụ cột hợp lại với nhau, chúng tạo ra một khối kỹ thuật thống nhất, một hệ nổi trội có các tính chất và chức năng rất khác với tổng các bộ phận. Nói cách khác, hợp năng giữa các trụ cột tạo ra khuôn mẫu mới có thể làm thay đổi thế giới.

Rifkin đã nhấn mạnh về công nghệ in 3D với cách mạng công nghiệp lần 3 như sau: Trong khi kinh tế của cách mạng công nghiệp lần 3 cho phép hàng triệu người tạo ra thông tin và năng lượng ảo của họ, cuộc cách mạng chế tác số nay lại mở ra khả năng đi theo cách chế tạo hàng hóa lâu bền. Ở thời đại này, mỗi người có thể là nhà sản xuất của mình cũng như là có địa chỉ internet và công ty năng lượng của mình. Quá trình này được gọi là in 3D.

Các nhà máy in 3D làm ra sản phẩm ba chiều nhờ thiết kế có máy tính hỗ trợ. Phần mềm làm việc trực tiếp với máy in 3D tạo ra các lớp kế tiếp của sản phẩm nhờ dùng bột, chất dẻo nóng chảy hay kim loại để tạo ra cái khung vật liệu. Máy in 3D có thể tạo ra nhiều bản sao tương tự như máy photocopy. Mọi loại hàng hóa từ đồ trang sức đến điện thoại di động, xe ô tô hay các bộ phận của máy bay các bộ phận cấy ghép y học, pin.. được “in ra” theo cách được gọi là “chế tác cộng” để phân biệt với “chế tác trừ” là cách đẽo, gọt vật liệu sau đó ghép lại với nhau. Các nhà kinh doanh 3D đặc biệt chú ý đến công nghệ in 3D vì công nghệ này chỉ dùng khoảng 10% vật liệu thô để tạo ra sản phẩm so với công nghệ truyền thống thông thường, năng lượng tiêu tốn cũng ít hơn nhờ đó giảm được giá thành.

Năng lượng tiết kiệm được trong quá trình chế tác số, từ giảm bớt vật liệu sử dụng đến ít tiêu hao năng lượng khi làm ra sản phẩm, nếu tính chung vào nền kinh tế toàn cầu làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng so với ở cuộc cách mạng công nghiệp lần 1 và lần 2.

Dân chủ hóa trong chế tác đi kèm với giảm đáng kể việc tiếp thị. Vì bản chất tập trung của công nghệ thông tin ở các cuộc cách mạng công nghiệp lần 1 và lần 2 là báo, tạp chí, radio, truyền thanh truyền hình – giá thành tiếp thị là rất cao và thích hợp với các hãng khổng lồ vì họ dành quỹ đáng kể để tiếp thị sản phẩm và dịch vụ cho sản phẩm họ làm ra. Internet đã làm thay đổi tiếp thị, từ phải mất rất nhiều chi phí đến chi phí không đáng kể. Điều này cho phép các nhà khởi nghiệp và các doanh nghiệp vừa và nhỏ tiếp thị sản phẩm và dịch vụ của họ ở địa chỉ web tỏa ra khắp không gian ảo, có khả năng cạnh tranh với nhiều doanh nghiệp lớn ở thế kỷ XXI.

Khi internet và công nghệ in 3D trở nên phổ biến rộng rãi hơn và tại chỗ, cũng là lúc chế tạo ra sản phẩm theo yêu cầu khách hàng làm giảm giá thành vận chuyển, tiết kiệm năng lượng đánh kể. Giá thành vận chuyển hàng hóa sẽ tụt xuống trong các thập kỷ tới vì hàng loạt sản phẩm sẽ được chế tạo tại địa phương trong những nhà máy sản xuất hydro và sản xuất tại chỗ.

Phạm vi của cách mạng công nghiệp lần 3 cho phép những doanh nghiệp vừa và nhỏ nở rộ. Nhưng những công ty toàn cầu chưa mất hết. Hơn thế nữa chúng sẽ biến hóa từ những cơ sở sản xuất chế tạo và phân phối sơ cấp thành tổ hợp. Ở thời đại kinh tế mới, vai trò của chúng là phối hợp và quản lý những mạng lưới rộng lớn làm cho buôn bán và trao đổi thông qua các chuỗi giá trị.

Tầm nhìn của Rifkin đã được cộng đồng quốc tế quan tâm. Nghị viện châu Âu đã ra tuyên bố chính thức đẩy mạnh cách mạng công nghiệp lần 3. Nhiều nước khác ở châu Á, châu Phi và châu Mỹ nhanh chóng chuẩn bị đưa ra những sáng kiến để có được chuẩn mực của nền kinh tế mới.

Công nghệ in 3D tuy còn non trẻ nhưng đã phát triển mạnh. Theo đà này không lâu nữa sẽ không cần những nơi cách biệt xa xôi để chế tạo ra sản phẩm. Còn những nơi xa xôi, cần một linh kiện, sản phẩm quý hiếm nào cũng không phải chờ đợi lâu mới có được mà sẽ có những công cụ đơn giản, chỉ cần nối với Wi-fi là chế tác ngay tại chỗ, đáp ứng yêu Công nghệ in 3D cùng với IoT là chìa khóa của Cách mạng công nghệ lần 3. Để có lợi trong cuộc cách mạng này, không phải là chờ xem nó diễn ra như thế nào mà là tổ chức, điều khiển cho nó diễn ra.

Các nước phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật có trình độ cao về công nghệ truyền thống, đã có nhiều cơ sở sản xuất lớn chi phối cả nền kinh tế toàn cầu thì trong thời gian gần đây luôn dẫn đầu về công nghệ in 3D. Đối với các nước này, công nghệ in 3D hỗ trợ đắc lực cho các dây chuyền sản xuất lớn mà họ đang làm chủ, đồng thời giúp tạo ra các sản phẩm mới, độc đáo mà công nghệ truyền thống của họ không đạt được. Cần nói thêm rằng các nước đang phát triển đang đầu tư rất đáng kể để phát triển công nghệ in 3D ở các nước khác. Việc bán máy in luôn đi đôi với việc bán mực in 3D (vật liệu dùng cho in 3D) đang là một hướng kinh doanh mang lại nhiều lợi nhuận của các nước phát triển hiện nay.

Cách làm phổ biến trong chế tạo hàng loạt máy điện tử là làm các đường dẫn điện theo cách quang khắc lá đồng mỏng (dày chỉ vài chục micromet) phủ trên tấm nhựa phẳng. Sau khi cho ăn mòn những chỗ ánh sáng không chiếu vào, trên tấm nhựa phẳng còn lại các đường dẫn bằng đồng, người ta gọi đó là mạch in. Đặt các mạch tích hợp cũng như các linh kiện cần thiết lên mạch in và hàn các chân với các đường dẫn điện trên mạch in, có được bo mạch in PCB (printed circuit board). Một máy điện tử có thể gồm một bo mạch in ghép nối với nhau.

Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ vi điện tử, xu thế vi tiểu hình hóa đã thúc đẩy việc làm các mạch in chính xác, tinh vi. Hơn nữa, nhiều linh kiện điện tử như trasito trường. LED nếu chế tạo được theo kiểu làm cho phẳng đi để có thể tạo ra bằng cách in các lớp mỏng chồng lên nhau thì có thể phối hợp vừa in đường dẫn điện vừa in linh kiện trên một tấm phẳng nên gọi là in điện tử 2D ( 2d printing electronics).

Công nghệ in 3D hỗ trợ cho Vật lý

Ngược lại, công nghệ in 3D đã tạo điều kiện cho Vật lý giải quyết nhiều vấn đề mà công nghệ truyền thống chưa giải quyết được.

Ví dụ là vấn đề làm pin, awcquy chứa được nhiều năng lượng, thể tích nhỏ gọn. Ngoài vấn đề chất liệu, vấn đề làm sao cho diện tích thực của bề mặt các điện cực lớn, chúng không cách nhau quá xa… đòi hỏi phải dùng những vật liệu đặc biệt, chế tạo theo công nghệ in 3D.

Vấn đề siêu vật liệu chiết xuất âm cũng vậy. Lý thuyết đã đi trước một bước, những cách chế tạo theo công nghệ truyền thống đều chưa đưa đến kết quả mong muốn. Người ta đang hướng về sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra cấu trúc của siêu vật liệu chiết xuất âm.

Công nghệ in 3D và chế tạo pin

Chế tạo pin kích thước nhỏ nhưng chứa được nhiều năng lượng là thách thức lâu nay cho vật lý.

Thực tế cho đến nay, pin nhỏ thích hợp cho nhiều máy móc điện tử thông dụng đồng thời giá không quá cao là pin Li – on. Tuy nhiên đối với nhiều máy móc điện tử hiện đại, ví dụ máy đeo tai để nghe cho người khiếm thính, máy trợ tim, máy gắn ở gọng kính thực hiện nhiều chức năng hiển thị hình ảnh ở mắt kính… thì pin Li – on đã chế tạo được còn quá to so với bản thân máy điện tử.

Có xu hướng dùng công nghệ in 3D để in được pin nhỏ hơn nhưng năng lượng điện chứa được lớn hơn nhiều và có thể kết hợp in 3D cả pin, cả máy điện tử vào chung để thể tích thật nhỏ gọn. Ở đây không đơn giản là kỹ thuật in 3D mà phải tìm tòi các loại mực in 3D, đặc biệt là mực in 3D dẫn điện.

Đặc điểm tùy thuộc cá nhân của y tế

Ngành y tế với nhiệm vụ chữa bệnh, bảo vệ sức khỏe cho con người, do cơ thể mỗi người mỗi khác, tuy có tính tương đồng nhưng dị biệt rất lớn. Phần lớn sản phẩm y tế không thể làm đồng loạt, trái lại phải làm riêng lẻ, phụ thuộc không những lứa tuổi, nhóm người mà phụ thuộc đến cả từng người.

Ví dụ dễ thấy nhất là chữa bệnh răng hàm mặt. Khi phải thay răng hỏng, làm hàm răng giả cho bất cứ người bệnh nào, điều mà bác sĩ nha khoa khá vất vả là lấy được đúng hình dạng, kích thước của răng, hàm răng cần thay thế của người bệnh. Cách phổ biến lâu nay vẫn làm là cắn vào khuôn nhựa nóng lúc nhựa còn mềm rồi chờ nguội lấy ra để có khuôn âm bản và từ đó làm ra dương bản, tức là răng, hàm răng cần thay thế. Phải chỉnh sửa, mài gọt từng ít một, thử đi thử lại nhiều lần mới có được răng, hàm răng phù hợp mang vào không đau, nhai được…

Cho nên người cần làm răng giả, hàm giả phải chờ đợi hàng tuần, hàng tháng mới xong đó là chuyện rất thường. Công nghệ in 3D cho phép dùng cách chụp ảnh (chụp ảnh tia X, chụp ảnh thường…) là có ngay được số liệu đặc điểm, hình dáng của răng, hàm, mặt từng người, từ đó có các thông số đưa vào chương trình điều khiển máy in 3D chuyên dụng in ngay ra răng, hàm răng giả thay thế cho răng, hàm răng bị khiếm khuyết.

Khó khăn lớn nhất của việc chữa bệnh bằng cách cấy ghép, thay thế là hoạt động của hệ miễn dịch. Mỗi người có một hệ thống miễn dịch riêng, rất nhạy cảm với những yếu tố lạ tức là kháng nguyên vào cơ thể. Nhận biết được kháng nguyên, lập tức cơ thể tạo ra kháng thể để phản ứng lại, bảo vệ cho cơ thể. Nhiều công nghệ sinh học hiện đại đã hỗ trợ cho công nghệ in 3D sinh học như công nghệ mô và tế bào gốc. Như vậy đối với y tế, nơi có rất nhiều đặc điểm về cá nhân hóa, công nghệ in 3D đáp ứng được nhu cầu cá nhân hóa về hình dạng, kích thước lại có triển vọng đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa về chất liệu sinh học.

Nhằm cố gắng ngăn chặn nạn trộm các tượng Phật quý giá một số nhóm ở Nhật quay sang dùng công nghệ in 3D để in bản sao các tượng Phật. Cơ quan văn hóa của Nhật cho biết từ 2007 đến 2009 đã có 105 vụ trộm cắp điêu khắc lịch sử.

Các sinh viên trường Cao đẳng Kỹ thuật đã dùng các máy quét 3D để tạo ra bản sao ảo của một tượng Phật nổi tiếng ở một ngôi chùa địa phương. Phải mất 6 tháng mới hoàn thành được bản sao in 3D của bức tượng đó.

Kết quả rất đáng khích lệ, nhiều nơi hưởng ứng là nên ứng dụng phương pháp in 3D này để làm bản sao cho nhiều tượng Phật nổi tiếng khác. Thượng tọa chủ trì chùa ở Jianglin cũng đã lo lắng về bức tượng Phật Amitabha rất quý về mặt lịch sử ở chùa mình. Sau khi biết được khả năng của công nghệ in 3D, ông đã quyết định làm bản sao của bức tượng đặt ở chùa và gửi bức tượng thật sang bảo tàng địa phương để lưu giữ an toàn.

Giáo sư Klaus Schwab là sáng lập viên, kiêm chủ tịch Diễn đàn kinh tế thế giới đã cho ra mắt cuốn sách “Cuộc cách mạng công nghiệp lần 4”.

Ở sách này ông khẳng định là thế giới đang tiến đến một cuộc cách mạng công nghiệp làm thay đổi cơ bản lối sống, phong cách làm việc và cách thức giao tiếp. Xét về mức độ và tính phức tạp, sự dịch chuyển này không giống với bất kỳ điều gì mà con người từng trải qua.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần 3 vào năm 1969 đã sử dụng điện tử và công nghệ thông tin để tự động hóa sản xuất. Tới ngày nay, một cuộc cách mạng công nghiệp lần 4 đang được hình thành trên nền tảng của cuộc cách mạng công nghiệp lần 3, đó là cuộc Cách mạng số đã bắt đầu xuất hiện từ giữa thế kỷ trước. Cuộc cách mạng này là một loạt công nghệ giúp xóa nhòa ranh giới giữa các lĩnh vực Vật lý số hóa và Sinh học.

Giống như các cuộc cách mạng trước đây, cuộc Cách mạng công nghiệp lần 4 hứa hẹn sẽ giúp gia tăng thu nhập và cải thiện chất lượng cuộc sống cho mọi người dân trên toàn thế giới. Hiện nay những người được hưởng lợi nhất là người tiêu dùng có điều kiện tiếp cận và sử dụng thế giới số. Công nghệ đã giúp tạo ra các sản phẩm và dịch vụ mới, từ đó tăng hiệu quả và thỏa mãn cuộc sống cá nhân của mỗi người. Gọi xe taxi, đặt vé máy bay, mua sản phẩm, thanh toán, nghe nhạc, xem phim hay trò chơi… tất cả đều có thể thực hiện từ xa.

Trong tương lai, sáng tạo công nghệ cũng sẽ thay đổi kỳ diệu lĩnh vực cung cấp với những tiện ích lâu dài về tính hiệu quả và năng suất. Chi phí vận chuyển và liên lạc giảm, dây chuyền hậu cần và cung cấp toàn cầu sẽ trở nên hiệu quả hơn, chi phí thương mại được giảm thiều. Tất cả những yếu tố đó sẽ mở ra những thị trường mới và thúc đẩy tăng trưởng kinh tế.

Theo PGS.TS Nguyễn Đức Khiển

Nguyên Giám đốc Sở Khoa học Công nghệ Hà Nội/

Tạp chí Môi trường Đô thị Việt Nam