Chàng tiến sĩ Việt và dự án máy in 3D giá rẻ

Cuối năm 2012, tiến sĩ Lê Trường Sơn từ Mỹ trở về nhà cưới vợ sau sáu năm sinh sống ở nước ngoài.

Trong vali của tiến sĩ vật lý Trường ĐH Brown (Providence) là toàn bộ linh kiện chiếc máy in 3D phiên bản đầu tiên do anh thiết kế, với hi vọng có thể sản xuất hàng loạt sản phẩm này.

Về đến Việt Nam, sau khi hỏi thăm một số cơ sở sản xuất, Lê Trường Sơn đối diện với vấn đề nan giải đầu tiên: nếu sản xuất ở Việt Nam thì giá thành sản phẩm chưa đủ tối ưu để sản xuất quy mô lớn.

“Lúc đó tính ra giá cũng 600-700 USD/chiếc, tương đương giá thành ở Mỹ, không đủ để phát triển quy mô lớn - tiến sĩ Sơn, 32 tuổi, giải thích với tôi trong cuộc gặp ở Washington DC hồi tháng 9 - Các chi tiết nhựa để sản xuất máy in khá phức tạp và sản xuất ở Việt Nam vẫn còn đắt”.

Cách mạng về sản xuất

Không sản xuất ngay được máy in quy mô lớn, Sơn vẫn cho sản xuất bộ bo mạch của chiếc máy in để bán thử ở thị trường Mỹ. Anh bán trên eBay với sự hỗ trợ sản xuất ở đầu Việt Nam qua một người bạn học từ nhỏ. Việc bán chip của Sơn diễn ra rất suôn sẻ. Anh cho tôi xem bảng kê bán hàng với con số không tồi: hơn chục ngàn USD nhờ bán bo mạch chỉ sau mấy tháng.

Công nghệ in 3D đã có từ đầu những năm 1980, nhưng chủ yếu để dùng in kim loại nên giá rất đắt. Chi phí cao và tính phức tạp của công nghệ in này khiến chỉ những nhà sản xuất lớn như Boeing, General Motors mới đủ sức sử dụng máy in 3D để sản xuất các sản phẩm mẫu hoặc các thiết kế đòi hỏi tính đặc chế cao.

Đột phá cho máy in 3D chỉ xuất hiện từ đầu những năm 2000 khi có loạt công nghệ mới (và cách tư duy khác về in 3D) để có thể phát triển được thành dạng máy in 3D cá nhân.

Máy in 3D hiện tại sử dụng một số công nghệ, trong đó phổ biến nhất là công nghệ bằng laser hay công nghệ FDM (fused deposition modeling) với vật liệu sử dụng chủ yếu là nhựa nhiệt dẻo dạng sợi như PLA hay ABS. Máy in bằng kim loại hay các vật liệu khác cũng có nhưng giá thành đắt và phức tạp hơn nhiều.

Tiến sĩ Lê Trường Sơn làm việc trong phòng thí nghiệm của anh. Phía sau là một phiên bản cũ của chiếc máy in 3D anh làm - (Ảnh: Thanh Tuấn)

Về cơ bản, máy in 3D chính là một dạng robot với đầu vào là các thiết kế sẽ được đưa vào từ máy tính. Máy in 3D sẽ có hệ thống đầu phun mực (được coi là bộ phận phức tạp nhất về công nghệ), các động cơ bước để điều khiển đầu phun và trục mặt phẳng để nâng/hạ bàn in.

Cách thức in FDM sẽ in vật liệu theo từng lớp cắt mỏng của vật liệu. Để máy in hoạt động, người sản xuất máy phải viết chương trình cho các bo mạch, sau đó máy in sẽ thực hiện lệnh in theo những thiết kế được nạp vào.

“Tính cách mạng lớn nhất của máy in 3D là khả năng cá nhân hóa cực cao các sản phẩm mà mình tạo ra - Lê Trường Sơn giải thích - Trước kia, những món đồ này sẽ rất đắt hoặc không thể sản xuất được ở quy mô nhỏ”.

Ước mơ máy từ 300-500 USD

Rất nhiều đồ dùng cá nhân giờ có thể sản xuất được bằng máy in 3D. Việc sử dụng vật liệu nhựa từ ABS hay PLA phần lớn làm từ ngô nên rất an toàn, do vậy nhiều công ty đang tận dụng chất liệu này để làm các sản phẩm cho trẻ em. Ngay với các phiên bản máy in sau này, Sơn cũng “in” các thiết bị của máy trên chính các phiên bản máy in cũ của mình.

Đầu năm nay, tại ĐH Washington ở St. Louis, các sinh viên đã “in” một cánh tay robot bằng nhựa cho cô bé Sydney Kendall, 13 tuổi. Cánh tay robot màu hồng này có giá thành chỉ 200 USD so với giá thông thường trên thị trường hiện tại là khoảng 6.000 USD.

Mẹ của cô bé, bà Beth Kendall nói với báo giới: “Hiện giờ giá các tay nhựa là rất đắt và vì lũ trẻ liên tục lớn, sẽ rất đắt để chúng có loại tay mới nhất... Với máy in 3D, các tay giả thế này có thể rẻ hơn rất nhiều”. Và chiếc máy in để in cánh tay này có giá thành khoảng 2.500 USD.

Anh Trần Bình Minh, giám đốc trung tâm thiết kế kiểu dáng công nghiệp thuộc Viện R&D của Viettel, khi trao đổi với TTCT cho biết bên anh đã mua một máy in 3D công nghiệp với giá 500.000 USD.

“Chiếc máy đã hoàn toàn cách mạng hóa quá trình sản xuất của chúng tôi - anh Minh nói - Các quá trình tạo mẫu sản phẩm nếu trước kia mất hàng tháng trời giờ chỉ cần vài giờ hoặc vài ngày”. Với nghiên cứu R&D, với sản xuất, đây là bước đột phá lớn thật sự. “Công việc của chúng tôi đã dễ dàng và nhanh chóng hơn rất nhiều”.

Ứng dụng của máy in 3D rất rộng, đặc biệt trong thiết kế mẫu, thiết kế đồ chơi. Các thiết kế trong y học như cánh tay/chân robot, răng... đều có thể in bằng 3D. Thậm chí đã có nghiên cứu để có thể phát triển các bộ phận nhân tạo như thận bằng máy in 3D. Ở Ý, đã có công ty sản xuất ra loại máy in 3D có thể “in” ra nhà từ bùn đất.

Trên thị trường hiện tại, đã có một số máy in 3D gia dụng của MakerBot, Lulzbot, Solidoodle... có giá bán dao động từ xấp xỉ 600 USD tới vài ngàn USD. Nhưng theo giới chuyên gia, loại thật sự sử dụng được, sản phẩm có độ mịn cao trên 1.100 USD.

Sơn mong muốn sản xuất được máy in với giá thành 300-500 USD/máy để có thể sản xuất đại trà được ở Mỹ và Việt Nam. Theo anh, mức giá đó và với chất lượng tốt, đó có thể sẽ là cuộc cách mạng lớn để đưa máy in tới các gia đình.

“Khi đó các gia đình có thể in bất cứ thứ đồ gì họ muốn. Cái họ cần chỉ là bản thiết kế của sản phẩm” - anh nói.

Khi tôi đến nhà Sơn ở Gaithersburg, phía bắc Washington DC, một căn phòng được trưng dụng làm phòng thí nghiệm máy in 3D. Các khung máy in với kích thước 42x42x42cm nằm ngổn ngang trên bàn và dưới góc nhà. Sơn nói anh đã trải qua được 4-5 phiên bản khác nhau của chiếc máy in 3D và cho tôi xem những sản phẩm in mẫu với thiết kế phức tạp và độ mịn cao.

“Cứ khoảng sáu tháng thì tôi có một phiên bản mới. Các phiên bản sau độ ổn định đã cao hơn” - anh hào hứng. Hiện kích thước vật lớn nhất mà máy của Sơn in được là 20x20x20cm. Phiên bản 3D này là một trong những phiên bản máy in tiện gọn nhất trên thị trường hiện nay.

Đó là một quá trình bắt đầu từ sự tò mò khi Sơn bị hấp dẫn bởi ý tưởng cái máy có thể sản xuất được bất cứ gì mình muốn. Những người làm kỹ thuật nói chung như anh đều muốn một cái máy như vậy. Khi đó ở Trường Brown của Sơn cũng có chiếc máy in 3D trong phòng thí nghiệm.

Tháng 10-2012, gần một năm sau khi biết và để ý đến máy in 3D, Sơn làm ra phiên bản máy in 3D đầu tiên trên nền mã nguồn mở.

“Khi có máy trong tay mới thấy mình không thể sống thiếu nó được” - Sơn cười nói với tôi. Sau phiên bản đầu, cuộc chạy đua tiếp theo chính là việc phải tự sáng tạo của bản thân.

Trong thiết kế chiếc máy in, chiếc đầu phun máy in được coi là phức tạp và là nơi đòi hỏi sáng tạo nhiều nhất. “Đụng đến rồi thì thấy đây là nơi còn rất nhiều đất để phát triển. Lúc đó tôi nghĩ mình có thể làm ra cái máy với mức giá hợp lý hơn cho thị trường”.

Cạnh tranh với Trung Quốc

Cuộc buôn bán trên mạng ngay lập tức đặt Sơn vào sự cạnh tranh trực tiếp với những vấn đề nan giải muôn thuở của thị trường: ăn cắp bản quyền. Bộ chip mà Sơn gửi về Việt Nam để sản xuất chỉ sau hơn một tuần rao bán trên eBay (2-3 tháng kể từ khi gửi) đã bị sao chép nguyên xi và được rao bán với mức giá rẻ hơn từ một nhà sản xuất ở Trung Quốc.

“Tôi biết đó là sản phẩm của mình rất ngẫu nhiên. Thiết kế ban đầu của tôi có lỗi nên sau loạt sản xuất thử đầu tiên, tôi phải sửa lại thiết kế. Khi soi bộ bo mạch kia, họ có nguyên xi cái lỗi đó - Sơn giải thích - Tôi hoàn toàn không rõ thiết kế bị lộ từ nguồn nào”.

Cuộc cạnh tranh giá diễn ra rất khốc liệt. Khi Sơn rao bán bộ bo mạch với giá 100 USD thì những nhà sản xuất Trung Quốc rao bán với giá 80 USD cho một thiết kế y hệt (sau 2-3 tháng). Khi Sơn hạ giá xuống 80 USD cho bằng giá thì ngay lập tức giá từ Trung Quốc hạ xuống chỉ còn 60 USD. Mức giá cuối cùng Sơn hạ xuống là 70 USD - mức mà anh coi là đủ đảm bảo có lãi để tái sản xuất.

“Khả năng cạnh tranh của hàng Trung Quốc là rất cao. Đó là cuộc chơi khó, rất khó, nhưng là cuộc chơi mình phải chấp nhận - Sơn nói - Họ quá giỏi về sao chép”. Khi tôi hỏi về chuyện đăng ký bản quyền để đối phó, Sơn nói phát triển máy in 3D có sự tham gia rất mạnh của cộng đồng mạng. Lực lượng này cùng phát triển và chia sẻ các thiết kế, những sáng kiến mới.

“Mọi thứ bắt đầu từ nguồn mở, nên cũng không nên ôm khư khư thiết kế rồi đi đăng ký bản quyền” - Sơn nói. Anh nói sẵn sàng hoan nghênh người khác sử dụng thiết kế của mình và không giấu gì cả.

“Lợi thế của công ty, của người sáng tạo là buộc lòng phải sáng tạo, sáng tạo liên tục, tìm ra cái mới. Những người sao chép bao giờ cũng đi sau một hoặc hai phiên bản”.

Sáu tháng trước, Sơn đã chính thức ngưng bán các bộ bo mạch sau hơn 15 tháng bán liên tục. Anh cho biết bán hàng lãi vẫn rất tốt ở mức “30-40%”, nhưng nếu tập trung bán hàng thì không có thời gian phát triển máy in hoàn chỉnh.

“Cuối cùng bán bo mạch không phải là mục tiêu chính của tôi. Tôi muốn bán được cái máy in hoàn chỉnh” - Sơn nói. Hai tuần trước, tôi liên lạc lại với Sơn và được anh cho biết đã hoàn thành gần xong phiên bản mới và chuẩn bị chạy thử nghiệm. Một vài nhà đầu tư tiềm năng đã tiếp xúc với anh và một người đã đồng ý trên nguyên tắc về đầu tư.

Sơn nói máy in sẽ sớm hoàn thiện để bán trên Amazon và eBay vào cuối tháng 11 này.

Sinh ra và lớn lên ở tỉnh Hà Nam, Sơn từng học vật lý ở ĐH Bách khoa Hà Nội và giảng dạy ở đây trước khi sang Mỹ năm 2007 theo học bổng VEF để làm tiến sĩ về vật lý bán dẫn ở ĐH Brown, một trong những trường Ivy League danh tiếng của Mỹ về khoa học. Sơn đang làm tại Viện Chuẩn công nghệ quốc gia Mỹ (NIST), chuyên về đưa ra các chuẩn công nghệ về điện trở. Ngoài niềm đam mê khoa học ứng dụng và luôn rất mạnh về thực nghiệm, anh còn là một “tín đồ” cắm trại và chạy thuyền buồm. “Lúc nào tôi cũng nghĩ phải sáng tạo cái gì đó. Tôi học vật lý thực nghiệm cũng là vì như vậy - Sơn nói - Giải phương trình không phải là cái tôi muốn”. Ngoài chiếc máy in 3D, anh ao ước được một lần dong thuyền buồm từ Mỹ về Việt Nam, như một cuộc vượt đại dương kép của một tiến sĩ trẻ.