English
Khách mang tới xưởng một bản vẽ con khủng long cao 4 mét cho khu vui chơi, hạn giao hai tuần. Câu đầu tiên chúng tôi hỏi thường không phải là “file đâu” mà là “đặt trong nhà hay ngoài trời, có ai leo lên không, dùng một lần hay dùng nhiều năm”. Vì với xốp, cắt ra hình chỉ là một nửa công việc. Nửa còn lại nằm ở chuyện chọn đúng loại xốp và đúng lớp phủ. Chọn sai thì mô hình đẹp tuần đầu, sang tháng thứ ba đã nứt bả, móp góc, phồng sơn.
Bài này không nhắc lại phần so sánh CNC với in 3D, chuyện đó đã có trong bài CNC xốp và CNC gỗ trong tạo mẫu nhanh. Ở đây mình đi sâu vào ba câu hỏi mà người đặt hàng hay bỏ qua: xốp nào, cắt kiểu gì, phủ bằng gì.
Ba loại xốp hay dùng trong xưởng
Xốp EPS: rẻ, nhẹ, dễ cắt nhưng phải chọn đúng tỷ trọng
EPS (expanded polystyrene) là loại xốp trắng quen thuộc, nhìn kỹ sẽ thấy từng hạt tròn dính vào nhau. Nó được làm từ các hạt polystyrene nở ra rồi ép lại, nên giữa các hạt luôn có khe nhỏ. Tỷ trọng EPS thương mại thường nằm trong khoảng 11 đến 32 kg/m³.
Con số tỷ trọng này quan trọng hơn nhiều người nghĩ. Xốp 10 đến 12 kg/m³ rất nhẹ, bóp tay là lõm, hạt dễ bung khi dao phay chạy qua. Dùng cho khối lõi bên trong thì được, làm bề mặt thì không. Xốp khoảng 20 kg/m³ là mức hay dùng nhất cho mô hình quảng cáo, chữ nổi cỡ lớn, phù điêu sân khấu. Lên 25 đến 30 kg/m³ thì bề mặt sau phay mịn hơn hẳn, góc cạnh giữ được, ít phải bả. Giá cao hơn nhưng tiết kiệm công hoàn thiện.
Kinh nghiệm thực tế: khi mua khối EPS, hỏi nhà cung cấp tỷ trọng cụ thể và xin luôn loại có phụ gia chống cháy (thường ghi là FR hoặc loại “khó cháy”). Đừng chỉ nói “cho tôi xốp loại tốt”, vì mỗi nơi hiểu “tốt” một kiểu.
Xốp XPS: mịn, chắc, hợp chi tiết nhỏ
XPS (extruded polystyrene) cũng là polystyrene nhưng được đùn ép thành tấm, không có hạt. Bề mặt cắt ra mịn, đều, cứng hơn EPS. Tỷ trọng thường khoảng 28 đến 34 kg/m³. Ở Việt Nam hay gặp loại tấm màu xanh, hồng hoặc vàng dùng cách nhiệt.
XPS hợp với chữ nổi cỡ vừa, sa bàn, mô hình kiến trúc, chi tiết có cạnh sắc hoặc hoa văn nhỏ. Nhược điểm là chỉ có dạng tấm, dày nhất thường vài chục mm đến khoảng 100 mm, muốn làm khối to phải dán nhiều lớp. Giá trên mỗi m³ cũng cao hơn EPS khá nhiều.
Xốp PU cứng: dành cho mẫu cần độ chi tiết và độ bền
PU foam cứng (rigid polyurethane foam) là nhóm khác hẳn. Nó được tạo ra bằng cách trộn hai thành phần lỏng, isocyanate và polyol, để nở thành khối. Tùy công thức mà ra được nhiều mức tỷ trọng và độ cứng. Loại tỷ trọng cao còn được bán dưới dạng tooling board để làm mẫu gốc, mẫu đúc, khuôn ép nhiệt.
Ưu điểm lớn của PU là không bị dung môi trong sơn, keo ăn mòn như polystyrene. Phay ra chi tiết rất sắc, chà nhám được như gỗ. Nhược điểm là đắt, bụi phay mịn và bám khắp nơi, nên thợ phải đeo khẩu trang lọc bụi tốt. Nếu bạn đang phân vân giữa PU tỷ trọng cao với gỗ hay MDF cho mẫu gốc, có thể xem thêm bài gỗ, MDF hay tooling board để làm mẫu.
Chọn nhanh theo công việc
Nếu cần một quy tắc dễ nhớ thì thế này. Mô hình lớn hơn đầu người, ngân sách vừa phải, sẽ phủ dày: dùng EPS 18 đến 25 kg/m³. Chữ nổi, logo, sa bàn, cần cạnh đẹp: dùng XPS. Mẫu gốc để làm khuôn, chi tiết nhỏ, cần sơn bóng như thật: dùng PU tỷ trọng cao. Nhiều công trình chúng tôi làm kết hợp cả hai, lõi EPS cho nhẹ và rẻ, phần mặt, phần mắt, ngón tay của mascot thì dán PU để phay chi tiết.
Cắt dây nhiệt hay phay CNC
Cắt dây nhiệt (hot wire)
Máy cắt dây nhiệt dùng một sợi dây kim loại được nung nóng bằng dòng điện. Dây đi qua tới đâu thì xốp polystyrene chảy ra tới đó, để lại vết cắt phẳng và nhanh. Máy CNC hot wire có 2 trục hoặc 4 trục, cắt được khối hình học, chữ, profile có mặt cắt thẳng xuyên suốt và cả mặt cong dạng thước kẻ (ruled surface) như cánh máy bay mô hình.
Cái hay của hot wire là nhanh, gần như không có bụi, mặt cắt nhẵn. Cái dở là dây chỉ đi thẳng, không khoét được hốc, không làm được bề mặt hữu cơ như khuôn mặt, nếp áo. Ngoài ra polystyrene khi bị nung chảy sẽ bốc khói, xưởng phải có quạt hút và không để thợ đứng sát dây cả ngày. PU foam thì không nên cắt dây nhiệt, vì khói của nó độc hơn và chất lượng cắt cũng không tốt.
Phay CNC 3 trục, 4 trục, 5 trục và robot
Phay CNC dùng dao quay để gọt dần khối xốp theo file 3D. Đây là cách làm tượng, mascot, phù điêu, chữ có bo cạnh, bất cứ thứ gì có bề mặt tự do. Máy 3 trục làm tốt phù điêu và các mảnh có một mặt nhìn. Máy 4 trục có trục xoay, hợp với khối tròn như cột, thân cây, tượng đứng. Máy 5 trục hoặc robot gắn đầu phay thì xử lý được chỗ khuất, chỗ lẹm mà máy 3 trục phải lật phôi nhiều lần.
Với EPS, thợ thường phay thô bằng dao lớn, bước lớn để lấy nhanh khối, rồi phay tinh bằng dao đầu cầu bước nhỏ. Bước dao càng nhỏ thì bề mặt càng mịn nhưng thời gian càng dài. Đây là chỗ phải cân đo: mô hình sẽ phủ dày composite thì không cần phay tinh quá kỹ, vì đằng nào cũng bả lại. Mô hình sơn trực tiếp lên lớp phủ mỏng thì phải phay tinh kỹ.
CT3D có hệ thống máy CNC 3, 4, 5 trục và robot công nghiệp cho xốp, xưởng đặt ở Hóc Môn, Thủ Đức và Biên Hòa. Bạn có thể xem dự án và quy trình ở trang dịch vụ cắt CNC xốp.
Khi nào dùng cả hai
Một công trình chữ nổi 3 mét thường cắt khối thô bằng hot wire cho nhanh, sau đó đưa lên máy phay để bo cạnh, khắc chi tiết. Một con mascot thì ngược lại, phay gần như toàn bộ, chỉ dùng hot wire để xẻ khối lớn thành tấm trước khi đưa lên máy. Dùng đúng chỗ thì tiết kiệm được cả giờ máy lẫn tiền xốp.
Chia khối và ghép: chuyện nhỏ nhưng quyết định độ bền
Khối EPS thương mại có kích thước giới hạn, máy phay cũng có hành trình giới hạn. Vật cao 4 mét chắc chắn phải chia thành nhiều phần. Việc chia này nên làm ngay trên file 3D, không phải đợi tới lúc cắt.
Một vài nguyên tắc mà xưởng nào làm lâu cũng rút ra. Đường chia nên đi qua chỗ ít chi tiết, tránh cắt ngang mắt, miệng, chữ. Mỗi mảnh nên có chốt định vị (key) dạng gờ lồi lõm hoặc lỗ để cắm ống, để khi ghép không bị lệch. Với vật đứng ngoài trời hoặc có người chạm vào, nên chừa sẵn rãnh trong lõi để luồn khung sắt hoặc ống thép. Xốp không chịu lực, khung mới là thứ giữ hình.
Khâu dán cũng phải chú ý. Polystyrene bị nhiều dung môi hữu cơ hòa tan, gồm acetone, MEK, ethyl acetate, các dung môi thơm như toluene, xylene. Dùng nhầm keo con chó hay keo xịt gốc dung môi là mặt xốp bị ăn lõm ngay. Với EPS và XPS, hãy dùng keo gốc nước, keo PU một thành phần, hoặc keo chuyên cho xốp ghi rõ “foam safe”. Mảnh lớn thì dán kết hợp xiên que tre hoặc ống nhựa xuyên qua mối ghép.
Lớp phủ: phần làm nên tuổi thọ của mô hình
Xốp trần gần như không dùng được lâu. Nó mềm, dễ móp, sợ dung môi, sợ nắng (polystyrene để ngoài trời lâu sẽ ố vàng và bở bề mặt). Lớp phủ là thứ quyết định mô hình sống được vài tuần hay vài năm.
Bả và sơn gốc nước: cho đồ trong nhà, dùng ngắn hạn
Cách rẻ nhất là quét một lớp keo gốc nước hoặc bả acrylic, chà nhám, rồi sơn nước. Phù hợp với phông sân khấu, đạo cụ sự kiện vài ngày, mô hình trưng bày trong nhà không ai chạm vào. Ưu điểm là nhanh, rẻ, thợ nào cũng làm được. Nhược điểm là va nhẹ đã lõm, không chịu được mưa.
Lưu ý lớn nhất: tuyệt đối không xịt sơn gốc dầu, sơn xịt thông thường (có dung môi) trực tiếp lên EPS. Muốn dùng các loại sơn đó phải có lớp lót ngăn cách trước.
Phủ composite FRP: chắc chắn, chịu được ngoài trời
Composite FRP là sợi thủy tinh tẩm nhựa resin. Đây là lựa chọn quen thuộc cho tượng ngoài trời, mô hình quảng cáo cố định, chữ nổi trên mặt tiền. Sau khi phủ, bề mặt cứng như vỏ thuyền, sơn được bằng sơn ô tô, sơn PU, chịu nắng mưa nhiều năm nếu làm đúng.
Có một cái bẫy mà người mới hay dính. Nhựa polyester thông dụng có chứa styrene, mà styrene lại hòa tan polystyrene. Quét thẳng polyester lên EPS là xốp chảy ra thành hố. Cách xử lý là quét lớp lót ngăn (barrier coat) như keo gốc nước, bả gốc nước hoặc lớp epoxy mỏng trước, hoặc dùng nhựa epoxy cho cả lớp phủ. Với PU foam thì không gặp vấn đề này.
Nếu bạn cần nhân bản nhiều con giống nhau, mô hình xốp phủ composite sau khi hoàn thiện có thể dùng luôn làm mẫu gốc để lấy khuôn. Quy trình này được viết riêng trong bài khuôn composite FRP. Ngoài ra, bài cũ về nâng cao chất lượng sản xuất tượng composite cũng có vài kinh nghiệm đáng đọc.
Phủ polyurea phun nóng: lớp áo dẻo, chống va đập
Polyurea là một loại elastomer, tức vật liệu đàn hồi, tạo thành khi trộn thành phần isocyanate với thành phần amine. Phản ứng xảy ra rất nhanh, thường chỉ vài giây đã se mặt, nên phải dùng máy phun nóng hai thành phần chuyên dụng (hot spray), trộn ngay ở đầu súng. Polyurea có độ bền kéo cao, độ giãn dài lớn, chịu va đập và mài mòn tốt. Ngoài công nghiệp, nó còn được dùng để lót thùng xe tải, bể chứa, phủ thân tàu.
Với mô hình xốp, polyurea là lựa chọn rất đáng tiền cho những món bị chạm nhiều: mascot đặt ở sảnh trung tâm thương mại, mô hình ở khu vui chơi trẻ em, đạo cụ sân khấu phải chở đi chở lại nhiều lần, chữ nổi ở chỗ đông người. Lớp phủ dẻo nên va vào không nứt như composite, và vì khô nhanh nên một ngày có thể phủ xong nhiều mô hình.
Đổi lại, máy phun polyurea đắt, người phun phải có kinh nghiệm và trang bị bảo hộ hô hấp đầy đủ vì có isocyanate. Bề mặt polyurea sau phun hơi sần, nếu muốn mịn bóng thì vẫn phải bả mỏng và sơn phủ. Giá thành trên mỗi m² cao hơn bả sơn thông thường nhiều lần, nên chỉ đáng dùng khi mô hình cần bền thật sự.
Bảng chọn lớp phủ theo nơi đặt
Đồ dùng trong nhà, vài ngày đến vài tuần, không ai chạm: bả và sơn gốc nước là đủ. Trong nhà nhưng dài hạn, có người qua lại: phủ epoxy hoặc composite mỏng, sơn PU. Ngoài trời, cố định, cần cứng như đá: composite FRP dày, sơn chống UV. Bị chạm, va, vận chuyển nhiều: polyurea, sau đó sơn màu. Mẫu gốc để làm khuôn: PU foam phủ primer, chà nhám tới độ mịn cần thiết.
An toàn cháy: đừng để tới lúc xảy ra mới lo
Đây là phần nhiều xưởng nói rất ít, nhưng mình muốn nói rõ. Cả polystyrene lẫn polyurethane đều là vật liệu cháy được. Theo tiêu chuẩn DIN 4102 của Đức, polystyrene không có phụ gia được xếp vào nhóm B3, tức dễ bắt lửa. EPS thường có chỉ số oxy giới hạn khoảng 18%, thấp hơn mức các quy chuẩn xây dựng hay đòi hỏi, nên nhà sản xuất phải thêm chất chống cháy. Polyurethane khi cháy còn sinh ra carbon monoxide (CO) và hydrogen cyanide (HCN), hai loại khí rất độc.
Bài học đắt giá nhất là vụ cháy hộp đêm The Station ở bang Rhode Island, Mỹ, năm 2003. Pháo hoa sân khấu bắn tia lửa vào lớp xốp polyurethane cách âm quanh sân khấu. Lửa lan nhanh tới mức chỉ trong khoảng sáu phút toàn bộ tòa nhà chìm trong lửa, 100 người thiệt mạng. Sau vụ đó, tiêu chuẩn NFPA 101 của Mỹ được sửa đổi về hệ thống phun nước ở các địa điểm tụ tập đông người.
Với mô hình xốp ở Việt Nam, vài việc nên làm:
- Chọn xốp EPS loại có phụ gia chống cháy, hỏi rõ khi mua.
- Không để xốp trần ở sân khấu có pháo, đèn công suất lớn, máy khói nóng. Phải có lớp phủ, tốt nhất có thêm sơn chống cháy hoặc lớp phủ khó cháy.
- Trong xưởng, khu cắt dây nhiệt phải có hút khói, có bình chữa cháy ngay bên cạnh, dọn mạt xốp hàng ngày.
- Với công trình trong nhà ở trung tâm thương mại, hỏi trước yêu cầu phòng cháy của ban quản lý tòa nhà, vì nhiều nơi bắt buộc có hồ sơ vật liệu.
Mấy việc này tốn thêm chút tiền và thời gian, nhưng nếu có chuyện thì không có số tiền nào bù lại được.
Quy trình đặt hàng gia công xốp cho trơn tru
Để báo giá nhanh và làm đúng ngay lần đầu, bạn nên chuẩn bị mấy thông tin sau. Đầu tiên là file 3D (STL, OBJ, STEP) hoặc ít nhất là hình ảnh nhiều góc kèm kích thước tổng. Chưa có file thì xưởng có thể dựng hình từ ảnh, hoặc scan một mẫu nhỏ rồi phóng to, xem thêm bài thiết kế 3D mô hình quảng cáo. Tiếp theo là nơi đặt, thời gian sử dụng, có người chạm hay không, có chở đi nhiều nơi không. Sau đó là màu sắc và kiểu hoàn thiện mong muốn: sơn mờ, sơn bóng, giả đá, giả đồng. Cuối cùng là cách lắp đặt: đặt trên sàn, treo, gắn tường, có cần đế và khung thép.
Chừng đó đủ để xưởng chọn loại xốp, cách cắt, lớp phủ và tính ra chi phí. Bài chi phí tạo mẫu nhanh có giải thích thêm các yếu tố làm giá lên xuống.
Mấy lỗi hay gặp và cách tránh
Lỗi thứ nhất là chọn xốp quá nhẹ cho rẻ. Kết quả là bề mặt rỗ hạt, bả mãi không phẳng, cuối cùng tiền công bả còn cao hơn tiền chênh lệch xốp.
Lỗi thứ hai là không làm khung. Mô hình cao trên 1,5 mét, đặt ngoài trời mà không có khung thép, gặp gió mạnh là đổ, hoặc nứt ở chân.
Lỗi thứ ba là dùng sai keo, sai sơn, sai resin. Như đã nói ở trên, dung môi và styrene ăn xốp polystyrene rất nhanh. Luôn thử trên một mẩu xốp vụn trước khi làm thật.
Lỗi thứ tư là phủ composite quá mỏng ở chỗ hay va, như mũi, tai, ngón tay của mascot, mép chữ. Những chỗ này nên đắp dày hơn hoặc gia cố thêm lưới sợi.
Lỗi thứ năm là quên đường thoát nước. Mô hình ngoài trời có hốc lõm sẽ đọng nước mưa, lâu ngày ngấm qua mối nứt nhỏ vào lõi xốp. Khoan lỗ thoát ở chỗ thấp nhất là xong.
Câu hỏi thường gặp
Mô hình xốp phủ composite để ngoài trời được bao lâu?
Phụ thuộc vào độ dày lớp phủ, loại sơn và khí hậu. Làm đúng kỹ thuật, có sơn chống UV và bảo dưỡng định kỳ, mô hình dùng được nhiều năm. Với công trình cụ thể, xưởng sẽ tư vấn dựa trên vị trí đặt.
Có thể sơn xịt trực tiếp lên xốp EPS không?
Không nên. Phần lớn sơn xịt có dung môi làm chảy polystyrene. Hãy quét lớp lót gốc nước hoặc bả trước, để khô rồi mới sơn.
Xốp XPS có thay EPS cho mô hình lớn được không?
Được nhưng thường không kinh tế. XPS đắt hơn và chỉ có dạng tấm, phải dán nhiều lớp. Cách hợp lý là lõi EPS, phần chi tiết hoặc mặt chữ dùng XPS hay PU.
Polyurea có đáng tiền không?
Đáng nếu mô hình bị chạm, va, vận chuyển thường xuyên, như mascot, đạo cụ lưu diễn, đồ chơi khu vui chơi. Nếu chỉ trưng bày tĩnh thì composite hoặc bả sơn là đủ.
Một mô hình vài mét làm mất bao lâu?
Với mô hình từ nhỏ tới vài mét, CT3D công bố thời gian khoảng 1 đến 5 ngày cho phần gia công xốp. Thời gian phủ, sơn và lắp khung tính thêm tùy độ phức tạp.
Bạn cần làm mô hình xốp?
CT3D nhận gia công xốp CNC từ khâu dựng file, cắt, ghép, phủ composite hoặc polyurea, sơn hoàn thiện đến lắp đặt. Xem thêm các dự án ở ct3dgroup.com: cắt CNC xốp và thi công công trình composite. Nếu dự án còn kết hợp gỗ, mica hay nhôm, tham khảo trang dịch vụ gia công CNC.
Gửi file hoặc hình ảnh qua Zalo/hotline 0975 008 728 để được báo giá.
Nguồn tham khảo
- Wikipedia, “Polystyrene” (phần Expanded polystyrene, Extruded polystyrene, Flammability): https://en.wikipedia.org/wiki/Polystyrene
- Wikipedia, “Polyurethane” (phần rigid foam và độc tính khi cháy): https://en.wikipedia.org/wiki/Polyurethane
- Wikipedia, “Polyurea”: https://en.wikipedia.org/wiki/Polyurea
- Wikipedia, “The Station nightclub fire” (dẫn kết luận điều tra của NIST): https://en.wikipedia.org/wiki/The_Station_nightclub_fire
