Công nghệ in 3D trong làm đẹp được ứng dụng thế nào?

Điểm khác biệt quan trọng so với sản xuất bằng khuôn là thiết kế có thể được thay đổi trực tiếp trên tệp số. Điều này đặc biệt hữu ích khi mỗi phiên bản cần khác nhau về kích thước, hình dạng hoặc cấu trúc và số lượng sản xuất chưa đủ lớn để việc chế tạo một bộ khuôn riêng trở nên hợp lý.

In 3D giúp phát triển bao bì và dụng cụ mỹ phẩm nhanh hơn

Một trong những ứng dụng thực tế nhất của in 3D là tạo nguyên mẫu cho chai, nắp, hộp, đầu bơm, đầu cọ và các dụng cụ sử dụng mỹ phẩm. Nhà thiết kế có thể chuyển mô hình CAD thành mẫu vật lý để kiểm tra kích thước, khả năng cầm nắm, thao tác đóng mở hoặc sự tương thích giữa các chi tiết trước khi đầu tư vào khuôn sản xuất hàng loạt.

Cơ chế này rút ngắn vòng lặp thiết kế vì một thay đổi về hình học không nhất thiết kéo theo việc chế tạo lại dụng cụ tạo khuôn ngay từ đầu. Nếu đầu cọ cần thay đổi khoảng cách giữa các răng, tay cầm cần điều chỉnh góc hoặc bao bì cần thử một kết cấu mới, phiên bản tiếp theo có thể được sửa trên mô hình số rồi in lại.

In 3D còn có lợi thế khi hình dạng cần tạo quá phức tạp đối với một số phương pháp gia công hoặc ép khuôn thông thường. Các cấu trúc rỗng, mạng lưới, bề mặt có mật độ thay đổi hoặc nhiều chi tiết nhỏ có thể được hình thành trực tiếp theo từng lớp.

Tuy nhiên, mẫu in dùng để đánh giá thiết kế không đồng nghĩa với sản phẩm cuối đã đáp ứng yêu cầu mỹ phẩm. Khi chi tiết tiếp xúc trực tiếp với công thức hoặc da, vật liệu, độ nhám bề mặt, khả năng làm sạch, độ bền, độ ổn định hóa học và yêu cầu an toàn vẫn phải được đánh giá riêng.

Một số bộ phận mỹ phẩm có thể được sản xuất trực tiếp bằng in 3D

In 3D đã vượt khỏi vai trò tạo mẫu trong một số ứng dụng và được dùng để sản xuất chi tiết thành phẩm. Ví dụ nổi bật là đầu cọ mascara. Chanel giới thiệu Le Volume Révolution vào năm 2018 với đầu cọ được sản xuất bằng công nghệ in 3D, cho phép kiểm soát hình dạng và bố trí các phần tử trên cọ theo thiết kế khó thực hiện bằng phương pháp khuôn thông thường.

Giá trị của công nghệ ở trường hợp này không chỉ nằm ở hình thức. Khi cấu trúc của đầu bôi có thể được thiết kế ở cấp độ chi tiết, nhà phát triển có thêm khả năng điều chỉnh lượng công thức được giữ trên dụng cụ, cách sản phẩm phân bố và cách đầu cọ tiếp xúc với lông mi.

Nguyên lý tương tự có thể áp dụng cho các applicator và phụ kiện làm đẹp khác: hình học của dụng cụ trở thành một biến số thiết kế có thể kiểm soát bằng dữ liệu số thay vì bị giới hạn hoàn toàn bởi khả năng tháo khuôn.

Dù vậy, in 3D chưa mặc nhiên thay thế ép phun trong sản xuất mỹ phẩm quy mô lớn. Ép phun vẫn có lợi thế rõ rệt khi cần hàng triệu chi tiết giống nhau với thời gian chu kỳ ngắn. In 3D có giá trị cao hơn khi sản phẩm có cấu trúc phức tạp, cần thay đổi thường xuyên, sản lượng nhỏ hơn hoặc mức độ cá nhân hóa khiến việc tạo nhiều bộ khuôn trở nên kém hiệu quả.

Công nghệ in 3D mở đường cho mỹ phẩm cá nhân hóa theo từng khuôn mặt

Cá nhân hóa là một trong những hướng ứng dụng đáng chú ý nhất vì sản xuất bồi đắp không yêu cầu mọi sản phẩm phải có hình dạng giống hệt nhau. Một thiết kế số có thể được điều chỉnh theo dữ liệu của từng người rồi chuyển trực tiếp sang bước chế tạo.

Mặt nạ chăm sóc da là ví dụ dễ hình dung. Thay vì một miếng mặt nạ tiêu chuẩn có cùng kích thước và cách phân bố thành phần trên toàn bộ bề mặt, hệ thống có thể sử dụng dữ liệu hình học của khuôn mặt để xác định vùng trán, má, mũi hoặc cằm và tạo cấu trúc phù hợp với từng vị trí.

Neutrogena từng giới thiệu ý tưởng MaskiD, kết hợp dữ liệu khuôn mặt với quy trình in để định vị thành phần chăm sóc da tại các vùng khác nhau. Amorepacific cũng phát triển hệ thống mặt nạ hydrogel cá nhân hóa bằng công nghệ in 3D, cho thấy khả năng chuyển từ sản phẩm “một kích thước cho nhiều người” sang sản phẩm được tạo theo dữ liệu cá nhân.

Cơ chế cá nhân hóa có thể gồm ba lớp: thu thập dữ liệu người dùng, chuyển dữ liệu thành thiết kế hoặc bản đồ phân bố và chế tạo sản phẩm dựa trên thiết kế đó. Vì vậy, phần quyết định chất lượng không nằm ở máy in đơn thuần. Thuật toán phân tích, độ chính xác của dữ liệu đầu vào, vật liệu và công thức được sử dụng đều ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng.

Cũng cần phân biệt cá nhân hóa hình dạng với cá nhân hóa điều trị. Một sản phẩm được in vừa với khuôn mặt chưa có nghĩa là thành phần hoạt tính đã được chứng minh phù hợp tối ưu với tình trạng da của người đó. Những tuyên bố về hiệu quả vẫn cần bằng chứng tương ứng với công thức và mục đích sử dụng.

In 3D có thể kiểm soát cấu trúc và vị trí phân bố vật liệu

Một lợi thế khác của sản xuất theo lớp là khả năng kiểm soát không chỉ hình dạng bên ngoài mà cả cấu trúc bên trong. Trong nghiên cứu mỹ phẩm và vật liệu chăm sóc da, điều này mở ra khả năng tạo các vùng có độ dày, độ xốp hoặc lượng vật liệu khác nhau trong cùng một sản phẩm.

Về nguyên lý, tệp thiết kế có thể quy định vật liệu được đặt ở đâu và với hình học nào. Điều đó khác với việc đổ một hỗn hợp đồng nhất vào khuôn, nơi toàn bộ sản phẩm thường có thành phần và cấu trúc tương đối giống nhau.

Khả năng định vị vật liệu đặc biệt có ý nghĩa đối với những sản phẩm cá nhân hóa theo vùng. Nếu dữ liệu cho thấy các khu vực trên khuôn mặt cần những cách xử lý khác nhau, quy trình chế tạo số có thể tạo ra một cấu trúc không đồng nhất có chủ đích.

Tuy nhiên, khả năng “in đúng vị trí” không tự chứng minh rằng hoạt chất sẽ thấm tốt hơn hoặc mang lại hiệu quả lâm sàng cao hơn. Hiệu quả còn phụ thuộc vào nồng độ, độ ổn định của hoạt chất, nền công thức, thời gian tiếp xúc, hàng rào da và nhiều yếu tố sinh học khác. In 3D chủ yếu cung cấp một phương thức kiểm soát hình học và phân bố; hiệu quả mỹ phẩm vẫn phải được kiểm chứng độc lập.

Mô hình da 3D hỗ trợ nghiên cứu và thử nghiệm mỹ phẩm

Ứng dụng của công nghệ 3D trong làm đẹp còn xuất hiện trước khi sản phẩm đến tay người tiêu dùng. Các mô hình mô da ba chiều và hướng nghiên cứu bioprinting cho phép xây dựng cấu trúc tế bào có tổ chức gần với mô sống hơn so với nuôi cấy tế bào phẳng truyền thống.

Trong lĩnh vực mỹ phẩm, mô hình da tái tạo có thể được sử dụng để nghiên cứu tương tác giữa công thức với mô, đánh giá một số cơ chế kích ứng hoặc khảo sát hiệu quả của thành phần trong điều kiện phòng thí nghiệm. L'Oréal từng hợp tác với Organovo để nghiên cứu khả năng sử dụng công nghệ bioprinting trong tạo mô da phục vụ nghiên cứu.

Bioprinting khác đáng kể với việc in một đầu cọ hay vỏ hộp. Thay vì polymer hoặc nhựa kỹ thuật thông thường, hệ thống phải làm việc với vật liệu sinh học, tế bào hoặc scaffold và duy trì những điều kiện phù hợp cho mô hình sinh học. Vì vậy, đây là lĩnh vực có yêu cầu kỹ thuật và xác thực cao hơn nhiều.

Mô hình da 3D cũng không thể tự động thay thế mọi phương pháp đánh giá an toàn hoặc hiệu quả. Một mô hình chỉ đại diện cho những đặc điểm sinh học mà nó được thiết kế để tái tạo. Các kết luận liên quan đến cơ thể người vẫn phải phù hợp với phạm vi đã được xác thực của phương pháp thử.

Cá nhân hóa bằng in 3D có lợi thế nhưng chưa phù hợp với mọi sản phẩm làm đẹp

Giá trị kinh tế của in 3D thay đổi theo quy mô sản xuất. Với một sản phẩm tiêu chuẩn cần sản xuất số lượng rất lớn, khuôn có chi phí ban đầu cao nhưng chi phí trên mỗi chi tiết có thể giảm mạnh khi sản lượng tăng. In 3D loại bỏ hoặc giảm nhu cầu làm khuôn nhưng mỗi chi tiết vẫn cần thời gian chế tạo trên máy.

Vì thế, công nghệ này phù hợp nhất khi doanh nghiệp cần một hoặc nhiều yếu tố như thiết kế phức tạp, nhiều phiên bản, sản lượng nhỏ, thử nghiệm nhanh hoặc cá nhân hóa theo từng khách hàng. Ngược lại, một chi tiết đơn giản được sản xuất hàng triệu chiếc giống nhau chưa chắc nhận được lợi ích kinh tế khi chuyển hoàn toàn sang in 3D.

Vật liệu cũng là giới hạn quan trọng. Một vật liệu có thể in được chưa chắc đã phù hợp để tiếp xúc lâu dài với mỹ phẩm, chịu được dung môi trong công thức, duy trì màu sắc và cơ tính trong suốt vòng đời sản phẩm hoặc đáp ứng yêu cầu đối với bộ phận tiếp xúc với da.

Ở sản phẩm cá nhân hóa, quy trình còn phát sinh yêu cầu về dữ liệu. Nếu hình dạng sản phẩm được tạo từ ảnh quét khuôn mặt hoặc thông tin về da, chất lượng của đầu ra phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng dữ liệu và cách hệ thống diễn giải dữ liệu đó. Cá nhân hóa vì thế là một chuỗi từ đo lường đến thiết kế và sản xuất, không phải một tính năng mà máy in tự tạo ra.

Vai trò chính của in 3D trong làm đẹp là sản xuất linh hoạt theo dữ liệu

Điểm mạnh chung của các ứng dụng trên là khả năng chuyển dữ liệu số thành cấu trúc vật lý mà không phải thiết kế một bộ khuôn mới cho từng biến thể. Đây là lý do cùng một nền tảng công nghệ có thể phục vụ cả tạo mẫu, sản xuất applicator phức tạp lẫn sản phẩm có hình dạng riêng cho từng người.

Đối với doanh nghiệp mỹ phẩm, lợi ích lớn nhất thường nằm ở giai đoạn cần thử nhanh nhiều thiết kế hoặc tạo những cấu trúc mà phương pháp truyền thống khó sản xuất. Khi tiến tới cá nhân hóa, lợi thế tăng lên vì tệp thiết kế của mỗi khách hàng có thể khác nhau trong khi quy trình chế tạo cơ bản vẫn được giữ nguyên.

Đối với người sử dụng, giá trị tiềm năng là sản phẩm vừa vặn hơn hoặc được phân bố theo từng vùng thay vì chỉ chọn giữa một số kích cỡ và cấu hình cố định. Nhưng mức độ cá nhân hóa thực sự phải được đánh giá dựa trên dữ liệu nào được dùng, yếu tố nào của sản phẩm được thay đổi và việc thay đổi đó có liên hệ đến lợi ích đã được chứng minh hay không.

Công nghệ in 3D trong làm đẹp hiện có giá trị rõ nhất ở ba hướng: tăng tự do thiết kế và rút ngắn quá trình phát triển sản phẩm, chế tạo trực tiếp những chi tiết có cấu trúc phức tạp, và mở khả năng sản xuất theo dữ liệu riêng của từng người. Ở phía nghiên cứu, các công nghệ tạo mô 3D còn hỗ trợ xây dựng mô hình da để khảo sát sản phẩm và thành phần.

Điều quan trọng là không đồng nhất “được in 3D” với “hiệu quả hơn”. Công nghệ in quyết định cách một vật thể được chế tạo và mức độ linh hoạt của hình học; chất lượng mỹ phẩm cuối cùng vẫn phụ thuộc vào vật liệu, công thức, dữ liệu cá nhân hóa, quy trình kiểm soát chất lượng và bằng chứng chứng minh cho từng tuyên bố về hiệu quả.