Bài 7: Giới thiệu về công nghệ Additive Manufacturing

Sự cạnh tranh trong linh vực đưa gia phương pháp gia công mới đang ngày càng gia tăng trên toàn thế giới. Một sản phẩm mới đưa ra thị trường sớm hơn có thể mang lại lợi ích rất lớn với đối thủ cạnh tranh. Có rất nhiều quy trình trong qua trình thiết kế, kiểm tra, gia công và thị trường của sản phẩm đã bị ép để đưa ra sản phẩm nhanh hơn cả về vật liệu và thời gian. Để đạt được những yêu cầu đó, chúng ta cần có công cụ và cách tiếp cận mới. Nó bị ảnh hưởng bởi công nghệ, và thường bao gồm máy tính. Kết quả của sự phát triển như vũ bão của mặt công nghệ trong vài năm qua. Bài viết này sẽ đưa ra ý tưởng rõ ràng hơn về các loại hình gia công bù.

Gia công bù là gì?

Không giống phương pháp gia công cắt gọt bắt đầu bằng một khối nguyên liệu thô và cắt từng phần không mong muốn để tạo ra sản phẩm cuối cùng, công nghệ gia công cù xây dựng vật thể từng lớp một theo mô hình CAD. Gia công bù được coi là cải tiến gia công số 1 trong thế kỉ 21. Gia công bù còn có thể gọi là tạo mẫu nhanh và phổ biến với tên gọi: in 3D.

Tạo mẫu nhanh được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để mô tả quá trình tạo nên hệ thống hoặc vật mẫu trước khi đửa sản phẩm ra thị trường. Trong khía cạnh phát triển sản phẩm, tạo mẫu nhanh được sử dụng rộng rãi để giải thích cho công nghệ tạo mô hình vật lí trực tiếp từ mô hình kĩ thuật số CAD. Tạo mẫu nhanh là không đủ và trong một vài trường hợp là không hiệu quả để mô tả những ứng dụng gần đây của công nghệ. Cải tiến trong chất lượng của sản phẩm đầu ra từ những máy này nghĩa là sản phẩm có độ hoàn thiện gần với sản phẩm thật. Ngày nay, nhiều chi tiết được gia công trực tiếp trên các máy sử dụng công nghệ gia công bù, vì vậy tên gọi “mẫu” là không còn chính xác.

Công nghệ Additive Manufacturing (AM) chắc chắn sẽ làm đơn giản hóa quy trình gia công của vật 3D có hình dạng phức tạp trực tiếp từ file CAD. Các quy trình gia công khác đòi hỏi sự phân tích cẩn thân và chi tiết hình dạng của vật để xác định những vật có những tính chất đặc biết có thể được gia công, công cụ và quy trình được sử dụng và các sửa chữa cần thiệt để hoàn thiện sản phẩm. Gia công bù chỉ cần một vài kích thước cơ bản và một sự hiểu biết cơ bản về các máy AM và vật liệu được sử dụng để tạo hình vật. Nguyên nhân là cách thức làm việc của AM là các vật được tạo thành bằng cách thêm vật liệu từng lớp một, từng lớp cắt có độ dày nhỏ được tạo thành và độ dày này là xác dịnh, do đó vật cuối cùng sẽ là một mô hình xấp xỉ của dữ liệu gốc. Nếu độ dày của lớp gia công càng mỏng, hình dạng cuối cùng của vật sẽ gần giống với vật gốc.

Tất cả các máy AM hiện nay đều sử dụng công nghệ bồi đắp từng lớp, và chúng chỉ khác nhau ở loại vật liệu sử dụng, cách tạo lớp và công nghệ kết nối từng lớp với nhau. Những yếu tố đó sẽ xác định độ chính xác của vật, cơ tính và đặc tính vật liệu, quy trình xử lí sau khi gia công, kích thước của máy, thời  gian gia công và chi phí cho quy trình. Chương này sẽ giới thiệu các định nghĩa cơ bản của công nghệ gia công bù và mô tả quy trình AM từ thiết kế đến ứng dụng.

Các phần của AM được sử dụng cho mục đích gì?

Trong bài này, bạn sẽ tìm thấy nhiều ứng dụng của từng quy trình AM. Bạn sẽ hiểu ra rằng số lượng ứng dụng đang tăng lên khi các quy trình được phát triển và cải tiến. Đàu tiên, quy trình này được sử dụng để tạo mô hình trực quan của sản phẩm khi chúng đang trong giai đoạn phát triển. Mẫu thật sẽ có ích hơn việc vẽ hoặc render để hiểu được kế hoạch của người thiết kế khi thuyết trình về bản vẽ concept. Vẽ thì nhanh và dễ, nhưng mô hình thực tế luôn luôn cần để đưa ra quyết định cuối cùng của thiết kế.

Công nghệ AM ban đầu được sử dụng cho việc tạo hình các mẫu vật đơn giản, nhưng nó đã được phát triển khi mà vật liệu, chất lượng và độ chính xác của sản phẩm được cải thiện. Các mẫu nhanh chóng được ghép lại để đưa ra các thông tin về Hình dạng, độ khít sát và chức năng. Mô hình ban đầu được sử dụng để nghiên cứu hình dạng và mục tiêu của việc thiết kế. Cải tiến về độ chính xác trong quy trình nghĩa là các chi tiết nhỏ cần có các sai số để thuận tiện cho quá trình lắp ráp. Cải thiện cơ tính của vật liệu nghĩa là vật cần được hoàn thiện một cách chính xác để chúng có thể được sử dụng cho công đonạ cuối cùng.

Tại sao lại sử dụng cụm từ Gia công Bù?

Hiện nay, bạn nên hiểu răng công nghệ chúng ta đang bàn luận là việc sử dụng quy trình gia công bù, thêm từng lớp vật liệu. Cụm từ gia công bù hoặc AM có thể miêu tả một cách chính xác nhuwngcos nhiều cụm từ khác cũng được sử dụng. Có một vài quy trình không chỉ là gia công bù, còn có gia công cắt gọt đi kèm. Cụm từ Additive Fabrication được phổ biến bởi Terry Wohlers, một nhà cố vấn công nghiệp nổi tiếng trong lĩnh vực này. Nhiều chuyên gia sử dụng cụm từ “sản xuất” thay cho “gia công”, nhưng gia công thường liên quan đến uốn tấm kim loại và các quy trình khác liên quan. Do đó các chuyên gia đến từ những nhóm này thường sử dụng cụm từ Gia Công cho ngành công nghiệp này. Gia Công Bù bắt đầu trở nên phổ biến và được giới thiệu bởi Wohlers trong những bài thuyết trình và công bố gần đâu.

Lợi ích của Gia Công Bù

Lợi ích của gia công bù không chỉ ở tốc độ sản xuất mà còn ở hiệu quả trong việc giảm thiểu thời gian. Không giống với các quy trình gia công khác, hiệu suất của Gia Công Bù được giữ nguyên khi số lượng sản xuất nhỏ, độ phức tạp về mặt hình dạng và các yếu tố khác. Gia công bù yêu cầu các bước (thiết kê, xây dựng, và loại bỏ), ít công sức và dễ dàng thay thế trong các thiết kế có sẵn, bất cứ thiết kế nào cũng có thể được xây dựng do đó không cần lên kế hoạch trước và phân tích. Nếu chúng ta có một thay đổi nhỏ về mặt thiết kế, các nguyên công trong phương pháp truyền thống sẽ tăng. Bất cứ chi tiết nào cũng có thể được xây dựng trong một bước. Chúng ta không cần đồ gá và các vật cố định nữa.