Moderator
Công nghệ in 3D ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, tuy nhiên việc in 3D vật liệu kim loại cũng đang còn nhiều thách thức trong việc bảo đảm chất lượng, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị
1. Bảo đảm chất lượng vật liệu
Chất lượng vật liệu là mối quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất, đặc biệt là các vật liệu cao cấp dùng cho công nghiệp hàng không vũ trụ và y tế. Các tạp chất có thể lẫn vào bột in trong quá trình vận chuyển, lưu trữ, xử lý tiền in. Tạp chất này dẫn đến làm thay đổi thuộc tính vật liệu sau in, làm mất khả năng thích ứng sinh học khi sử dụng cấy ghép vào cơ thể người.
Ngoài ra nguy cơ còn đến từ việc ảnh hưởng của bột tái sử dụng:
- Bột sót lại sau in được tái sử dụng tiếp nhưng tiềm ẩn khả năng bị thay đổi độ ẩm, hấp thụ nito và ô xy dẫn đến độ tinh khiết không được như ban đầu
- Bột còn sót lại trên nền sau khi tách lấy vật in, nếu như không làm sạch hoàn toàn có thể dẫn đến lẫn sang vật liệu khác
Sử dụng công nghệ CT scan
Một trong những cách chính xác nhất để phát hiện ô nhiễm trong bột kim loại là sử dụng phương pháp quét cắt lớp CT scan. Máy quét sẽ chụp nhiều hình ảnh từ các góc khác nhau để thu nhận hình ảnh 3D của sản phẩm. Hiện nay máy scan CT có thể đạt đến độ chính xác dưới 3 micromet, độ phân giả ảnh có thể đạt 0,5 microvoxel. Hình ảnh sẽ cung cấp cho cá kỹ sư về vi cấu trúc bột, từ đó dễ dàng phát hiện ra những ô nhiễm hạt, kích thước cũng như độ xốp của hạt, từ đó đưa ra được quy trình phù hợp cho các chiến lược in. Thiết bị microCT hiện tại có thể kiểm tra các kim loại khác nhau, từ nhôm và titan đến các hợp kim của kim loại nặng hơn như thép không gỉ và Inconel.
Kiểm soát chất lượng hạt
2. Kiểm soát quá trình in
Khi nói đến in 3D kim loại - đặc biệt là công nghệ “nhiệt giường bột” - có một loạt các biến có thể ảnh hưởng đến hình thức và cấu trúc của một bộ phận. Các biến này bao trùm toàn bộ quy trình AM, từ thiết kế đến chuẩn bị xây dựng và xử lý hậu kỳ.
Những thông số ảnh hưởng bao gồm: đường chạy, cường độ tia laser, tốc độ lưỡi dao gạt, ngoài ra còn có cấu trúc hỗ trợ, sự tinh khiết của bột. Đây là những yếu tố công nghệ ảnh hưởng lớn nhất đền quá trình in, việc kiểm soát nó là nhân tố quyết định cho một sản phẩm chất lượng
Sơ đồ mô tả những yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình AM Kiểm soát chất lượng vòng kín
Ba yếu tố cho phép kiểm soát quá trình là: chiến lược in, giám sát, phản hồi
Xây dựng chiến lược in
Một cách để hiểu rõ hơn về quy trình in là thông qua mô phỏng . Sử dụng mô phỏng, các kỹ sư có thể kiểm tra một phần sẽ hoạt động như thế nào trong môi trường ảo, mô phỏng quy trình AM cho phép các kỹ sư phân tích các quy trình phức tạp xảy ra trong quá trình in vì in 3D kim loại dễ bị các vấn đề như cong vênh và biến dạng,
Các kỹ sư sau đó có thể sử dụng dữ liệu này để lập kế hoạch in phù hợp nhất, lựa chọn các chiến lược hỗ trợ và định hướng thành công nhất.
Hệ thống giám sát trong quá trình sẽ giúp đánh giá được liên tục và chính xác những gì đang xảy ra trong quá trình in. Cảm biến và máy ảnh đợc sử dụng để phản hồi và ghi lại toàn bộ quá trình trong thời gian thực
Hình ảnh cho ta biết được kích thước còn cảm biến cho nhiệt độ của phần bột nóng chảy, tác động đến cấu trúc vi mô, bề mặt cũng như hiệu suất quá trình. Các kỹ sư căn cứ vào đó để dự đoán khả năng lỗi có thể xảy ra như là cong vênh hay nứt để điều chỉnh thông số.
Phản hồi
Việc phát hiện ra lỗi in sau đó phản hồi tích cực sẽ giúp cho quá trình kiểm soát chất lượng diễn ra ngay lập tức.
Hệ thống kiểm soát vòng kín như vậy sẽ tự động điều chỉnh thông số công nghệ khi in, cho phép nâng cao chất lượng bề mặt và cơ tính của vật liệu sau in
3. Giảm lỗi của con người
Lỗi của con người được cho là yếu tố rủi ro lớn nhất trong việc đảm bảo sản phẩm in đạt được tốt nhất các yêu cầu kỹ thuật. Thực tế thì sau in con người vẫn can thiệp vào quá trình hậu xử lý, kiểm tra thủ công và hoàn thiện các khâu cuối cùng. Các bước như là dỡ sản phẩm ra khỏi cấu trúc hỗ trợ, loại bỏ vật liệu thửa, kiểm tra kích thước hình học, đánh bóng, gia công thêm luôn ảnh hưởng lớn đến yêu cầu kỹ thuật. Hiện tại việc chuyển đổi số, tự động hóa là bươc can thiệp nhằm giảm thiểu ít nhất sự ảnh hưởng không tốt do chủ quan của chúng ta tạo nên
Xây dựng tiêu chuẩn chung cho in 3D
Hiện nay in 3D thương mại vẫn còn mới mẻ. các tiêu chuẩn và chứng chỉ chất lượng chỉ tồn tại trong nội bộ nhà sản xuất hay các hãng sản xuất máy in. DO vậy việc ban hành những tiêu chuẩn chung kiểm soát chất lượng của sản phẩm in 3D chắc chắn là điều cấp thiết.
Năm 2018 AMST International đã công bố tiêu chuẩn F3303, trong đó đưa ra các tiêu chuẩn chất lượng cho sản phẩm in 3D kim loại bằng công nghệ thiêu kết bằng chùm tia điện tử và laser. Bên cạnh ASTM International, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đang nỗ lực xây dựng kiểm soát chất lượng, với dự án “AM Part Qualitication" chú trọng đến xây dựng các công cụ đo lường để kiểm tra chất lượng sau in kim loại.
1. Bảo đảm chất lượng vật liệu
Chất lượng vật liệu là mối quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất, đặc biệt là các vật liệu cao cấp dùng cho công nghiệp hàng không vũ trụ và y tế. Các tạp chất có thể lẫn vào bột in trong quá trình vận chuyển, lưu trữ, xử lý tiền in. Tạp chất này dẫn đến làm thay đổi thuộc tính vật liệu sau in, làm mất khả năng thích ứng sinh học khi sử dụng cấy ghép vào cơ thể người.
Ngoài ra nguy cơ còn đến từ việc ảnh hưởng của bột tái sử dụng:
- Bột sót lại sau in được tái sử dụng tiếp nhưng tiềm ẩn khả năng bị thay đổi độ ẩm, hấp thụ nito và ô xy dẫn đến độ tinh khiết không được như ban đầu
- Bột còn sót lại trên nền sau khi tách lấy vật in, nếu như không làm sạch hoàn toàn có thể dẫn đến lẫn sang vật liệu khác
Sử dụng công nghệ CT scan
Một trong những cách chính xác nhất để phát hiện ô nhiễm trong bột kim loại là sử dụng phương pháp quét cắt lớp CT scan. Máy quét sẽ chụp nhiều hình ảnh từ các góc khác nhau để thu nhận hình ảnh 3D của sản phẩm. Hiện nay máy scan CT có thể đạt đến độ chính xác dưới 3 micromet, độ phân giả ảnh có thể đạt 0,5 microvoxel. Hình ảnh sẽ cung cấp cho cá kỹ sư về vi cấu trúc bột, từ đó dễ dàng phát hiện ra những ô nhiễm hạt, kích thước cũng như độ xốp của hạt, từ đó đưa ra được quy trình phù hợp cho các chiến lược in. Thiết bị microCT hiện tại có thể kiểm tra các kim loại khác nhau, từ nhôm và titan đến các hợp kim của kim loại nặng hơn như thép không gỉ và Inconel.
Kiểm soát chất lượng hạt
2. Kiểm soát quá trình in
Khi nói đến in 3D kim loại - đặc biệt là công nghệ “nhiệt giường bột” - có một loạt các biến có thể ảnh hưởng đến hình thức và cấu trúc của một bộ phận. Các biến này bao trùm toàn bộ quy trình AM, từ thiết kế đến chuẩn bị xây dựng và xử lý hậu kỳ.
Những thông số ảnh hưởng bao gồm: đường chạy, cường độ tia laser, tốc độ lưỡi dao gạt, ngoài ra còn có cấu trúc hỗ trợ, sự tinh khiết của bột. Đây là những yếu tố công nghệ ảnh hưởng lớn nhất đền quá trình in, việc kiểm soát nó là nhân tố quyết định cho một sản phẩm chất lượng
Sơ đồ mô tả những yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình AM Ba yếu tố cho phép kiểm soát quá trình là: chiến lược in, giám sát, phản hồi
Xây dựng chiến lược in
Một cách để hiểu rõ hơn về quy trình in là thông qua mô phỏng . Sử dụng mô phỏng, các kỹ sư có thể kiểm tra một phần sẽ hoạt động như thế nào trong môi trường ảo, mô phỏng quy trình AM cho phép các kỹ sư phân tích các quy trình phức tạp xảy ra trong quá trình in vì in 3D kim loại dễ bị các vấn đề như cong vênh và biến dạng,
Các kỹ sư sau đó có thể sử dụng dữ liệu này để lập kế hoạch in phù hợp nhất, lựa chọn các chiến lược hỗ trợ và định hướng thành công nhất.
Mô phỏng ansys quá trình AM
Giám sát quá trình inHệ thống giám sát trong quá trình sẽ giúp đánh giá được liên tục và chính xác những gì đang xảy ra trong quá trình in. Cảm biến và máy ảnh đợc sử dụng để phản hồi và ghi lại toàn bộ quá trình trong thời gian thực
Hình ảnh cho ta biết được kích thước còn cảm biến cho nhiệt độ của phần bột nóng chảy, tác động đến cấu trúc vi mô, bề mặt cũng như hiệu suất quá trình. Các kỹ sư căn cứ vào đó để dự đoán khả năng lỗi có thể xảy ra như là cong vênh hay nứt để điều chỉnh thông số.
Phản hồi
Việc phát hiện ra lỗi in sau đó phản hồi tích cực sẽ giúp cho quá trình kiểm soát chất lượng diễn ra ngay lập tức.
Hệ thống kiểm soát vòng kín như vậy sẽ tự động điều chỉnh thông số công nghệ khi in, cho phép nâng cao chất lượng bề mặt và cơ tính của vật liệu sau in
3. Giảm lỗi của con người
Lỗi của con người được cho là yếu tố rủi ro lớn nhất trong việc đảm bảo sản phẩm in đạt được tốt nhất các yêu cầu kỹ thuật. Thực tế thì sau in con người vẫn can thiệp vào quá trình hậu xử lý, kiểm tra thủ công và hoàn thiện các khâu cuối cùng. Các bước như là dỡ sản phẩm ra khỏi cấu trúc hỗ trợ, loại bỏ vật liệu thửa, kiểm tra kích thước hình học, đánh bóng, gia công thêm luôn ảnh hưởng lớn đến yêu cầu kỹ thuật. Hiện tại việc chuyển đổi số, tự động hóa là bươc can thiệp nhằm giảm thiểu ít nhất sự ảnh hưởng không tốt do chủ quan của chúng ta tạo nên
Xây dựng tiêu chuẩn chung cho in 3D
Hiện nay in 3D thương mại vẫn còn mới mẻ. các tiêu chuẩn và chứng chỉ chất lượng chỉ tồn tại trong nội bộ nhà sản xuất hay các hãng sản xuất máy in. DO vậy việc ban hành những tiêu chuẩn chung kiểm soát chất lượng của sản phẩm in 3D chắc chắn là điều cấp thiết.
Năm 2018 AMST International đã công bố tiêu chuẩn F3303, trong đó đưa ra các tiêu chuẩn chất lượng cho sản phẩm in 3D kim loại bằng công nghệ thiêu kết bằng chùm tia điện tử và laser. Bên cạnh ASTM International, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đang nỗ lực xây dựng kiểm soát chất lượng, với dự án “AM Part Qualitication" chú trọng đến xây dựng các công cụ đo lường để kiểm tra chất lượng sau in kim loại.
Last edited: