Moderator
In 3D đang tạo ra một thế giới hoàn toàn mới cho các kỹ sư thiết kế, cho phép tạo ra các nguyên mẫu chức năng và các bộ phận sử dụng cuối một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, khi nhóm biên tập của The Manufacturer phát hiện ra trong một chuyến đi tới nhà cung cấp dịch vụ in 3D Materialise, ở Leuven, Bỉ, nó không phải là công nghệ một kích cỡ phù hợp với tất cả.
Sản xuất bồi đắp, theo đúng tên gọi của in 3D, là một công nghệ đa diện liên quan đến vô số quy trình, kỹ thuật và vật liệu (bao gồm kim loại, nhựa và gốm sứ), mỗi loại phù hợp với các chức năng và ứng dụng sử dụng cuối khác nhau.
Không chỉ vậy, những mục đích sử dụng cuối cùng của công nghệ cũng đang trở nên đa dạng hơn. Trước đây, in 3D là lĩnh vực duy nhất của tạo mẫu nhanh. Giờ đây, hơn 50% các bộ phận được in bởi Materialize là dành cho mục đích sử dụng cuối cùng. Ở đây, chúng tôi xem xét một số công nghệ có sẵn cho các nhà sản xuất nghĩ đến việc đưa in 3D vào quy trình của họ.
1.In 3D kim loại/SLM
In 3D kim loại, hay nung chảy bằng laser có chọn lọc (SLM), kết hợp tính linh hoạt trong thiết kế của in 3D với các đặc tính cơ học của hợp kim kim loại hiệu suất cao để tạo ra các bộ phận độc đáo, mạnh mẽ và nhẹ.
Trong quá trình này, các chùm tia laze làm nóng và kết hợp các phần được chọn của lớp trên của bột kim loại với các vùng bên dưới vốn đã rắn chắc. Sau khi hoàn thành một lớp, lớp bột kim loại được hạ xuống theo chiều rộng của một lớp và một lớp bột mới được phủ lên – sau đó tia laser sẽ hợp nhất lại các khu vực đã chọn của bột kim loại. Bằng cách liên tục lặp lại các bước này, thành phần với các cấu trúc hỗ trợ của nó được tạo ra từng lớp một.
Các giá đỡ có tầm quan trọng lớn trong SLM vì chúng không chỉ giữ cấu kiện ở đúng vị trí mà còn hấp thụ các ứng suất bên trong, tản nhiệt và do đó ngăn ngừa biến dạng và các lỗi xây dựng khác.
Điểm mạnh của SLM nằm ở sự kết hợp giữa tính tự do thiết kế của in 3D với các đặc tính vật liệu của các kim loại khác nhau có thể được sử dụng. Công nghệ này cho phép thực hiện các hình học có độ phức tạp cao trong một thành phần duy nhất.
Một ví dụ về phần in 3D tại Materialize
Điều này cho phép tạo ra các cấu trúc nhẹ mang lại lợi ích lớn không chỉ cho sản xuất ô tô và hàng không vũ trụ, mà còn cho tất cả các ứng dụng khác trong đó các bộ phận thường xuyên được tăng tốc và giảm tốc. Sản xuất SLM có thể hữu ích cho nhiều sản phẩm cuối cùng, đặc biệt nếu chúng được yêu cầu riêng lẻ hoặc theo lô nhỏ. Chúng bao gồm các công cụ sản xuất, khuôn mẫu và hạt dao, ngoài ra còn có phụ tùng thay thế.
2.Kết hợp nhiều phản lực (MJF)
Thời gian chế tạo nhanh do MJF cung cấp cung cấp một giải pháp thay thế hấp dẫn cho ép phun. Không cần cấu trúc hỗ trợ và các bề mặt yêu cầu xử lý hậu kỳ tối thiểu, công nghệ này rất phù hợp cho các nguyên mẫu chức năng và một loạt nhỏ các bộ phận sử dụng cuối thậm chí phức tạp.
Mặc dù nó dựa trên bột làm vật liệu in, nhưng nó không sử dụng tia laser. Thay vào đó, nó sử dụng hai chất lỏng cũng như ánh sáng hồng ngoại. Lớp bột trong khu vực xây dựng được làm nóng đều ngay từ đầu và các lớp bột riêng lẻ được phủ từng bước.
Do quá trình này, MJF cung cấp khả năng dự đoán thời gian tốt; do quá trình nóng chảy không dựa trên chuyển động của tia laze, thay đổi tùy thuộc vào khu vực được phơi sáng, nên quá trình in diễn ra chính xác trong cùng một thời gian cho mỗi lớp. Điều này có nghĩa là thời gian in có thể được dự đoán chính xác. Do đó, người dùng có thể hưởng lợi từ thời gian thực hiện ngắn hơn và khả năng sản xuất nhiều thành phần có chất lượng đầy đủ hơn trong một công việc xây dựng.
Điểm mạnh của các thành phần do MJF sản xuất là kết quả từ tính chất hạt mịn của loại bột được sử dụng. Nó cho phép các lớp siêu mỏng 80μm tạo ra các thành phần có mật độ cao hơn và độ xốp thấp khi in.
3.Mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM)
FDM, còn được gọi là Fused Filament Fabrication (FFF), là một trong những quy trình in 3D phổ biến nhất để sản xuất phụ gia các thành phần nhựa. FDM dựa trên dây tóc mô hình nhựa nhiệt dẻo, là loại nhựa dễ tan chảy được cung cấp ở dạng dây trên cuộn. Dây tóc được đưa qua một vòi của máy đùn, ở đó vật liệu được làm nóng và sau đó được áp dụng theo lớp vào các khu vực cần thiết trên nền tảng xây dựng. Khi tất cả các khu vực của một lớp đã được áp dụng, vòi phun sẽ được di chuyển lên trên và lớp tiếp theo được in ở trên cùng của lớp bên dưới.
FDM kết hợp sự tự do thiết kế của in 3D và thời gian thực hiện nhanh chóng với nhựa nhiệt dẻo cấp sản xuất để tạo ra các bộ phận bền với các đặc tính cơ học tuyệt vời. FDM là một quy trình in 3D có thể được sử dụng để tạo ra hầu hết mọi hình dạng với độ biến dạng đặc biệt thấp, vì không có ứng suất nhiệt nào được đưa vào thành phần do quá trình gia nhiệt chỉ được thực hiện tại các điểm cụ thể. Về nguyên tắc, kích thước xây dựng là không giới hạn, vì các thành phần có thể bao gồm các phân đoạn khác nhau có thể được nối với nhau rất dễ dàng sau khi in.
Một trong những ưu điểm chính của quy trình là các tính chất cơ học của vật liệu có thể được sử dụng với FDM vẫn ổn định theo thời gian. Do đó, các thành phần không chỉ có chất lượng cao mà còn tồn tại trong một thời gian dài đặc biệt.
4.Thiêu kết laser chọn lọc
Thiêu kết laser là một công nghệ in 3D phổ biến và linh hoạt nhờ độ chính xác cao, tự do thiết kế và nhiều loại vật liệu cấp sản xuất. Thích hợp cho tất cả các giai đoạn của vòng đời sản xuất, từ tạo nguyên mẫu đến sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc tùy chỉnh, các bộ phận thiêu kết bằng laze không cần cấu trúc hỗ trợ, giúp có thể sản xuất ngay cả những hình dạng phức tạp nhất.
Trong quá trình thiêu kết bằng laze, bột nhựa được phân phối trên toàn bộ bề mặt của bệ xây dựng bằng con lăn hoặc chổi cao su, sau đó được liên kết có chọn lọc bằng cách nung chảy bằng chùm tia laze công suất cao. Khi tia laser đã xử lý hoàn toàn lớp đầu tiên, bệ sẽ hạ xuống và một lớp bột mới được phủ lên. Giờ đây, tia laser sẽ làm tan chảy các khu vực được xác định trong lớp này. Quy trình này được lặp lại liên tục, dần dần tạo thành phần.
Một trong những ưu điểm của SLS là không cần cấu trúc hỗ trợ, vì các cấu trúc nhô ra được ổn định trong lớp bột. Kết quả là, bất kỳ hình học ba chiều nào cũng có thể được tạo ra. Chúng có thể có các đường cắt xén không thể sản xuất được trong sản xuất cơ khí hoặc đúc thông thường. Quy trình này cũng có thể được sử dụng để tạo ra các thiết kế có độ phức tạp cao chẳng hạn như các bộ phận chuyển động, bản lề và dây chuyền trong một mảnh duy nhất, giúp tiết kiệm các bước lắp ráp tiếp theo hoặc cho phép các giải pháp và ứng dụng thiết kế hoàn toàn mới.
Một điểm mạnh khác của quá trình thiêu kết laze là một số thành phần độc lập có thể được in đồng thời trong không gian chế tạo. Bằng cách sắp xếp chiến lược các bộ phận (lồng nhau), không gian chế tạo có sẵn trong mỗi máy có thể được sử dụng một cách tối ưu, giúp cho việc sản xuất các loạt nhỏ hoặc các biến thể nguyên mẫu khác nhau, ví dụ, tương đối nhanh và tiết kiệm chi phí.
5.kỹ thuật lập thể
Stereolithography là một trong những công nghệ in 3D được sử dụng rộng rãi nhất. Chất lượng bề mặt, khả năng tạo ra các chi tiết đẹp và nhiều lựa chọn vật liệu làm cho nó rất phù hợp với các mô hình và nguyên mẫu trực quan chất lượng cao, các bộ phận thẩm mỹ phức tạp và các bậc thầy về kỹ thuật như đúc chân không và đúc sáp bị mất.
Phiên bản cơ bản của công nghệ dựa trên nhựa lỏng nhạy cảm với tia cực tím được áp dụng cho một nền tảng và sau đó được xử lý có chọn lọc bằng chùm tia laze, từ đó các biến thể khác nhau đã phát triển theo thời gian. Trong quá trình sản xuất, nền tảng dần dần hạ thấp và thành phần phát triển theo từng lớp. Để ngăn đối tượng in di chuyển trong bể nhựa, nó được cố định vào nền bản dựng bằng các cấu trúc hỗ trợ.
Điểm mạnh của SLA nằm ở sự kết hợp của độ chính xác kích thước rất cao, chất lượng bề mặt cao và thời gian sản xuất tương đối ngắn. Hơn nữa, ngoài Polyjet, SLA là công nghệ sản xuất phụ gia duy nhất cũng có thể được sử dụng để tạo ra các vật thể trong suốt. Stereolithography cũng có thể được sử dụng để sản xuất các thành phần lớn trong một mảnh.
6.PolyJet
Ngoài độ chi tiết cao và bề mặt nhẵn, PolyJet còn cung cấp khả năng độc đáo để in các bộ phận và cụm lắp ráp chính xác bằng nhiều vật liệu, tất cả trong một bản dựng duy nhất. Một bộ phận duy nhất có thể chứa các màu sắc, mức độ trong suốt khác nhau và các tính chất vật lý và cơ học đa dạng, làm cho PolyJet rất phù hợp với các mô hình và nguyên mẫu trực quan phức tạp.
Trong quá trình này, nhựa photopolyme được phủ thành các lớp siêu mỏng lên đế in thông qua các đầu in – tương tự như máy in phun – và được xử lý ngay sau khi sử dụng bằng đèn UV. Đối với các hình dạng và phần nhô ra phức tạp, vật liệu hỗ trợ giống như gel, hòa tan trong nước cũng được áp dụng qua đầu in. Sau khi hoàn thành một lớp, nền tảng sẽ di chuyển xuống theo độ dày của một lớp và lớp tiếp theo sẽ theo sau.
Máy in PolyJet có một số đầu in cho phép kết hợp các vật liệu khác nhau và các màu khác nhau trong quá trình in. Kết quả là, không chỉ có thể đạt được các màu sắc và độ cứng cụ thể mà còn có thể tạo ra một thành phần có nhiều màu sắc và tính chất cơ học khác nhau trong một quy trình in duy nhất.
Một tính năng đặc biệt khác của quy trình polyjet là khả năng truyền ánh sáng của vật liệu có thể thay đổi. Thậm chí hoàn toàn minh bạch là có thể. Hơn nữa, công nghệ này cho phép in các chi tiết rất nhỏ, vì các lớp chỉ dày 32μm.
Hiện thực hóa câu hỏi và trả lời
Jurgen Laudus (bên dưới), Phó Chủ tịch, Bộ phận Sản xuất và Bart van der Schueren (bên dưới), CTO, Materialise, thảo luận về các xu hướng hiện tại trong không gian sản xuất bồi đắp.
Việc sử dụng in 3D đang thay đổi như thế nào?
BvS: Như chúng ta đã biết, các trường hợp sử dụng đầu tiên của in 3D là trong lĩnh vực tạo mẫu. Sự phát triển quan trọng nhất mà chúng tôi đã thấy là khách hàng hiện đang tìm cách sử dụng công nghệ này để tạo ra các bộ phận sử dụng cuối cùng.
Nếu bạn xem việc sản xuất mô cấy là một ví dụ điển hình của bộ phận sử dụng cuối, bởi vì quá trình sản xuất bồi đắp không yêu cầu bất kỳ công cụ cụ thể nào của sản phẩm, chúng ta có thể đạt được những tiến bộ to lớn trong việc cá nhân hóa hàng loạt. Ngoài ra, cũng có một xu hướng ngày càng tăng đối với các kích thước sê-ri nhỏ hơn, điều này cũng rất phù hợp với sản xuất phụ gia.
JL : Hơn 50% các bộ phận chúng tôi in là dành cho các ứng dụng sử dụng cuối cùng. Do đó, chúng tôi đang nỗ lực rất nhiều vào việc kiểm soát quy trình in 3D. Ví dụ: chúng tôi thu thập rất nhiều dữ liệu từ máy in và từ quá trình xử lý hậu kỳ và việc tập hợp tất cả dữ liệu này lại với nhau đã giúp ngành hiểu rõ hơn về những gì đang xảy ra trong máy và cho phép chúng tôi phát triển các ứng dụng bộ phận sử dụng cuối .
Một điểm khác biệt chính so với tạo mẫu là tính an toàn cần phải được đảm bảo cho các bộ phận sử dụng cuối, đặc biệt là trong các lĩnh vực được quản lý chặt chẽ như hàng không vũ trụ và y tế (nơi mà nhiều sản phẩm của chúng ta kết thúc) – ngoài ra, bạn cần đảm bảo rằng các đặc tính của vật liệu và bộ phận là tiêu chuẩn như nhau, hàng ngày và hàng năm. Bạn cần sản xuất lặp lại và dữ liệu là chìa khóa cho sự phát triển của công nghệ ngoài việc tạo nguyên mẫu đơn thuần.
BvS : Bản chất in 3D luôn là một công nghệ kỹ thuật số, nhưng nó đã bị cô lập trong nhiều năm. Đó là điều đang thay đổi nhanh chóng; giai đoạn hậu xử lý đó đang trải qua quá trình chuyển đổi kỹ thuật số và phù hợp với xu hướng chung của Công nghiệp 4.0 nơi các công nghệ sản xuất thông thường đang được số hóa nhiều hơn. Điều đó có nghĩa là ngày nay sản xuất bồi đắp không còn là một công nghệ đơn lẻ, mà là một trong những bước trong chuỗi sản xuất lớn hơn. Và đó là thứ được kích hoạt bởi các công nghệ kỹ thuật số.
In 3D có thể mang lại những lợi thế gì để giúp các nhà sản xuất vượt qua những thách thức gần đây?
BvS : Trong vài năm qua, đã có đủ loại thách thức khiến các nhà sản xuất phải đặt câu hỏi làm thế nào để sản xuất linh hoạt hơn và sản xuất bồi đắp chắc chắn có vai trò nhất định. Ví dụ, đó là điều mà các nhà sản xuất đã học được từ cuộc khủng hoảng COVID, khi chuỗi cung ứng đột ngột bị phá vỡ.
Ở đây, sản xuất bồi đắp cho thấy các bộ phận và linh kiện có thể được sản xuất theo yêu cầu, ở những nơi cần thiết. Loại thay đổi đó trên thị trường, được bắt đầu trong thời kỳ COVID, đã được các nhà sản xuất lựa chọn để giảm thiểu hơn nữa sự không chắc chắn của chuỗi cung ứng. Hướng tới sản xuất phụ gia có thể tăng khả năng phục hồi, bởi vì nó giúp các công ty có mức năng lực sản xuất gần với nơi họ cần các bộ phận.
Việc sản xuất tại địa phương này cho phép việc phát triển sản phẩm được nhìn nhận theo một cách hoàn toàn khác. Các bộ phận có thể được sản xuất và tối ưu hóa ngay lập tức, đồng thời các nhà sản xuất thậm chí có thể chuyển sang giai đoạn phát triển linh hoạt và thu hút khách hàng tham gia để thực sự phát triển các sản phẩm hoạt động theo yêu cầu. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất có thể tiếp cận thị trường nhanh hơn và với chi phí thấp hơn, đồng thời có tài sản kỹ thuật số của sản phẩm để dự phòng nếu có thêm những xáo trộn trong chuỗi cung ứng.
JL : Chúng tôi đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể số lượng các nhà sản xuất muốn nói chuyện với chúng tôi trong vài năm qua vì những vấn đề họ đang gặp phải trong chuỗi cung ứng của mình. Nhiều người có một kho dự trữ khổng lồ nằm xung quanh phòng trường hợp có thêm sự gián đoạn. Chúng tôi có thể giảm đáng kể số lượng hàng tồn kho nhờ kho kỹ thuật số, trong đó, nếu nhà sản xuất cần một bộ phận, họ có thể chỉ cần in một bộ phận.
Các nhà sản xuất đã nhận thức được rằng không nên coi chuỗi cung ứng là điều hiển nhiên; rằng không phải tất cả các bộ phận được sản xuất ở bên kia thế giới đều có thể ở đây trong vài ngày hoặc vài tuần. Điều đó đã tạo ra rất nhiều sự quan tâm đối với in 3D và ngày càng có nhiều nhà sản xuất muốn xem công nghệ này mang lại những gì.
In 3D có thể mang lại lợi ích gì cho sản xuất?
JL : Đầu tiên, bạn không cần phải tạo khuôn, điều này giúp loại bỏ chi phí ban đầu thường liên quan đến các phương pháp sản xuất truyền thống. Thứ hai, có nhiều tự do hơn, cho phép thiết kế các bộ phận trở nên phức tạp hơn nhiều mà không phải trả thêm chi phí. Và thứ ba, các bộ phận có thể được sản xuất tại địa phương nhiều hơn, giảm thiểu sự gián đoạn chuỗi cung ứng.
Ngày càng có nhiều nhà sản xuất bắt đầu nhận thức được những lợi ích này. Tuy nhiên, trong khi một số nhà sản xuất có ý tưởng về nơi họ muốn đạt được, thì những nhà sản xuất khác lại loay hoay không biết bắt đầu từ đâu.
Như đã thảo luận, có rất nhiều công nghệ và vật liệu sẵn có, vậy các nhà sản xuất nên xem xét điều gì trước tiên? Và làm thế nào để họ đảm bảo rằng in 3D mang lại cho họ kết quả tương tự (hoặc tốt hơn) như họ nhận được từ các phương pháp sản xuất truyền thống?
Đó là lý do tại sao chúng tôi tin rằng sản phẩm Mindware của chúng tôi rất quan trọng. Nó chỉ cho các nhà sản xuất cách sử dụng công nghệ một cách tốt nhất; các ứng dụng và bộ phận phù hợp để bắt đầu với việc chấp nhận ít rủi ro nhất là gì. Chúng tôi giúp khách hàng của chúng tôi bắt đầu cuộc hành trình.
BvS : Sự phát triển của công nghệ đã làm cho máy in 3D dễ sử dụng hơn rất nhiều và có sẵn nhiều vật liệu hơn nên các nhà sản xuất có nhiều lựa chọn hơn. Ngoài ra, quy trình kỹ thuật số đang trở nên phát triển hơn và điều đó rất quan trọng vì sản xuất bồi đắp vẫn là một công nghệ đang ở giai đoạn sơ khai.
Vẫn còn nhiều điều chưa biết nhưng bằng cách số hóa toàn bộ quy trình, thu thập dữ liệu trên máy và cung cấp dữ liệu đó, nó giúp người dùng cuối hiểu rõ hơn về quy trình đang hoạt động như thế nào và bạn cần làm gì để giữ cho quy trình sản xuất của mình ổn định. Đó là một bước quan trọng hướng tới sản xuất số lượng lớn quy mô trung bình cho sản xuất bồi đắp.
Ngoài ra còn có những lợi ích về môi trường. Bản thân sản xuất bồi đắp không nhất thiết phải thân thiện với môi trường, bởi vì cần rất nhiều năng lượng để tạo ra nguyên liệu thô và tạo ra các bộ phận thực tế.
Tuy nhiên, như đã thảo luận, sản xuất các bộ phận khi bạn cần là một đặc điểm của sản xuất bồi đắp, nhưng điều này cũng có lợi thế về môi trường. Hầu hết mọi người không nhận ra có bao nhiêu phụ tùng được sản xuất. Chúng đang lấp đầy kho và thường không bao giờ được sử dụng. In 3D có thể có nghĩa là sản xuất theo yêu cầu; các nhà sản xuất không phải sản xuất thừa và sản xuất phụ tùng thay thế, do đó rủi ro tồn kho giảm.
Ngoài ra, sản xuất phụ gia có thể giúp tiết kiệm trọng lượng. Điều này rất quan trọng đối với bất kỳ thứ gì có các bộ phận chuyển động, vì chuyển động cần năng lượng. Vì vậy, các bộ phận càng nhẹ thì càng cần ít năng lượng và sản phẩm đó càng thân thiện với môi trường.
Vai trò của in 3D trong tương lai của ngành sản xuất là gì?
BvS : Tôi tin rằng sản xuất bồi đắp sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong chuỗi sản xuất. Quyền tự do sản xuất được cho phép bởi quy trình sản xuất bồi đắp cho phép kết hợp nhiều chức năng hơn trong một thành phần duy nhất. Điều đó có nghĩa là bạn có thể tiết kiệm chi phí lắp ráp và tạo ra các bộ phận phức tạp không thể sản xuất bằng các công nghệ thông thường. Sản xuất bồi đắp đang thực sự phát triển thành một công nghệ sản xuất lâu đời.
nguồn :https://www.themanufacturer.com/articles/3d-printing-manufacturing-in-a-different-dimension/
Sản xuất bồi đắp, theo đúng tên gọi của in 3D, là một công nghệ đa diện liên quan đến vô số quy trình, kỹ thuật và vật liệu (bao gồm kim loại, nhựa và gốm sứ), mỗi loại phù hợp với các chức năng và ứng dụng sử dụng cuối khác nhau.
Không chỉ vậy, những mục đích sử dụng cuối cùng của công nghệ cũng đang trở nên đa dạng hơn. Trước đây, in 3D là lĩnh vực duy nhất của tạo mẫu nhanh. Giờ đây, hơn 50% các bộ phận được in bởi Materialize là dành cho mục đích sử dụng cuối cùng. Ở đây, chúng tôi xem xét một số công nghệ có sẵn cho các nhà sản xuất nghĩ đến việc đưa in 3D vào quy trình của họ.
In 3D kim loại, hay nung chảy bằng laser có chọn lọc (SLM), kết hợp tính linh hoạt trong thiết kế của in 3D với các đặc tính cơ học của hợp kim kim loại hiệu suất cao để tạo ra các bộ phận độc đáo, mạnh mẽ và nhẹ.
Trong quá trình này, các chùm tia laze làm nóng và kết hợp các phần được chọn của lớp trên của bột kim loại với các vùng bên dưới vốn đã rắn chắc. Sau khi hoàn thành một lớp, lớp bột kim loại được hạ xuống theo chiều rộng của một lớp và một lớp bột mới được phủ lên – sau đó tia laser sẽ hợp nhất lại các khu vực đã chọn của bột kim loại. Bằng cách liên tục lặp lại các bước này, thành phần với các cấu trúc hỗ trợ của nó được tạo ra từng lớp một.
Các giá đỡ có tầm quan trọng lớn trong SLM vì chúng không chỉ giữ cấu kiện ở đúng vị trí mà còn hấp thụ các ứng suất bên trong, tản nhiệt và do đó ngăn ngừa biến dạng và các lỗi xây dựng khác.
Điểm mạnh của SLM nằm ở sự kết hợp giữa tính tự do thiết kế của in 3D với các đặc tính vật liệu của các kim loại khác nhau có thể được sử dụng. Công nghệ này cho phép thực hiện các hình học có độ phức tạp cao trong một thành phần duy nhất.
Điều này cho phép tạo ra các cấu trúc nhẹ mang lại lợi ích lớn không chỉ cho sản xuất ô tô và hàng không vũ trụ, mà còn cho tất cả các ứng dụng khác trong đó các bộ phận thường xuyên được tăng tốc và giảm tốc. Sản xuất SLM có thể hữu ích cho nhiều sản phẩm cuối cùng, đặc biệt nếu chúng được yêu cầu riêng lẻ hoặc theo lô nhỏ. Chúng bao gồm các công cụ sản xuất, khuôn mẫu và hạt dao, ngoài ra còn có phụ tùng thay thế.
2.Kết hợp nhiều phản lực (MJF)
Thời gian chế tạo nhanh do MJF cung cấp cung cấp một giải pháp thay thế hấp dẫn cho ép phun. Không cần cấu trúc hỗ trợ và các bề mặt yêu cầu xử lý hậu kỳ tối thiểu, công nghệ này rất phù hợp cho các nguyên mẫu chức năng và một loạt nhỏ các bộ phận sử dụng cuối thậm chí phức tạp.
Mặc dù nó dựa trên bột làm vật liệu in, nhưng nó không sử dụng tia laser. Thay vào đó, nó sử dụng hai chất lỏng cũng như ánh sáng hồng ngoại. Lớp bột trong khu vực xây dựng được làm nóng đều ngay từ đầu và các lớp bột riêng lẻ được phủ từng bước.
Do quá trình này, MJF cung cấp khả năng dự đoán thời gian tốt; do quá trình nóng chảy không dựa trên chuyển động của tia laze, thay đổi tùy thuộc vào khu vực được phơi sáng, nên quá trình in diễn ra chính xác trong cùng một thời gian cho mỗi lớp. Điều này có nghĩa là thời gian in có thể được dự đoán chính xác. Do đó, người dùng có thể hưởng lợi từ thời gian thực hiện ngắn hơn và khả năng sản xuất nhiều thành phần có chất lượng đầy đủ hơn trong một công việc xây dựng.
Điểm mạnh của các thành phần do MJF sản xuất là kết quả từ tính chất hạt mịn của loại bột được sử dụng. Nó cho phép các lớp siêu mỏng 80μm tạo ra các thành phần có mật độ cao hơn và độ xốp thấp khi in.
3.Mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM)
FDM, còn được gọi là Fused Filament Fabrication (FFF), là một trong những quy trình in 3D phổ biến nhất để sản xuất phụ gia các thành phần nhựa. FDM dựa trên dây tóc mô hình nhựa nhiệt dẻo, là loại nhựa dễ tan chảy được cung cấp ở dạng dây trên cuộn. Dây tóc được đưa qua một vòi của máy đùn, ở đó vật liệu được làm nóng và sau đó được áp dụng theo lớp vào các khu vực cần thiết trên nền tảng xây dựng. Khi tất cả các khu vực của một lớp đã được áp dụng, vòi phun sẽ được di chuyển lên trên và lớp tiếp theo được in ở trên cùng của lớp bên dưới.
FDM kết hợp sự tự do thiết kế của in 3D và thời gian thực hiện nhanh chóng với nhựa nhiệt dẻo cấp sản xuất để tạo ra các bộ phận bền với các đặc tính cơ học tuyệt vời. FDM là một quy trình in 3D có thể được sử dụng để tạo ra hầu hết mọi hình dạng với độ biến dạng đặc biệt thấp, vì không có ứng suất nhiệt nào được đưa vào thành phần do quá trình gia nhiệt chỉ được thực hiện tại các điểm cụ thể. Về nguyên tắc, kích thước xây dựng là không giới hạn, vì các thành phần có thể bao gồm các phân đoạn khác nhau có thể được nối với nhau rất dễ dàng sau khi in.
Một trong những ưu điểm chính của quy trình là các tính chất cơ học của vật liệu có thể được sử dụng với FDM vẫn ổn định theo thời gian. Do đó, các thành phần không chỉ có chất lượng cao mà còn tồn tại trong một thời gian dài đặc biệt.
4.Thiêu kết laser chọn lọc
Thiêu kết laser là một công nghệ in 3D phổ biến và linh hoạt nhờ độ chính xác cao, tự do thiết kế và nhiều loại vật liệu cấp sản xuất. Thích hợp cho tất cả các giai đoạn của vòng đời sản xuất, từ tạo nguyên mẫu đến sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc tùy chỉnh, các bộ phận thiêu kết bằng laze không cần cấu trúc hỗ trợ, giúp có thể sản xuất ngay cả những hình dạng phức tạp nhất.
Trong quá trình thiêu kết bằng laze, bột nhựa được phân phối trên toàn bộ bề mặt của bệ xây dựng bằng con lăn hoặc chổi cao su, sau đó được liên kết có chọn lọc bằng cách nung chảy bằng chùm tia laze công suất cao. Khi tia laser đã xử lý hoàn toàn lớp đầu tiên, bệ sẽ hạ xuống và một lớp bột mới được phủ lên. Giờ đây, tia laser sẽ làm tan chảy các khu vực được xác định trong lớp này. Quy trình này được lặp lại liên tục, dần dần tạo thành phần.
Một trong những ưu điểm của SLS là không cần cấu trúc hỗ trợ, vì các cấu trúc nhô ra được ổn định trong lớp bột. Kết quả là, bất kỳ hình học ba chiều nào cũng có thể được tạo ra. Chúng có thể có các đường cắt xén không thể sản xuất được trong sản xuất cơ khí hoặc đúc thông thường. Quy trình này cũng có thể được sử dụng để tạo ra các thiết kế có độ phức tạp cao chẳng hạn như các bộ phận chuyển động, bản lề và dây chuyền trong một mảnh duy nhất, giúp tiết kiệm các bước lắp ráp tiếp theo hoặc cho phép các giải pháp và ứng dụng thiết kế hoàn toàn mới.
Một điểm mạnh khác của quá trình thiêu kết laze là một số thành phần độc lập có thể được in đồng thời trong không gian chế tạo. Bằng cách sắp xếp chiến lược các bộ phận (lồng nhau), không gian chế tạo có sẵn trong mỗi máy có thể được sử dụng một cách tối ưu, giúp cho việc sản xuất các loạt nhỏ hoặc các biến thể nguyên mẫu khác nhau, ví dụ, tương đối nhanh và tiết kiệm chi phí.
5.kỹ thuật lập thể
Stereolithography là một trong những công nghệ in 3D được sử dụng rộng rãi nhất. Chất lượng bề mặt, khả năng tạo ra các chi tiết đẹp và nhiều lựa chọn vật liệu làm cho nó rất phù hợp với các mô hình và nguyên mẫu trực quan chất lượng cao, các bộ phận thẩm mỹ phức tạp và các bậc thầy về kỹ thuật như đúc chân không và đúc sáp bị mất.
Phiên bản cơ bản của công nghệ dựa trên nhựa lỏng nhạy cảm với tia cực tím được áp dụng cho một nền tảng và sau đó được xử lý có chọn lọc bằng chùm tia laze, từ đó các biến thể khác nhau đã phát triển theo thời gian. Trong quá trình sản xuất, nền tảng dần dần hạ thấp và thành phần phát triển theo từng lớp. Để ngăn đối tượng in di chuyển trong bể nhựa, nó được cố định vào nền bản dựng bằng các cấu trúc hỗ trợ.
Điểm mạnh của SLA nằm ở sự kết hợp của độ chính xác kích thước rất cao, chất lượng bề mặt cao và thời gian sản xuất tương đối ngắn. Hơn nữa, ngoài Polyjet, SLA là công nghệ sản xuất phụ gia duy nhất cũng có thể được sử dụng để tạo ra các vật thể trong suốt. Stereolithography cũng có thể được sử dụng để sản xuất các thành phần lớn trong một mảnh.
6.PolyJet
Ngoài độ chi tiết cao và bề mặt nhẵn, PolyJet còn cung cấp khả năng độc đáo để in các bộ phận và cụm lắp ráp chính xác bằng nhiều vật liệu, tất cả trong một bản dựng duy nhất. Một bộ phận duy nhất có thể chứa các màu sắc, mức độ trong suốt khác nhau và các tính chất vật lý và cơ học đa dạng, làm cho PolyJet rất phù hợp với các mô hình và nguyên mẫu trực quan phức tạp.
Trong quá trình này, nhựa photopolyme được phủ thành các lớp siêu mỏng lên đế in thông qua các đầu in – tương tự như máy in phun – và được xử lý ngay sau khi sử dụng bằng đèn UV. Đối với các hình dạng và phần nhô ra phức tạp, vật liệu hỗ trợ giống như gel, hòa tan trong nước cũng được áp dụng qua đầu in. Sau khi hoàn thành một lớp, nền tảng sẽ di chuyển xuống theo độ dày của một lớp và lớp tiếp theo sẽ theo sau.
Máy in PolyJet có một số đầu in cho phép kết hợp các vật liệu khác nhau và các màu khác nhau trong quá trình in. Kết quả là, không chỉ có thể đạt được các màu sắc và độ cứng cụ thể mà còn có thể tạo ra một thành phần có nhiều màu sắc và tính chất cơ học khác nhau trong một quy trình in duy nhất.
Một tính năng đặc biệt khác của quy trình polyjet là khả năng truyền ánh sáng của vật liệu có thể thay đổi. Thậm chí hoàn toàn minh bạch là có thể. Hơn nữa, công nghệ này cho phép in các chi tiết rất nhỏ, vì các lớp chỉ dày 32μm.
Hiện thực hóa câu hỏi và trả lời
Jurgen Laudus (bên dưới), Phó Chủ tịch, Bộ phận Sản xuất và Bart van der Schueren (bên dưới), CTO, Materialise, thảo luận về các xu hướng hiện tại trong không gian sản xuất bồi đắp.
Việc sử dụng in 3D đang thay đổi như thế nào?
BvS: Như chúng ta đã biết, các trường hợp sử dụng đầu tiên của in 3D là trong lĩnh vực tạo mẫu. Sự phát triển quan trọng nhất mà chúng tôi đã thấy là khách hàng hiện đang tìm cách sử dụng công nghệ này để tạo ra các bộ phận sử dụng cuối cùng.
Nếu bạn xem việc sản xuất mô cấy là một ví dụ điển hình của bộ phận sử dụng cuối, bởi vì quá trình sản xuất bồi đắp không yêu cầu bất kỳ công cụ cụ thể nào của sản phẩm, chúng ta có thể đạt được những tiến bộ to lớn trong việc cá nhân hóa hàng loạt. Ngoài ra, cũng có một xu hướng ngày càng tăng đối với các kích thước sê-ri nhỏ hơn, điều này cũng rất phù hợp với sản xuất phụ gia.
JL : Hơn 50% các bộ phận chúng tôi in là dành cho các ứng dụng sử dụng cuối cùng. Do đó, chúng tôi đang nỗ lực rất nhiều vào việc kiểm soát quy trình in 3D. Ví dụ: chúng tôi thu thập rất nhiều dữ liệu từ máy in và từ quá trình xử lý hậu kỳ và việc tập hợp tất cả dữ liệu này lại với nhau đã giúp ngành hiểu rõ hơn về những gì đang xảy ra trong máy và cho phép chúng tôi phát triển các ứng dụng bộ phận sử dụng cuối .
Một điểm khác biệt chính so với tạo mẫu là tính an toàn cần phải được đảm bảo cho các bộ phận sử dụng cuối, đặc biệt là trong các lĩnh vực được quản lý chặt chẽ như hàng không vũ trụ và y tế (nơi mà nhiều sản phẩm của chúng ta kết thúc) – ngoài ra, bạn cần đảm bảo rằng các đặc tính của vật liệu và bộ phận là tiêu chuẩn như nhau, hàng ngày và hàng năm. Bạn cần sản xuất lặp lại và dữ liệu là chìa khóa cho sự phát triển của công nghệ ngoài việc tạo nguyên mẫu đơn thuần.
BvS : Bản chất in 3D luôn là một công nghệ kỹ thuật số, nhưng nó đã bị cô lập trong nhiều năm. Đó là điều đang thay đổi nhanh chóng; giai đoạn hậu xử lý đó đang trải qua quá trình chuyển đổi kỹ thuật số và phù hợp với xu hướng chung của Công nghiệp 4.0 nơi các công nghệ sản xuất thông thường đang được số hóa nhiều hơn. Điều đó có nghĩa là ngày nay sản xuất bồi đắp không còn là một công nghệ đơn lẻ, mà là một trong những bước trong chuỗi sản xuất lớn hơn. Và đó là thứ được kích hoạt bởi các công nghệ kỹ thuật số.
In 3D có thể mang lại những lợi thế gì để giúp các nhà sản xuất vượt qua những thách thức gần đây?
BvS : Trong vài năm qua, đã có đủ loại thách thức khiến các nhà sản xuất phải đặt câu hỏi làm thế nào để sản xuất linh hoạt hơn và sản xuất bồi đắp chắc chắn có vai trò nhất định. Ví dụ, đó là điều mà các nhà sản xuất đã học được từ cuộc khủng hoảng COVID, khi chuỗi cung ứng đột ngột bị phá vỡ.
Ở đây, sản xuất bồi đắp cho thấy các bộ phận và linh kiện có thể được sản xuất theo yêu cầu, ở những nơi cần thiết. Loại thay đổi đó trên thị trường, được bắt đầu trong thời kỳ COVID, đã được các nhà sản xuất lựa chọn để giảm thiểu hơn nữa sự không chắc chắn của chuỗi cung ứng. Hướng tới sản xuất phụ gia có thể tăng khả năng phục hồi, bởi vì nó giúp các công ty có mức năng lực sản xuất gần với nơi họ cần các bộ phận.
Việc sản xuất tại địa phương này cho phép việc phát triển sản phẩm được nhìn nhận theo một cách hoàn toàn khác. Các bộ phận có thể được sản xuất và tối ưu hóa ngay lập tức, đồng thời các nhà sản xuất thậm chí có thể chuyển sang giai đoạn phát triển linh hoạt và thu hút khách hàng tham gia để thực sự phát triển các sản phẩm hoạt động theo yêu cầu. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất có thể tiếp cận thị trường nhanh hơn và với chi phí thấp hơn, đồng thời có tài sản kỹ thuật số của sản phẩm để dự phòng nếu có thêm những xáo trộn trong chuỗi cung ứng.
JL : Chúng tôi đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể số lượng các nhà sản xuất muốn nói chuyện với chúng tôi trong vài năm qua vì những vấn đề họ đang gặp phải trong chuỗi cung ứng của mình. Nhiều người có một kho dự trữ khổng lồ nằm xung quanh phòng trường hợp có thêm sự gián đoạn. Chúng tôi có thể giảm đáng kể số lượng hàng tồn kho nhờ kho kỹ thuật số, trong đó, nếu nhà sản xuất cần một bộ phận, họ có thể chỉ cần in một bộ phận.
Các nhà sản xuất đã nhận thức được rằng không nên coi chuỗi cung ứng là điều hiển nhiên; rằng không phải tất cả các bộ phận được sản xuất ở bên kia thế giới đều có thể ở đây trong vài ngày hoặc vài tuần. Điều đó đã tạo ra rất nhiều sự quan tâm đối với in 3D và ngày càng có nhiều nhà sản xuất muốn xem công nghệ này mang lại những gì.
In 3D có thể mang lại lợi ích gì cho sản xuất?
JL : Đầu tiên, bạn không cần phải tạo khuôn, điều này giúp loại bỏ chi phí ban đầu thường liên quan đến các phương pháp sản xuất truyền thống. Thứ hai, có nhiều tự do hơn, cho phép thiết kế các bộ phận trở nên phức tạp hơn nhiều mà không phải trả thêm chi phí. Và thứ ba, các bộ phận có thể được sản xuất tại địa phương nhiều hơn, giảm thiểu sự gián đoạn chuỗi cung ứng.
Ngày càng có nhiều nhà sản xuất bắt đầu nhận thức được những lợi ích này. Tuy nhiên, trong khi một số nhà sản xuất có ý tưởng về nơi họ muốn đạt được, thì những nhà sản xuất khác lại loay hoay không biết bắt đầu từ đâu.
Như đã thảo luận, có rất nhiều công nghệ và vật liệu sẵn có, vậy các nhà sản xuất nên xem xét điều gì trước tiên? Và làm thế nào để họ đảm bảo rằng in 3D mang lại cho họ kết quả tương tự (hoặc tốt hơn) như họ nhận được từ các phương pháp sản xuất truyền thống?
Đó là lý do tại sao chúng tôi tin rằng sản phẩm Mindware của chúng tôi rất quan trọng. Nó chỉ cho các nhà sản xuất cách sử dụng công nghệ một cách tốt nhất; các ứng dụng và bộ phận phù hợp để bắt đầu với việc chấp nhận ít rủi ro nhất là gì. Chúng tôi giúp khách hàng của chúng tôi bắt đầu cuộc hành trình.
BvS : Sự phát triển của công nghệ đã làm cho máy in 3D dễ sử dụng hơn rất nhiều và có sẵn nhiều vật liệu hơn nên các nhà sản xuất có nhiều lựa chọn hơn. Ngoài ra, quy trình kỹ thuật số đang trở nên phát triển hơn và điều đó rất quan trọng vì sản xuất bồi đắp vẫn là một công nghệ đang ở giai đoạn sơ khai.
Vẫn còn nhiều điều chưa biết nhưng bằng cách số hóa toàn bộ quy trình, thu thập dữ liệu trên máy và cung cấp dữ liệu đó, nó giúp người dùng cuối hiểu rõ hơn về quy trình đang hoạt động như thế nào và bạn cần làm gì để giữ cho quy trình sản xuất của mình ổn định. Đó là một bước quan trọng hướng tới sản xuất số lượng lớn quy mô trung bình cho sản xuất bồi đắp.
Ngoài ra còn có những lợi ích về môi trường. Bản thân sản xuất bồi đắp không nhất thiết phải thân thiện với môi trường, bởi vì cần rất nhiều năng lượng để tạo ra nguyên liệu thô và tạo ra các bộ phận thực tế.
Tuy nhiên, như đã thảo luận, sản xuất các bộ phận khi bạn cần là một đặc điểm của sản xuất bồi đắp, nhưng điều này cũng có lợi thế về môi trường. Hầu hết mọi người không nhận ra có bao nhiêu phụ tùng được sản xuất. Chúng đang lấp đầy kho và thường không bao giờ được sử dụng. In 3D có thể có nghĩa là sản xuất theo yêu cầu; các nhà sản xuất không phải sản xuất thừa và sản xuất phụ tùng thay thế, do đó rủi ro tồn kho giảm.
Ngoài ra, sản xuất phụ gia có thể giúp tiết kiệm trọng lượng. Điều này rất quan trọng đối với bất kỳ thứ gì có các bộ phận chuyển động, vì chuyển động cần năng lượng. Vì vậy, các bộ phận càng nhẹ thì càng cần ít năng lượng và sản phẩm đó càng thân thiện với môi trường.
Vai trò của in 3D trong tương lai của ngành sản xuất là gì?
BvS : Tôi tin rằng sản xuất bồi đắp sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong chuỗi sản xuất. Quyền tự do sản xuất được cho phép bởi quy trình sản xuất bồi đắp cho phép kết hợp nhiều chức năng hơn trong một thành phần duy nhất. Điều đó có nghĩa là bạn có thể tiết kiệm chi phí lắp ráp và tạo ra các bộ phận phức tạp không thể sản xuất bằng các công nghệ thông thường. Sản xuất bồi đắp đang thực sự phát triển thành một công nghệ sản xuất lâu đời.
nguồn :https://www.themanufacturer.com/articles/3d-printing-manufacturing-in-a-different-dimension/