Lựa Chọn Giải Pháp In 3D Kim Loại: Tổng Quan Về Các Giải Pháp

Author
Metal AM đắt tiền, nhưng cảnh quan đang dần thay đổi: nó hiện dễ tiếp cận hơn đáng kể so với một quy trình như đúc phun kim loại. Nhưng các lựa chọn khi nói đến in 3D kim loại chi phí thấp là gì?

Hiệu quả chi phí của in 3D Kim Loại: Tổng quan
Trong nhiều năm, sản xuất bồi đắp kim loại (AM) luôn có vị trí độc lập so với với in 3D nhựa. Khi máy in FDM/FFF trở nên dễ tiếp cận hơn với người tiêu dùng từ những năm 2010, thì in 3D kim loại phần lớn vẫn là một công nghệ công nghiệp, với những chiếc máy đôi khi vượt mốc 1 triệu đô la.
Cho đến nay, in 3D kim loại vẫn có giá thành cao, nhưng cục diện đang thay đổi từng ngày: các công ty hóa chất đã phát triển các sợi vật liệu kim loại giá rẻ, các nhà sản xuất cũng đang chế tạo máy in vật liệu bột với giá cả phải chăng và thấp hơn nhiều so với EOS, và các công ty khởi nghiệp như Desktop Metal thì đang cung cấp các giải pháp bàn để bàn tiên tiến hơn. Metal AM hiện dễ tiếp cận hơn đáng kể so với quy trình như đúc kim loại và thậm chí các hệ thống giá thành rẻ có khả năng tạo ra các nguyên mẫu, dụng cụ và một số chi tiết thực chất lượng cao.
Tất nhiên, một máy in giá rẻ đối với một công ty lớn vẫn có thể rất đắt đối với người tiêu dùng, vì vậy bài viết này sẽ đề cập đến giải pháp in 3D kim loại với mức giá phải chăng từ các góc độ khác nhau: người tiêu dùng, tính chuyên nghiệp và tiêu chuẩn công nghiệp, bao gồm cả phần cứng, vật liệu và chi phí xử lý hậu kỳ.
falcontech-factory-1024x606.jpeg
Công Nghệ In 3D Kim Loại Với Giá Cả Phải Chăng
Công nghệ FFF/FDM kim loại
Phù hợp với: người tiêu dùng, chuyên nghiệp, công nghiệp
FDM là công nghệ in 3D có giá cả phải chăng nhất. Tuy nhiên, cho đến gần đây, cách duy nhất để in các chi tiết “kim loại” trên máy in 3D FDM là sử dụng các sợi vật liệu chứa kim loại, ví dụ như kim loại sợi PLA chứa đồng, nhưng các loại vật liệu này thường sử dụng cho mục đích thẩm mỹ và thiếu các cơ tính của các bộ phận kim loại thực sự.
Vào năm 2019, công ty hóa chất BASF đã ra mắt Ultrafuse 316L, một loại vật liệu hỗn hợp với chất kết dính polymer có thể được loại bỏ thông qua quá trình tách chất xúc tác, giúp các bộ phận được in 3D được cấu thành hoàn toàn bằng thép không gỉ. Vật liệu tương thích với bất kỳ máy in FDM nào nhưng yêu cầu nhiệt độ in là 230 ° C và đầu đùn làm bằng thép cứng. Các chi tiết (thường là nguyên mẫu) có thể được gửi đến cơ sở của bên thứ ba để thực hiện các bước xử lý và thiêu kết.
Một số nhà sản xuất máy in 3D FFF đã tung ra các sản phẩm để khai thác tiềm năng của FFF kim loại với các sợi kim loại Ultrafuse. Dưới đây là một số giải pháp đáng chú ý:
  • Bộ nâng cấp cho máy in 3D hiện có: thường là bộ nâng cấp tương thích với các sợi kim loại chịu mài mòn. Ví dụ như BCN3D tung ra Metal Pack (1099 €), một lựa chọn mở rộng bao gồm vật liệu kim loại tương thích với loạt máy in 3D để bàn Epsilon của họ.
  • Máy in 3D FFF kim loại chuyên dụng: 3DGence ra mắt MP260 (từ $20k) trong dòng máy Element của họ, một máy in 3D kim loại nhỏ gọn được thiết kế như một giải pháp tiết kiệm chi phí cho các công ty sản xuất MIM.
  • Hệ thống FFF kim loại đầu – cuối: bao gồm máy in 3D FFF kim loại, cùng với các hệ thống tách chất kết dính kết và thiêu kết. Ví dụ, vào cuối năm 2021, Raise3D đã giới thiệu MetalFuse, một giải pháp chìa khóa trao tay bao gồm máy in 3D kim loại để bàn Forge1, lò loại bỏ chất D200-E, lò thiêu kết S200-C và phần mềm phân lớp ideaMaker Metal.
  • Chi phí phần cứng: $ 200 +
  • Chi phí vật liệu liệu: $ 130 / kg
  • Chi phí xử lý hậu kỳ: $ 50 / kg (thuê ngoài)
Raise3D-MetalFuse.jpg
Công nghệ kết dính kim loại (BMD)
Phù hợp với: chuyên nghiệp, công nghiệp
Trước khi có vật liệu BASF Ultrafuse, in 3D kim loại tiết kiệm chi phí trong môi trường phi công nghiệp được thống trị bởi hai công ty, Markforged và Desktop Metal, cả hai đều sử dụng một biến thể của công nghệ BMD (nói một cách chính xác, BMD là thuật ngữ được đăng ký nhãn hiệu cho công nghệ của Desktop Metal).
Từ quan điểm kỹ thuật, BMD là một dạng ép đùn. Tuy nhiên, các máy trong danh mục này là các hệ thống cấp công nghiệp được bán kèm cùng hệ thống xử lý sau (loại bỏ chất/thiêu kết) để cung cấp giải pháp đầu – cuối. Lò thiêu kết chiếm một lượng đáng kể trong tổng chi phí phần cứng. Mặc dù chi phí máy móc cao nhưng quá trình BMD có chi phí bổ sung thấp hơn (nhân công, nâng cấp cơ sở, xử lý sau, v.v.) so với công nghệ in 3D kim loại công nghiệp như PBF, khiến nó có giá cả phải chăng hơn cho các công ty có quy mô vừa.
Hệ thống kim loại kết dính thường sử dụng vật liệu độc quyền có giá cao hơn một chút so với sợi kim loại được nhắc tới ở trên.
  • Chi phí phần cứng: 100.000 đô la trở lên
  • Chi phí vật liệu: $ 150 / kg +
  • Chi phí xử lý hậu kỳ: tuỳ thuộc vào đơn vị, vừa phải
bound-metal-deposition-DM-1024x769.png
Công nghệ in 3D bột kim loại cơ bản (PBF)
Phù hợp với: công nghiệp
Mặc dù có ít nhà sản xuất phần cứng in 3D kim loại hơn các nhà sản xuất máy in 3D nhựa, nhưng số lượng đó đang dần tăng lên, giúp các công nghệ như PBF (DMLS / SLM) và DED cạnh tranh về giá hơn.
Các nhà ông lớn của công nghệ PBF như EOS và SLM Solutions ngày nay được sát nhập bởi các công ty phần cứng cung cấp các giải pháp in kim loại cơ bản hiệu quả về chi phí như Xact Metal, One Click Metal và 3DLAM. Hệ thống PBF có giá thấp nhất của One Click Metal, MPRINT +, có giá 110.000 đô la, trong khi máy rẻ nhất của Xact Metal, XM200G, có giá 90.000 đô la. Cả hai hệ thống đều có kích thước xây dựng là 150 x 150 x 150 mm. Máy lớn nhất hiện có của Xact Metal, XM300G (300 x 300 x 350 mm), có giá 200.000 USD.
Điều đó nói rằng, việc xử lý hậu kỳ các chi tiết được sản xuất bằng công nghệ PBF vẫn khá đắt: việc loại bỏ phần dư thường yêu cầu phải cưa cắt, trong khi các bước xử lý hậu kỳ bổ sung như xử lý nhiệt, giảm áp lực và hậu gia công có thể cần thiết để đạt được chất lượng tương đương MIM.
  • Chi phí phần cứng: $ 90,000 +
  • Chi phí vật liệu: $ 50 / kg +
  • Chi phí xử lý hậu kỳ: Cao
one-click-metal-mprint-1024x683.jpeg

SLS kim loại
Selective Laser Sintering (SLS)
là công nghệ hoạt động dựa trên nguyên lý thiêu kết laser CO2 chọn lọc và bột nhựa tổng hợp (Glass Fiber Composite Nylon Powder) thành từng lớp mặt cắt rắn. Đây được biết đến là một trong những công nghệ in 3D có độ chính xác cao nhất. Nó có thể tạo ra những sản phẩm mẫu giống hệt với vật liệu gốc về cả hóa và lý tính. Trong quá trình in, để tối ưu được năng suất máy in, toàn bộ buồng in sẽ được sử dụng một cách tối đa để tạo mẫu. Việc này khác với những công nghệ in khác, chỉ dùng bàn in.
Thông thường, các sản phẩm được tạo ra từ công nghệ này được sử dụng để thay thế những linh kiện không có sẵn hoặc được dùng làm mẫu thử nghiệm chức năng với độ bền rất cao. Nó cũng phù hợp để in các sản phẩm có hình dạng hang lỗ, có đường dẫn rỗng bên trong và sản phẩm có dạng tổ ong. Công nghệ SLS thường được dùng trong sản xuất các bộ phận không gian, bộ phận có bản lề, bộ phận chống cháy, thiết kế ô tô, mẫu đúc khuôn.
  • Ưu điểm: Công nghệ này thích hợp để in các mô hình có thành mỏng, những mô hình lớn hoặc có phần rỗng. Đặc biệt, đây là phương pháp tốt cho việc tạo mẫu nhanh với tốc độ in cao hơn khoảng 5-10 lần và độ phân giải của sản phẩm cũng cao hơn so với các công nghệ in 3D khác đồng thời không cần in cấu trúc support. Bề mặt sản phẩm được in bằng công nghệ SLS cũng mịn hơn hẳn so với công nghệ FDM khi rất khó để có thể phân biệt các lớp in bằng mắt thường. Vật liệu sử dụng cũng rất đa dạng như thủy tinh, kim loại, nhựa, bột tổng hợp, vật liệu thừa được tái chế.
  • Nhược điểm: Giá của các thiết bị và nguyên liệu cho công nghệ SLS khá cao, trong khi các mô hình kín và rỗng bên trong vẫn tiêu tốn một lượng vật liệu khá lớn. Ngoài ra, công nghệ này cũng chưa thực sự phổ biến, gây khó khăn trong việc tìm kiếm nguyên vật liệu và linh kiện thay thế. Sản phẩm in ra có thể bị thấm nước bởi độ xốp của chi tiết được tạo thành từ khe hở bột và có thể bị co rút từ 3-3.5%, do đó cần tính toán thiết kế với kích thước phù hợp nhất.
=> Phù hợp với: công nghiệp
metal-sls-headmade-materials-1024x544.jpeg
In 3D Kim Loại: đầu tư hay thuê ngoài?
Thứ đắt đỏ nhất của công nghệ in 3D kim loại chính là phần cứng, vì các máy in kim loại chuyên dụng thường có giá từ 100.000 đến 1.000.000 đô la.
Ngoài ra cũng có các chi phí phát sinh khi mua một máy in 3D kim loại, chẳng hạn như chi phí lắp đặt, nâng cấp cơ sở vật chất (chẳng hạn như thiết bị an toàn cháy nổ), và thiết bị xử lý hậu kỳ. Không chỉ vậy, hệ thống có thể đòi hỏi một nhân viên vận hành có tay nghề cao, hoặc các khóa đào tạo cho đội ngũ nhân viên hiện có.
Do những chi phí này, người dùng nên cân nhắc xem nên có nên đầu tư hay không. Hiện tại các dịch vụ in 3D kim loại thực sự chưa phổ biến, và chỉ có mặt tại một số quốc gia, khu vực phát triển. Giá thành cho một chi tiết kim loại có kích thước 60 x 31 x 48 mm, được cung cấp bởi Materialise rơi vào khoảng từ 200 đô la (nhôm tiêu chuẩn) cho đến 500 đô la (titan hiệu suất cao) cho mỗi bộ phận, bao gồm cả xử lý hậu kỳ.
Các doanh nghiệp đang tìm kiếm con đường đến với máy in 3D kim loại với mức giá phù hợp phải tính toán lợi tức đầu tư cho một máy in 3D kim loại để xem liệu việc đầu tư vào một chiếc máy in này có hợp lý hay không. Để tìm hiểu khoảng bao nhiêu tháng để máy in sinh lãi, hãy chi chi phí đầu tư trả trước (bao gồm máy móc, nâng cấp và tất cả các thiết bị khác) cho khoản tiết kiệm dự kiến hàng tháng, tức là chênh lệch chi phí giữa sản xuất nội bộ (bao gồm nhân lực, vật tư tiêu hao, chi phí năng lượng, v.v.) và sản xuất thuê ngoài (chi phí bộ phận, chi phí vận chuyển, v.v.).
Cân nhắc các tùy chọn
Nói một cách đơn giản, hai con đường hợp lý nhất để tiếp cận in 3D kim loại hiện nay là FDM kim loại và thuê bên thứ 3 sản xuất. Công nghệ này cũng có thể đạt được các đặc tính nhất định của kim loại bằng cách sử dụng polyme hoặc vật liệu tổng hợp hiệu suất cao.
Như vậy, người mua nên nhớ rằng sản xuất bồi đắp kim loại có thể trở thành một công cụ tạo ra lợi nhuận quan trọng trong dài hạn. Một công ty có kế hoạch kinh doanh hiệu quả có thể thấy rằng việc đầu tư vào hệ thống PBF thể hiện giá trị tuyệt vời trong vài năm mặc dù có chi phí đầu tư cao.

Tìm hiểu thêm
In 3D kim loại là gì? Ứng dụng công nghệ in 3D kim loại
Một số ứng dụng điển hình của in 3D kim loại
Những vật liệu thường sử dụng trong in 3D kim loại

----------------------------------------------------------------
AIE - Advanced Industry & Education Equipments Company
Phone: +8424 3577 3348
Email: Marketing@aie.com.vn
Website: www.aie.com.vn
Facebook: fb.com/Aie.com.vn
 
Last edited:
Khả năng ứng dụng của các công nghệ này trong thực tế như thế nào nhỉ? Mình đang không biết lĩnh vực sản xuất của bên mình có áp dụng in 3D được không
 
Author
Khả năng ứng dụng của các công nghệ này trong thực tế như thế nào nhỉ? Mình đang không biết lĩnh vực sản xuất của bên mình có áp dụng in 3D được không
Chào bạn, khả năng ứng dụng của công nghệ in3D trong thực tế là không giới hạn, từ cơ khí chế tạo, giáo dục, quốc phòng, hàng không vũ trụ, y tế... bởi sự đa dạng về vật liệu cũng như các công nghệ in.
Bạn cho biết lĩnh vực sản xuất của bên bạn là gì, sản phẩm và công nghệ đang được sử dụng để có thể trao đổi rõ hơn nhé.
Thân
 

NPT

Active Member
Công nghệ FFF/FDM có những ưu điểm gì so với các phương pháp sản xuất truyền thống vậy bạn
 
em không biết làm cách nào em có thể cập nhật những tiến bộ mới nhất trong công nghệ in 3D vậy hả anh
 
Mình đang quan tâm đến vấn đề này bạn có thể chia sẻ kĩ hơn về vấn đề này được không về phần ưu điểm và nhược điểm của việc thuê ngoài in 3D so với tự làm là gì?
 
Những yếu tố nào nên được xem xét khi lựa chọn giải pháp in 3D kim loại cho các ứng dụng công nghiệp ạ?
 
Lợi ích và hạn chế của các phương pháp in 3D kim loại hiện có và làm thế nào để lựa chọn phương pháp phù hợp với nhu cầu của từng dự án sản xuất?
 
Top