Tổng quan về công nghệ 3D kim loại và những ứng dụng trong thực tế

Author
In 3D kim loại đang thay đổi cách chúng ta sản xuất chi tiết.
Đối với hoạt động sản xuất với số lượng ít, các chi tiết sản xuất bằng máy in 3D có thể được chế tạo nhanh hơn, rẻ hơn và đỡ tốn công hơn quy trình sản xuất truyền thống.
Sản xuất bồi đắp chế tạo chi tiết theo một cách khác biệt, nó giúp việc sản xuất một số sản phẩm đòi hỏi các tính năng phức tạp dễ dàng hơn nhiều. Quá trình sử dụng không cần dùng khuôn, gần như hoàn toàn tự động và chế tạo theo kiểu bồi đắp dần, không phải cắt gọt, nên sẽ cho phép hình dạng chi tiết được tối ưu hơn.
Điều này làm cho in 3D kim loại rất phù hợp cho các ứng dụng khó sản xuất bằng phương pháp truyền thống hoặc tốn chi phí cao, bao gồm các chi tiết cũ đã không còn sản xuất, công cụ tự động hóa trên dây chuyền và nguyên mẫu đúc chức năng.
Ví dụ cụ thể
Bộ tay gắp robot này, dùng để di chuyển các chi tiết kim loại tấm vào và ra khỏi máy dập. Những tay gắp này được in 3D bằng kim loại và giải quyết được ba vấn đề cho xưởng sản xuất:
• Tay gắp được in bằng thép không gỉ 17-4 PH, có khả năng chống mài mòn cao. Điều này có nghĩa là tay gắp không bị mòn do tiếp xúc nhiều lần với các chi tiết dập tấm bằng thép.
• Cấu trúc lưới rỗng bên trong chi tiết làm cho nó nhẹ hơn nhiều so với chi tiết truyền thống, làm cho cánh tay robot có thể di chuyển nhanh hơn so với chi tiết tương đương được gia công và năng suất sẽ cao hơn.
• Đầu kẹp nhỏ và tù để tránh va chạm với khuôn dập, nhưng được thiết kế để kẹp chặt sản phẩm. Điều này sẽ rất khó và tốn kém khi gia công với cùng loại vật liệu, vì vậy họ đã quyết định in 3D chi tiết có hình khối phức tạp như vậy.
Metal X có thể giải quyết rất nhiều vấn đề khi sản xuất và bạn có thể xem thêm các giải pháp này trên trang Ứng dụng của chúng tôi. Nhiều ví dụ cụ thể này xuất phát từ ba lợi ích cốt lõi của sản xuất bồi đắp và cách chúng có thể giúp cắt giảm chi phí cho mỗi chi tiết của bạn.
1670239508121.png
Tay gắp robot in 3D kim loại
Ba lợi ích của sản xuất bồi đắp bằng kim loại
Tự do hình học
Sự phức tạp và tối ưu hóa sẽ làm tăng chi phí nếu sử dụng quy trình sản xuất truyền thống – các tính năng bổ sung đồng nghĩa với việc có nhiều thao tác hơn, thời gian gia công dài hơn hoặc khuôn phức tạp hơn. Tất cả đều tiêu tốn nhiều vật liệu và thời gian hơn. In 3D kim loại có thể loại bỏ hầu hết các hạn chế này. Với quá trình bồi đắp từng lớp thay vì cắt gọt đi, vật liệu được đưa chính xác vào nơi cần thiết, không tốn thêm chi phí. Vì vậy, vật liệu và thời gian sản xuất tiêu tốn sẽ giảm đi.
Tự động hóa hoàn toàn
Máy in 3D kim loại yêu cầu rất ít thời gian của người điều khiển. Phần mềm của máy in 3D tự động tạo đường in tạo nên thành phẩm, dựa trên các thiết lập có thể điều chỉnh dễ dàng, do đó không cần có kiến thức chuyên môn để làm việc với một vật liệu nhất định – máy có thể xử lý tất cả những điều đó dựa trên các lựa chọn của bạn. Khi bạn khởi động một bản in, nó có thể hoạt động mà không cần giám sát, do đó bạn có thể tối đa hóa thời gian hoạt động của máy bằng cách để máy in chạy ngoài giờ làm việc.
Giảm thiểu công cụ và thiết lập trước
Khi sản xuất một chi tiết bằng các phương pháp truyền thống như phay, tiện hoặc đúc, cần mất thời gian và công sức để chế tạo ra chi tiết không tạo ra doanh thu. Đây là những chi tiết hỗ trợ sản xuất, bao gồm công cụ tùy chỉnh, công cụ gia công hoặc khuôn. Máy in 3D kim loại có thể hoạt động mà không cần sử dụng công cụ hoặc cài đặt máy – tất cả những gì bạn phải làm là nhấn “in” để khởi động máy!
Vậy công nghệ in 3D có thể giải quyết những thách thức gì?
Từ ba lợi ích này, có thể rút ra nhiều ứng dụng khác nhau trong nhiều ngành công nghiệp. Chìa khóa để tìm ra những chi tiết có ảnh hưởng lớn là hiểu được nó có ảnh hưởng tới doanh thu cuối cùng ra sao? Khi nào bạn phải đối mặt với những thách thức mà tác động tới năng suất? Chi phí của việc không hiệu quả là gì? Khi các bộ phận in 3D kim loại tăng hoặc duy trì hiệu suất của bộ phận với nỗ lực, chi phí hoặc thời gian thấp hơn, chúng có giá trị.
1670239605452.jpeg
Chi tiết trên sản phẩm của Stanley Black & Decker PD45 này đã giảm từ 4 mảnh chi tiết xuống còn một bằng cách sử dụng in 3D kim loại, tiết kiệm chi phí và thời gian lắp ráp.
Đơn giản hoá việc lắp ráp
In 3D kim loại cho phép việc hợp nhất các bộ phận của một chi tiết, với việc tự do thiết kế các hình khối phức tạp. Sản phẩm liền khối phải chia thành nhiều phần vì những hạn chế của phương thức sản xuất gia công cũ.
Tối ưu hình dạng sản phẩm
Tư duy thiết kế cho sản xuất bồi đắp khác xa so với quy trình gia công truyền thống, bạn cần cân nhắc về lượng vật liệu thêm vào, thay vì việc tính xem cần phải cắt gọt đi những phần nào. Giảm khối lượng chi tiết quan trọng bằng cách chỉ thêm vật liệu vào những vị trí thật sự cần thiết.
Lưu kho kỹ thuật số và các chi tiết “cổ”
Sử dụng máy in 3D kim loại và hệ thống quản lý dựa trên đám mây, bạn có thể thiết kế và sản xuất các chi tiết ở bất cứ nơi nào có máy in. Bạn không cần kho chứa đầy phụ tùng nữa, mà chỉ cẩn in 3D các chi tiết thay thế ngay tại chỗ và theo yêu cầu.

Tìm hiểu thêm
Tổng hợp về máy in 3D kim loại năm 2022
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:
Author
bác cho em hỏi khả năng chế tạo của công nghệ in 3D kim loại như nào vậy
Xin cảm ơn bạn đã có phản hồi và câu hỏi về bài viết của chúng tôi. Bạn đang đề cập đến vấn đề rất rộng lớn và đang thay đổi hàng ngày là “Khả năng chế tạo của in 3D kim loại”. Chúng tôi xin có một số ý kiến để trao đổi như sau:
Khả năng chế tạo của in 3D kim loại:
1. Về hình dạng hình học:

Không giới hạn về độ phức tạp chi tiết. Các chi tiết càng phức tạp thì sử dụng in 3D càng hiệu quả. Tuy nhiên, các máy in 3D kim loại hiện nay đều bị giới hạn bởi các kích thước gia công X,Y,Z và bộ phận in ra nói chung không thể có kích thước tổng thể lớn hơn kích thước tối đa mà các trục truyền động của máy in có thể đạt được.

2. Về độ chính xác: Nói chung, rất ít khi các hãng sản xuất máy in 3D cam kết một con số cụ thể về độ chính xác của máy in họ làm ra. Độ chính xác của máy in 3D về cơ bản phụ thuộc vào công nghệ in áp dụng, chiều dày lớp in áp dụng và độ chính xác của các trục truyền động của bản thân máy in. Đồng thời, kích thước và hình dạng hình học cũng ảnh hưởng lớn tới độ chính xác của bộ phận được in ra: chi tiết càng lớn, càng phức tạp thì sai số cũng càng lớn. Tuy nhiên, rất may mắn là các bộ phận in 3D kim loại đều có thể được gia công tinh để đạt được độ chính xác theo yêu cầu, với thời gian và chi phí giảm thiểu rất nhiều so với các phương thức gia công cắt gọt truyền thống.

3. Về vật liệu: Tùy theo công nghệ in 3D kim loại mà người ta có thể sử dụng được các vật liệu khác nhau, hiện nay có một số vật liệu in 3D kim loại phổ biến như sau: Thép và Thép không gỉ, hợp kim nhôm, đồng, sắt và sắt từ, titan, chrom cobalt, Inconel, vàng, bạc, bạch kim.

4. Về ứng dụng: Danh sách các ứng dụng của in 3D nói chung và in 3D kim loại nói riêng là rất đa dạng và càng ngày càng được nối dài thêm. Hiện nay có 8 lĩnh vực nổi bật mà in 3D kim loại được ứng dụng rất hiệu quả:
  • Chế tạo các bộ trao đổi nhiệt: sử dụng hợp kim nhôm và đồng, khai thác tối đa khả năng tự do thiết kế bẩm sinh của in 3D
  • Phụ tùng thay thế: cung cấp tại chỗ, theo yêu cầu các phụ tùng thay thế
  • Các thành phần kết cấu: Sự tự do thiết kế cho phép chế tạo các bộ phận có hình dạng phức tạp, làm giảm trọng lượng, giảm chất thải mà vẫn đảm bảo độ cứng vững
  • Chế tạo khuôn mẫu: Conformal Cooling chế tạo bằng in 3D cho phép tối ưu hóa luồng nhiệt, làm mát nhanh, cải thiện chất lượng sản phẩm và kéo dài tuổi thọ khuôn
  • Các thiết bị Y tế: in 3D là giải pháp duy nhất khả thi cho các ứng tùy biến có tính cá nhân, vật liệu titan và chrom cobalt có tính tương thích sinh học cao.
  • Chế biến thực phẩm: cho phép chế tạo các bộ phận tùy chỉnh, số lượng nhỏ.
  • Thời trang: thời gian thiết kế nhanh, hình dạng đặc biệt, số lượng sản xuất thấp, thời gian tung ra thị trường ngắn
  • Tự động hóa trong công nghiệp: tính tùy chỉnh, tích hợp một cách hiệu quả, giảm trọng lượng và tăng độ bền hệ thống
Ngày nay in 3D kim loại còn đang tiếp tục được phát triển nhanh và mạnh, và ngày càng trở nên quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như: năng lượng, hàng không, ô tô …
5. Các hạn chế, thách thức hiện nay:
  • Năng suất: In 3D nói chung và in 3D kim loại nói riêng phần lớn sẽ phù hợp với sản xuất với số lượng nhỏ, không chứng minh được hiệu quả khi sản xuất hàng loại với số lượng lớn, so với các phương thức gia công truyền thống
  • Các công nghệ in 3D kim loại hiện nay hầu như không cho phép chế tạo được các bộ phận đồng thời có hai loại vật liệu trở lên (ví dụ như cùng có thép và nhôm trên cùng một bộ phận in 3D)
  • Tư duy truyền thống: các kỹ sư thiết kế cần chuyển đổi từ tư duy sản xuất cắt gọt sang tư duy sản xuất bồi đắp. Việc quản lý sản xuất cũng cần có nhiều cải tiến để phù hợp với phương thức chế tạo mới.
  • Trên đây là một số nhận thức cơ bản của chúng tôi khi đề cập đến vấn đề khả năng chế tạo của công nghệ in 3D kim loại để trao đổi với các bạn. Chúng tôi rất vui nếu các bạn có các ý kiến mới hay những phát hiện khác hơn về vấn đề này để chúng ta cùng thảo luận, trao đổi.
 
Last edited:
Sau quá trình in 3D thì có thêm công đoạn nào khác trước khi đưa vào sử dụng ko bác
Chào bạn, theo tôi thì in 3D bằng công nghệ nào cũng đều trải qua 5 bước quy trình công nghệ:
1- Thiết kế CAD 3D
2- Chuyển đổi STL và thao tác tập tin
3- In 3D trên máy in
4- Gỡ các bản in
5- Xử lý hoàn thiện (post processing)
Như vậy sau quá trình in 3D thì người ta sẽ phải thực hiện gỡ các bản in và xử lý hoàn thiện. Tùy theo công nghệ in 3D sử dụng mà các công đoạn này có thể đơn giản hoặc phức tạp, có thể cần có hoặc không cần có các thiết bị phụ trợ ngoại vi.
 
Mình cũng đang tìm hiểu về in 3D nhưng vẫn chưa thực sự tưởng tượng ra cách mà in 3D kim loại hoạt động! Nếu được bạn làm thêm bài viết về vấn đề này nhé!
Chào bạn,
Nguyên lý in 3D kim loại cũng là bồi đắp dần từng lớp vật liệu theo các mặt cắt mỏng để tạo thành một hình khối 3D theo thiết kế. Máy in 3D nào hiện nay cũng hoạt động dựa trên nguyên lý trên.
Hiện nay phổ biến có 4 loại máy in 3D kim loại sử dụng các công nghệ khác nhau:

1- Nóng chảy bột kim loại: Bột kim loại được phủ từng lớp mỏng lên bàn in, sau đó chiếu một chùm tia năng lượng (ví dụ tia Laser) vào các vị trí được lựa chọn theo thiết kế để làm các hạt hợp kim chảy ra dính với nhau, tạo thành bộ phận cần in. Tiêu biểu là các máy in DSLM (Directive Laser Melting) và EBM (Electron Beam Melting)
2- Đắp kim loại nóng chảy: sử dụng năng lượng nhiệt tập trung để nung chảy vật liệu và đắp lên đúng vị trí. Tiêu biểu là các máy in DED (Directed Energy Deposition) và EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing)
3- Phun keo kết dính: Các hạt bột hợp kim được phủ từng lớp, sau đó một đầu dispensing sẽ phun chất kết dính vào các vị trí theo thiết kế để liên kết các hạt hợp kim với nhau. Cuối cùng chi tiết được nung ở nhiệt độ cao để các làm cháy hết chất keo dính và các hạt kim loại mềm ra ở ngưỡng nóng chảy và dính vào nhau. Tiêu biểu là các máy in Binder Jeting.
4- Đùn ép vật liệu kim loại : Vật liệu hỗn hợp kim loại và polimer được phân phối có chọn lọc qua đầu phun của máy in 3D (tương tự với máy in sợi nhựa FFF/FDM), sau đó chi tiết in ra được nung trong lò thiêu kết ở nhiệt độ cao, làm cháy hết polimer và các hạt kim loại dính vào nhau để tạo thành bộ phận cuối cùng. Loại máy in hàng đầu hiện nay sử dụng công nghệ này là Markforged Metal X.

Việc lựa chọn đúng công nghệ và vật liệu là yếu tố quyết định đem lại hiệu quả cho ứng dụng thực tế của in kim loại.
 
Top