Toàn bộ khung xe của Divergent3D được in 3D. Sản phẩm đã ra mắt công chúng tại gian hàng của SLM Solutions tại Formnext 2018 ở Frankfurt, Đức, từ ngày 13 đến ngày 16 tháng 11.
Nếu bạn có bất kỳ kiến ​​thức thực tế nào về sản xuất bồi đắp (AM), có lẽ bạn đã quen thuộc với vòi phun in 3D cho nền tảng động cơ phản lực Leap của GE. Báo chí kinh doanh đã đưa tin về câu chuyện này kể từ năm 2012, vì đây thực sự là trường hợp đầu tiên được công bố rộng rãi về AM trong bối cảnh sản xuất thực tế.
Vòi phun nhiên liệu một mảnh thay thế cho cụm lắp ráp gồm 20 bộ phận trước đây. Nó cũng phải có thiết kế chắc chắn vì phải tiếp xúc với nhiệt độ cao tới 2.400 độ F bên trong động cơ phản lực. Bộ phận này đã nhận được chứng nhận bay vào năm 2016.
Ngày nay, GE Aviation được cho là đã có hơn 16.000 cam kết cho động cơ Leap của mình. Do nhu cầu lớn, công ty đã báo cáo rằng họ đã in vòi phun nhiên liệu in 3D thứ 30.000 vào mùa thu năm 2018. GE Aviation sản xuất các bộ phận này tại Auburn, Alabama, nơi công ty vận hành hơn 40 máy in 3D kim loại để sản xuất các bộ phận. GE Aviation báo cáo rằng mỗi động cơ Leap có 19 vòi phun nhiên liệu in 3D.
Các quan chức của GE có thể đã chán nói về vòi phun nhiên liệu, nhưng nó đã mở đường cho thành công AM của công ty. Trên thực tế, tất cả các cuộc họp thiết kế động cơ mới đều bắt đầu bằng một cuộc thảo luận về cách kết hợp sản xuất bồi đắp vào các nỗ lực phát triển sản phẩm. Ví dụ, động cơ GE 9X mới hiện đang được chứng nhận có 28 vòi phun nhiên liệu và một bộ trộn đốt được in 3D. Trong một ví dụ khác, GE Aviation đang thiết kế lại một động cơ tua-bin cánh quạt, có thiết kế gần như giống nhau trong khoảng 50 năm và sẽ có 12 bộ phận được in 3D giúp giảm 5 phần trăm trọng lượng động cơ.
Eric Gatlin, người đứng đầu nhóm sản xuất bồi đắp tại GE Aviation, phát biểu trước đám đông tụ họp tại gian hàng của công ty tại Formnext 2018 ở Frankfurt, Đức vào đầu tháng 11: "Những gì chúng tôi đã làm trong vài năm qua là học cách chế tạo các bộ phận sản xuất bồi đắp thực sự lớn".
Gatlin tiếp tục gọi việc áp dụng AM là "sự thay đổi mô hình" đối với GE Aviation. Tuy nhiên, công ty của ông không đơn độc. Các nhà triển lãm tại Formnext lưu ý rằng có nhiều nhà sản xuất (OEM và Tier 1) tại triển lãm năm nay hơn bao giờ hết. (Các quan chức triển lãm thương mại báo cáo rằng có 26.919 người đã tham dự sự kiện, tăng 25 phần trăm so với Formnext năm 2017.) Trong khi các nhà sản xuất hàng không vũ trụ đã dẫn đầu nỗ lực biến sản xuất bồi đắp thành hiện thực trên sàn nhà máy, các công ty ô tô và vận tải Công nghệ này đang được xem xét theo một cách mới. Một cách nghiêm túc hơn nhiều.
Tại buổi họp báo của Formnext, Phó chủ tịch cấp cao của Ultimaker, Paul Heiden đã chia sẻ thông tin chi tiết về cách Ford sử dụng máy in 3D của công ty tại nhà máy Cologne, Đức để tạo ra các công cụ sản xuất cho Ford Focus. Ông cho biết công ty đã tiết kiệm được khoảng 1.000 euro cho mỗi công cụ in so với việc mua cùng một công cụ từ một nhà cung cấp bên ngoài.
Nếu các kỹ sư sản xuất cần đến công cụ, họ có thể tải thiết kế vào phần mềm mô hình hóa CAD 3D, chỉnh sửa thiết kế, gửi đến máy in và in trong vòng vài giờ. Heiden cho biết, những tiến bộ trong phần mềm, chẳng hạn như kết hợp nhiều loại vật liệu hơn, đã giúp tạo ra các công cụ thiết kế dễ dàng hơn, do đó ngay cả những "người chưa được đào tạo" cũng có thể làm việc thông qua phần mềm.
Heiden cho biết, Ford đã có thể chứng minh được tính hữu ích của các công cụ và đồ gá in 3D, bước tiếp theo của công ty là giải quyết vấn đề tồn kho phụ tùng thay thế. Thay vì lưu trữ hàng trăm bộ phận, máy in 3D sẽ được sử dụng để in chúng khi được đặt hàng. Từ đó, Ford dự kiến ​​sẽ thấy được tác động của công nghệ này trong việc sản xuất phụ tùng.
Các công ty ô tô khác cũng đang kết hợp các công cụ in 3D theo những cách sáng tạo. Ultimaker cung cấp ví dụ về các công cụ mà Volkswagen sử dụng tại nhà máy ở Palmela, Bồ Đào Nha:
Được sản xuất trên máy in 3D Ultimaker, công cụ này được sử dụng để hướng dẫn vị trí bu lông trong quá trình lắp bánh xe tại nhà máy lắp ráp Volkswagen ở Bồ Đào Nha.
Khi nói đến việc định nghĩa lại ngành sản xuất ô tô, nhiều người đang nghĩ lớn hơn nhiều. Kevin Czinger của Divergent3D là một trong số đó.
Czinger muốn suy nghĩ lại về cách chế tạo ô tô. Ông muốn tạo ra một phương pháp tiếp cận mới bằng cách sử dụng mô hình máy tính tiên tiến và AM để tạo ra khung gầm nhẹ hơn khung truyền thống, chứa ít bộ phận hơn, cung cấp hiệu suất cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn. Divergent3D đã giới thiệu khung gầm in 3D của mình tại gian hàng của SLM Solutions Group AG tại Formnext.
Khung máy được in trên máy SLM 500 bao gồm các nút tự cố định, tất cả đều khớp với nhau sau khi in. Các quan chức của Divergent3D cho biết phương pháp thiết kế và lắp ráp khung máy này có thể tiết kiệm 250 triệu đô la nhờ loại bỏ chi phí gia công và giảm 75 phần trăm số lượng linh kiện.
Công ty hy vọng có thể bán loại đơn vị sản xuất này cho các nhà sản xuất ô tô trong tương lai. Divergent3D và SLM đã hình thành quan hệ đối tác chiến lược chặt chẽ để đạt được mục tiêu này.
Senior Flexonics không phải là một công ty nổi tiếng với công chúng, nhưng đây là nhà cung cấp linh kiện chính cho các công ty trong ngành ô tô, dầu diesel, y tế, dầu khí và phát điện. Đại diện công ty đã gặp gỡ GKN Powder Metallurgy vào năm ngoái để thảo luận về khả năng in 3D và cả hai đã chia sẻ những câu chuyện thành công của mình tại Formnext 2018.
Các thành phần được thiết kế lại để tận dụng AM là van nạp và xả cho bộ làm mát tuần hoàn khí thải dành cho xe tải thương mại, cả trên đường và ngoài đường. Advanced Flexonics muốn tìm hiểu xem liệu có cách nào hiệu quả hơn để tạo ra các nguyên mẫu có thể chịu được thử nghiệm thực tế và có khả năng sản xuất hàng loạt hay không. Với nhiều năm kinh nghiệm trong sản xuất phụ tùng cho các ứng dụng ô tô và công nghiệp, GKN hiểu sâu sắc về độ xốp chức năng của các bộ phận kim loại.
Điều sau rất quan trọng vì nhiều kỹ sư tin rằng các bộ phận cho một số ứng dụng xe công nghiệp nhất định đòi hỏi mật độ 99%. Trong nhiều ứng dụng này, điều đó không đúng, theo Adrian Keppler, Tổng giám đốc điều hành của EOS, và nhà cung cấp công nghệ máy móc cũng như đối tác đã chứng thực điều này.
Sau khi phát triển và thử nghiệm các bộ phận làm từ vật liệu EOS StainlessSteel 316L VPro, Senior Flexonics nhận thấy rằng các bộ phận được sản xuất bằng phương pháp bồi đắp đáp ứng được mục tiêu hiệu suất của chúng và có thể được sản xuất nhanh hơn các bộ phận đúc. Ví dụ, cổng thông tin có thể được in 3D trong 70% thời gian so với quy trình đúc. Tại buổi họp báo, tất cả các bên liên quan đến dự án đều thừa nhận rằng điều này có tiềm năng lớn cho sản xuất hàng loạt trong tương lai.
“Bạn phải suy nghĩ lại về cách chế tạo các bộ phận,” Kepler nói. “Bạn phải xem xét sản xuất theo cách khác. Đây không phải là đúc hoặc rèn.”
Đối với nhiều người trong ngành AM, mục tiêu lớn nhất là chứng kiến ​​công nghệ này được áp dụng rộng rãi trong môi trường sản xuất khối lượng lớn. Trong mắt nhiều người, điều này sẽ thể hiện sự chấp nhận hoàn toàn.
Công nghệ AM được sử dụng để sản xuất các van đầu vào và đầu ra cho bộ làm mát tuần hoàn khí thải dùng cho xe tải thương mại. Nhà sản xuất các bộ phận nguyên mẫu này, Senior Flexonics, đang nghiên cứu các ứng dụng khác của công nghệ in 3D trong công ty của mình.
Với suy nghĩ này, các nhà phát triển vật liệu, phần mềm và máy móc đang nỗ lực hết mình để cung cấp các sản phẩm cho phép điều này. Các nhà sản xuất vật liệu đang tìm cách tạo ra các loại bột và nhựa có thể đáp ứng kỳ vọng về hiệu suất theo cách có thể lặp lại. Các nhà phát triển phần mềm đang cố gắng mở rộng cơ sở dữ liệu vật liệu của họ để làm cho các mô phỏng trở nên chân thực hơn. Các nhà chế tạo máy đang thiết kế các ô chạy nhanh hơn và có phạm vi sản xuất lớn hơn để chứa nhiều bộ phận cùng một lúc. Công việc vẫn còn phải làm, nhưng có rất nhiều sự phấn khích về tương lai của sản xuất bồi đắp trong sản xuất thực tế.
“Tôi đã làm việc trong ngành này 20 năm và trong suốt thời gian đó, tôi liên tục nghe thấy, 'Chúng ta sắp đưa công nghệ này vào môi trường sản xuất.' Vì vậy, chúng tôi đã chờ đợi và chờ đợi”, Giám đốc Trung tâm Năng lực Sản xuất Phụ gia của UL cho biết. Paul Bates, Giám đốc kiêm Chủ tịch Nhóm Người dùng Sản xuất Phụ gia cho biết. "Nhưng tôi nghĩ cuối cùng chúng ta cũng đang đến thời điểm mà mọi thứ đang hội tụ và điều đó đang diễn ra".
Dan Davis là tổng biên tập của The FABRICATOR, tạp chí về chế tạo và tạo hình kim loại có lượng phát hành lớn nhất trong ngành, cùng các ấn phẩm liên quan là STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal và The Welder. Ông đã làm việc cho các ấn phẩm này kể từ tháng 4 năm 2002.
Báo cáo về công nghệ sản xuất bồi đắp tập trung vào việc sử dụng công nghệ sản xuất bồi đắp trong sản xuất thực tế. Các nhà sản xuất ngày nay đang sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo dụng cụ và đồ gá, và một số thậm chí còn sử dụng AM cho công việc sản xuất khối lượng lớn. Câu chuyện của họ sẽ được trình bày tại đây.