Toàn bộ khung gầm xe của Divergent3D được in 3D. Sản phẩm này đã ra mắt công chúng lần đầu tiên tại gian hàng của SLM Solutions tại triển lãm Formnext 2018 ở Frankfurt, Đức, từ ngày 13 đến 16 tháng 11.
Nếu bạn có kiến ​​thức cơ bản về sản xuất bồi đắp (AM), có lẽ bạn đã quen thuộc với các vòi phun in 3D được sử dụng trong nền tảng động cơ phản lực Leap của GE. Giới báo chí kinh doanh đã đưa tin về câu chuyện này từ năm 2012, vì đây thực sự là trường hợp đầu tiên được công bố rộng rãi về việc ứng dụng AM trong môi trường sản xuất thực tế.
Các vòi phun nhiên liệu nguyên khối thay thế cho cụm lắp ráp gồm 20 chi tiết trước đây. Nó cũng phải có thiết kế chắc chắn vì phải chịu nhiệt độ cao tới 2.400 độ Fahrenheit bên trong động cơ phản lực. Bộ phận này đã nhận được chứng nhận bay vào năm 2016.
Hiện nay, GE Aviation được cho là đã nhận được hơn 16.000 đơn đặt hàng động cơ Leap. Do nhu cầu mạnh mẽ, công ty cho biết đã in chiếc vòi phun nhiên liệu 3D thứ 30.000 vào mùa thu năm 2018. GE Aviation sản xuất các bộ phận này tại Auburn, Alabama, nơi họ vận hành hơn 40 máy in 3D kim loại để sản xuất linh kiện. GE Aviation cho biết mỗi động cơ Leap có 19 vòi phun nhiên liệu in 3D.
Các quan chức của GE có thể đã mệt mỏi khi phải nói về vòi phun nhiên liệu, nhưng chính công nghệ này đã mở đường cho thành công của công ty trong lĩnh vực sản xuất bồi đắp (AM). Trên thực tế, tất cả các cuộc họp thiết kế động cơ mới đều bắt đầu bằng việc thảo luận về cách tích 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 buồng đốt được in 3D. Trong một ví dụ khác, GE Aviation đang thiết kế lại một động cơ phản lực cánh quạt, vốn có thiết kế gần như không thay đổi trong khoảng 50 năm, và sẽ có 12 bộ phận được in 3D giúp giảm trọng lượng động cơ 5%.
“Những gì chúng tôi đã làm trong vài năm qua là học cách chế tạo các bộ phận có kích thước rất lớn bằng công nghệ sản xuất bồi đắp,” Eric Gatlin, trưởng nhóm sản xuất bồi đắp tại GE Aviation, phát biểu trước đám đông tại gian hàng của công ty tại triển lãm Formnext 2018 ở Frankfurt, Đức, vào đầu tháng 11.
Gatlin tiếp tục gọi việc áp dụng công nghệ in 3D (AM) là một “sự thay đổi mô hình” đối với GE Aviation. Tuy nhiên, công ty của ông không phải là trường hợp duy nhất. Các nhà triển lãm tại Formnext lưu ý rằng có nhiều nhà sản xuất (OEM và nhà cung cấp cấp 1) tham gia triển lãm năm nay hơn bao giờ hết. (Ban tổ chức triển lãm báo cáo có 26.919 người tham dự sự kiện, tăng 25% so với Formnext năm 2017.) Trong khi các nhà sản xuất hàng không vũ trụ đã dẫn đầu nỗ lực biến công nghệ in 3D thành hiện thực trong sản xuất, các công ty ô tô và vận tải cũng đang xem xét công nghệ này theo một cách mới, nghiêm túc hơn nhiều.
Tại một cuộc họp báo của Formnext, Phó Chủ tịch cấp cao của Ultimaker, Paul Heiden, đã chia sẻ chi tiết về cách Ford sử dụng máy in 3D của công ty tại nhà máy ở 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 nhà cung cấp bên ngoài.
Nếu các kỹ sư sản xuất cần đến các 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 ra trong vòng vài giờ. Những tiến bộ trong phần mềm, chẳng hạn như tích hợp nhiều loại vật liệu hơn, đã giúp các công cụ thiết kế trở nên dễ sử dụng hơn, vì vậy ngay cả những người "không được đào tạo" cũng có thể sử dụng phần mềm, Heiden cho biết.
Ông Heiden cho biết, với việc Ford đã chứng minh được tính hữu ích của các công cụ và đồ gá được in 3D, bước tiếp theo của công ty là giải quyết vấn đề tồn kho phụ tùng. Thay vì lưu trữ hàng trăm phụ tùng, máy in 3D sẽ được sử dụng để in chúng khi có đơn đặt hàng. Từ đó, Ford dự kiến ​​sẽ xem xét tác động của công nghệ này đối với việc sản xuất phụ tùng.
Các công ty ô tô khác đã và đang tích hợp các công cụ in 3D theo những cách sáng tạo. Ultimaker đưa ra ví dụ về các công cụ mà Volkswagen sử dụng tại nhà máy của họ ở Palmela, Bồ Đào Nha:
Được sản xuất trên máy in 3D Ultimaker, dụng cụ này được sử dụng để định hướng vị trí bu lông trong quá trình lắp ráp bánh xe tại nhà máy lắp ráp Volkswagen ở Bồ Đào Nha.
Khi nói đến việc định hình lại ngành sản xuất ô tô, nhiều người đang nghĩ đến những điều lớn lao hơn nhiều. Kevin Czinger của Divergent3D là một trong số đó.
Czinger muốn định hình lại cách chế tạo ô tô. Ông muốn tạo ra một phương pháp mới bằng cách sử dụng mô hình máy tính tiên tiến và công nghệ in 3D để tạo ra khung gầm nhẹ hơn khung truyền thống, có ít bộ phận hơn, mang lại hiệu suất cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn. Divergent3D đã trưng bày khung gầm in 3D của mình tại gian hàng của SLM Solutions Group AG tại triển lãm Formnext.
Khung gầm được in trên máy SLM 500 bao gồm các khớp tự cố định, tất cả đều khớp với nhau sau khi in. Các quan chức của Divergent3D cho biết cách tiếp cận này trong thiết kế và lắp ráp khung gầm có thể tiết kiệm 250 triệu đô la nhờ loại bỏ chi phí dụng cụ và giảm số lượng linh kiện đến 75%.
Công ty hy vọng sẽ bán loại dây chuyền sản xuất này cho các nhà sản xuất ô tô trong tương lai. Divergent3D và SLM đã thiết lập mối quan hệ đối tác chiến lược chặt chẽ để đạt được mục tiêu này.
Senior Flexonics không phải là một công ty nổi tiếng, nhưng là nhà cung cấp linh kiện chính cho các công ty trong ngành ô tô, động cơ diesel, y tế, dầu khí và sản xuất điện. Đại diện công ty đã gặp gỡ GKN Powder Metallurgy năm ngoái để thảo luận về khả năng ứng dụng công nghệ in 3D, và hai bên đã chia sẻ những câu chuyện thành công của mình tại Formnext 2018.
Các bộ phận được thiết kế lại để tận dụng công nghệ in 3D bao gồm van nạp và van xả cho bộ làm mát tuần hoàn khí thải trong các ứng dụng xe tải thương mại, cả trên đường bộ và đường địa hình. Advanced Flexonics quan tâm đến việc tìm hiểu xem liệu có những cách hiệu quả hơn để tạo ra các nguyên mẫu có thể chịu được thử nghiệm thực tế và có thể sản xuất hàng loạt hay không. Với nhiều năm kinh nghiệm sản xuất các bộ phận cho ứng dụng ô tô và công nghiệp, GKN có hiểu biết sâu sắc về độ xốp chức năng của các bộ phận kim loại.
Điều này rất quan trọng vì nhiều kỹ sư tin rằng các bộ phận cho một số ứng dụng xe công nghiệp nhất định yêu cầu mật độ 99%. Tuy nhiên, theo Giám đốc điều hành của EOS, Adrian Keppler, điều này không đúng trong nhiều ứng dụng, và nhà cung cấp công nghệ máy móc kiêm đối tác này cũng xác nhận điều đó.
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 in 3D đáp ứng được mục tiêu hiệu suất và có thể được sản xuất nhanh hơn so với các bộ phận đúc. Ví dụ, khung cổng có thể được in 3D trong thời gian ngắn hơn 70% so với quy trình đúc. Tại buổi họp báo, tất cả các bên tham gia dự án đều thừa nhận rằng điều này có tiềm năng rất 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 nhìn nhận việc sản xuất theo một cách khác. Đây không phải là các sản phẩm đúc hoặc rèn.”
Đối với nhiều người trong ngành công nghiệp in 3D, mục tiêu tối thượng là chứng kiến ​​công nghệ này được áp dụng rộng rãi trong môi trường sản xuất quy mô lớn. Theo quan điểm của nhiều người, điều này sẽ đồng nghĩa với sự chấp nhận hoàn toàn.
Công nghệ AM được sử dụng để sản xuất các van đầu vào và đầu ra này cho bộ làm mát tuần hoàn khí thải trên các 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 nội bộ công ty.
Với suy nghĩ đó, các nhà phát triển vật liệu, phần mềm và máy móc đang nỗ lực hết sức để tạo ra 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 các kỳ vọng về hiệu suất một cách nhất quán. 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 thực tế hơn. Các nhà chế tạo máy móc đang thiết kế các dây chuyền hoạt động nhanh hơn và có phạm vi sản xuất lớn hơn để sản xuất nhiều chi tiết cùng một lúc. Vẫn còn nhiều việc phải làm, nhưng có rất nhiều sự hào hứng 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 nói, ‘Chúng ta sắp đưa công nghệ này vào môi trường sản xuất.’ Vì vậy, chúng ta đã chờ đợi rất lâu,” Giám đốc Trung tâm Năng lực Sản xuất Bổ sung của UL, Paul Bates, Giám đốc kiêm Chủ tịch Nhóm Người dùng Sản xuất Bổ sung cho biết. “Nhưng tôi nghĩ cuối cùng chúng ta cũng đang đến điểm mà mọi thứ đang hội tụ và điều đó đang xảy ra.”
Dan Davis là tổng biên tập của The FABRICATOR, tạp chí về gia công và tạo hình kim loại có số lượng phát hành lớn nhất trong ngành, cùng với các ấn phẩm liên quan như STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal và The Welder. Ông đã làm việc cho các ấn phẩm này từ tháng 4 năm 2002.
Bản báo cáo Additive Report tập trung vào việc sử dụng các công nghệ sản xuất bồi đắp trong sản xuất thực tế. Ngày nay, các nhà sản xuất đang sử dụng in 3D để chế tạo dụng cụ và đồ gá, và một số thậm chí còn sử dụng AM cho công việc sản xuất hàng loạt. Câu chuyện của họ sẽ được trình bày ở đây.