Sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing) 

Xét trên tất cả các phương diện, in 3D hiện đang giúp tăng cường phát triển ngành chế tạo.

Sản xuất bồi đắp là gì?

Được biết đến với tên gọi là công nghệ in 3D, sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing, AM) là một phương thức chế tạo sản phẩm bằng cách “đắp” từng lớp vật liệu lên nhau, mô phỏng theo thiết kế đã được vẽ sẵn trên phần mềm CAD. Sản xuất bồi đắp liên quan đến sản xuất kỹ thuật số trực tiếp của sản phẩm, được áp dụng rộng rãi cho các ứng dụng chung trong kinh doanh, công nghiệp, giáo dục, nghiên cứu, hoạch định chính sách.

Các lớp vật liệu liên tiếp tạo thành kỹ thuật sản xuất bồi đắp. Như vậy, thuật ngữ sản xuất kỹ thuật số trực tiếp bắt nguồn từ quá trình đi từ một kế hoạch chi tiết kỹ thuật số của một sản phẩm cho một sản phẩm vật lý hoàn thiện. Các nhà sản xuất có thể sử dụng in 3D để thực hiện nguyên mẫu của sản phẩm trước khi đi vào sản xuất đầy đủ. Trong các môi trường giáo dục, giảng viên và sinh viên sử dụng quy trình này để tạo ra các nguyên mẫu liên quan đến dự án. Mã nguồn mở và máy in 3D ở cấp độ người tiêu dùng cho phép tạo sản phẩm tại nhà, do đó phát triển khái niệm về sản xuất bồi đắp phân tán. Các sản phẩm định hướng quốc phòng và hàng không vũ trụ đặc biệt khả thi cho ứng dụng in 3D. Quân đội thường hoạt động ở các vùng xa xôi, nơi việc thay thế nhanh chóng các bộ phận có thể khó thực hiện. Với in 3D, sản xuất nhanh chóng các bộ phận thay thế thường xuyên có thể đạt được với chi phí thấp tại chỗ để đáp ứng nhu cầu cấp thiết.

Khái niệm in 3D ban đầu được Charles W. Hull phát triển vào những năm 1980 (Bằng sáng chế của Hoa Kỳ, 1986) như một công cụ lập thể để chế tạo các vật thể polymer cơ bản. Hiện nay, quá trình này được sử dụng để chế tạo các thành phần máy bay và ô tô phức tạp. Chúng được ứng dụng nhiều trong việc làm thiết bị nhân tạo thay thế một bộ phận cơ thể bị mất. Sản phẩm in 3D thương mại đầu tiên xuất hiện vào năm 1988 và đã được chứng minh là một thành công vang dội trong số các nhà sản xuất ô tô và các công ty hàng không vũ trụ. Thiết kế của thiết bị y tế cũng được tăng cường nhờ khả năng in 3D. Các khả năng xuất hiện vô tận từ các dụng cụ in tại nhà đến in các bộ phận phức tạp trong một không gian bên ngoài.

Một hệ thống để tạo các đối tượng ba chiều bằng cách tạo một mô hình cắt ngang của đối tượng được hình thành ở một bề mặt được chọn của một môi trường chất lỏng có khả năng thay đổi trạng thái vật lý của nó để đáp ứng với kích thích hiệp lực thích hợp bằng cách nhúng bức xạ, hạt bắn phá, hoặc phản ứng hóa học, lớp mỏng liền kề, đại diện cho các mặt cắt liền kề liên tiếp tương ứng của đối tượng, được tự động hình thành và tích hợp với nhau để tạo ra một tổ hợp nhiều lớp của đối tượng mong muốn, theo đó một đối tượng ba chiều được hình thành từ bề mặt phẳng thực chất như một đồ thị phẳng của môi trường chất lỏng trong quá trình hình thành.

Quy trình sản xuất

Ngày nay các quy trình sản xuất được áp dụng phổ biến và liên tục mở rộng trong khi đưa ra nhiều lựa chọn để sản xuất một phần của một vật liệu nhất định. Các quy trình có thể được phân loại là truyền thống và phi truyền thống trước khi chúng có thể được chia thành các loại chủ yếu dựa trên vật lý. Mặc dù hầu hết các quy trình truyền thống đã có từ lâu, một số quy trình phi truyền thống có thể đã tồn tại một thời gian, chẳng hạn như trong trường hợp gia công phóng điện, còn được gọi là gia công tia lửa, ăn mòn tia lửa, nhưng không được sử dụng như một phương pháp sản xuất có kiểm soát cho đến vài thập kỷ gần đây.

Các quy trình sản xuất truyền thống có thể được phân loại như sau:

1. Quá trình đúc và tạo khuôn

2. Quy trình tạo khối và tấm

3. Chế biến polymer

4. Quy trình gia công

5. Quy trình liên kết

6. Quá trình hoàn thiện

Các quy trình phi truyền thống bao gồm:

1. Gia công bằng điện

2. Gia công laser

3. Hàn siêu âm

4. Cắt bằng tia nước

5. Luyện kim bột

6. Sản xuất quy mô nhỏ

7. Sản xuất bồi đắp

8. Sản xuất sinh học

Lập kế hoạch quy trình

Lựa chọn một quy trình sản xuất hoặc một chuỗi các quy trình phụ thuộc vào nhiều các yếu tố bao gồm hình dạng mong muốn của một bộ phận và tính chất vật liệu của nó để đạt được kỳ vọng về thông số vận hành. Tính chất cơ học như cường độ, độ dai, độ dẻo, độ cứng, độ đàn hồi, độ mỏi và độ dão; tính chất vật lý như mật độ, nhiệt dung riêng, độ giãn nở nhiệt và độ dẫn, điểm nóng chảy và từ tính và tính chất điện; và các tính chất hóa học như oxy hóa, ăn mòn, xuống cấp, độc tính và dễ cháy có thể đóng một vai trò chính trong chu kỳ cuộc sống của một phần và tái chế. Các đặc tính sản xuất của vật liệu cũng rất quan trọng, vì chúng xác định liệu vật liệu có thể được đúc, biến dạng, gia công hoặc xử lý nhiệt thành hình dạng mong muốn. Ví dụ, vật liệu giòn và cứng không thể bị biến dạng không có sự cố hoặc yêu cầu năng lượng cao, trong khi chúng không thể được gia công trừ khi phương pháp phi truyền thống, như EDM, được sử dụng.

Quản lý toàn diện dự án thiết bị sản xuất bồi đắp cao cấp

Công nghệ in 3D hoặc sản xuất kỹ thuật số trực tiếp đang nhanh chóng nổi lên như công nghệ mới của sự lựa chọn trong sản xuất. Mô hình kinh doanh toàn cầu mới đòi hỏi các sản phẩm phải được phát triển trên các khu vực khác nhau về mặt địa lý. Điều này tạo ra những thách thức mới cho các khía cạnh kỹ thuật và quản lý trong việc phát triển các sản phẩm mới. Để một sản phẩm có thể cạnh tranh trên thị trường mới, quy trình thiết kế của nó phải nhanh nhẹn và thích nghi với môi trường thay đổi. AM làm cho điều này có thể. Tuy nhiên, công cụ công nghệ mới này phải được quản lý giống như bất kỳ dự án thông thường nào. Một cách tiếp cận quản lý dự án toàn diện hứa hẹn tốt để tăng cường việc áp dụng AM. Quản lý dự án AM là quá trình quản lý, phân bổ, và các nguồn lực thời gian để đạt được một mục tiêu nhất định một cách nhanh chóng. Các mục tiêu có thể là về thời gian, tiền tệ, hoặc kết quả kỹ thuật. Quản lý dự án là quá trình đạt được các mục tiêu bằng cách sử dụng các khả năng kết hợp có sẵn tài nguyên. Nó đại diện cho việc thực hiện có hệ thống các nhiệm vụ cần thiết để đạt được các mục tiêu của dự án. Trong môi trường công nghệ mới, các chức năng cơ bản của quản lý dự án bao gồm như sau:

1. Lập kế hoạch

2. Tổ chức

3. Lập tiến độ

4. Kiểm soát

Do sự phức tạp thường gặp khi cài đặt thiết bị công nghệ cao mới, các bước của quy trình thiết kế đòi hỏi phải tư duy khác với các dự án thông thường. Nó đã được chỉ ra nhiều lần rằng phần lớn các lỗi công nghệ có thể bắt nguồn từ các lỗi giao tiếp ở giai đoạn ban đầu của một dự án. Do đó, giao tiếp tạo thành một nền tảng quan trọng để đạt được thành công trong các dự án công nghệ AM. Khi bắt tay vào việc mua, lắp đặt và sử dụng thiết bị AM cao cấp, một số vấn đề quan trọng cần xem xét bao gồm:

• Quy trình mua hàng và yêu cầu ký hợp đồng

• Dòng thời gian giao hàng

• Lo ngại về an toàn

• Yêu cầu đào tạo

• Bảo trì

• Người vận hành có tay nghề

• Hợp đồng dịch vụ

• Yêu cầu không gian (Khoảng trống cần thiết để lắp thiết bị và cơ sở hạ tầng hỗ trợ)

• Nguồn cấp điện

• Cấp nước

• Thông gió cấp nhiệt và điều hòa không khí (HVAC)

• Yêu cầu vận hành

• Yêu cầu về an toàn và quản lý sức khỏe nghề nghiệp (OSHA)

• Sử dụng bền vững

• Tài trợ (ban đầu và sau đó)

• Kiểm soát rung

• Bảo trì cơ sở vật chất (vệ sinh xung quanh thiết bị)

• Yêu cầu trình độ sản xuất

• Chất lượng tối thiểu chấp nhận được.