Sức mạnh của tự nhiên – In 3D mang thiết kế sinh học vào cuộc sống

Sức mạnh của tự nhiên – In 3D mang thiết kế sinh học vào cuộc sống

Thứ năm - 11/10/2018 09:21

 

force of nature 1

Mặt cắt của một trục khớp nối dẫn hướng với cấu trúc kĩ thuật sinh học (bionic) bên trong

Là một nhà cung cấp toàn cầu, Tập đoàn Ô tô Hirschvogel phát triển và sản xuất các chi tiết có cường độ cao cho ngành công nghiệp ô tô và một số ngành công nghiệp khác. Với 9 nhà máy trên 3 châu lục, tầm nhìn của công ty là liên tục cải tiến và đưa ra những giải pháp công hiệu cho những bài toán phát sinh với nhu cầu ngày càng tăng.

Trong Tập đoàn, Hirschvogel Tech Solutions là nhánh cung cấp dịch vụ cho việc phát triển sản phẩm và sản xuất bồi đắp (AM) trong các lĩnh vực ứng dụng vượt xa hơn  ngành rèn và ô tô. Thông qua sự kết hợp của ba yếu tố - nghiên cứu phát triển, AM và phân tích vật liệu/ sai sót - công ty hỗ trợ khách hàng với những bí quyết tối ưu để phát triển các sản phẩm tiên tiến và các bộ phận có cường độ cao cho dù đó là xuất hàng loạt các thành phần kim loại, hay các chi tiết demo và đồ gá bằng polymer được thực hiện bởi quá trình in FDM.
Nghiên cứu phát triển trục khớp nối dẫn hướng

Công việc nghiên cứu phát triển tại Hirschvogel Tech Solutions luôn được thực hiện dựa trên phương pháp tích hợp, với trọng tâm là toàn bộ chuỗi quá trình từ phát triển ý tưởng tới hình thành và hoàn thiện chi tiết.

Để khai thác lợi ích tối đa từ AM, công ty chuyên về những gì mà họ gọi là “thiết kế kĩ thuật sinh học bionic”, nghiên cứu sao chép các phương pháp và cấu trúc được hình thành trong tự nhiên hàng triệu năm, xác định các yêu cầu chức năng và áp dụng chúng vào các lĩnh vực kĩ thuật và công nghệ khác nhau.

Cách tiếp cận “bionic” này gần đây đã được áp dụng trên một trục khớp nối dẫn hướng, một bộ phận được gắn vào hệ thống lái và giảm sóc, nhóm nghiên cứu đã  tiết kiệm một cách đáng kể 40% trọng lượng ở phần thắt so với một chi tiết được rèn thông thường. Tất cả các yêu cầu về hiệu năng cần thiết của chi tiết đều được đáp ứng bao gồm cả trường hợp tải trọng và độ cứng khác nhau, tính  cả không gian lắp ráp đã cho.

force of nature 2

Ổ trục xoay nhẹ được tối ưu hóa với cấu trúc bionic

Để thực hiện điều này, các phương pháp được phát triển một cách đặc biệt và áp dụng công nghệ hỗ trợ máy tính (CAx) đã được áp dụng để tạo ra một thiết kế tối ưu hóa toàn kết hợp với trọng lượng nhẹ và khả năng chịu tải cao mà không bị giới hạn bởi các phương pháp sản xuất hiện tại.

Với một chi tiết được rèn theo kiểu truyền thống, các tính năng như lỗ rỗng, rãnh cắt và vách ngăn ngắt quãng thường không dễ dàng làm được. Vì vậy, quá trình thiết kế được thực hiện với AM cho phép các chi tiết được sản xuất mà không cần thêm nhiều cấu trúc hỗ trợ bên trong vẫn đạt yêu cầu.

Michael Dahme, Người đứng đầu của Hirschvogel Tech Solutions đã giải thích rằng một quy trình thiết kế được lấy cảm hứng từ nguyên lý trọng lượng nhẹ và các cấu trúc mẫu tự nhiên đã được áp dụng, cho ra kết hợp các cấu trúc lưới được tối ưu hóa topo 

Ban đầu, một số biến thể của chi tiết đã được phát triển và đánh giá trước khi lựa chọn những biến thể có khả năng thực hiện tốt nhất các điều kiện ranh giới đã cho. Điều này sau đó được xác minh bằng các phép tính thích hợp để đảm bảo nó đáp ứng tất cả các yêu cầu cần thiết.

Vị trí khéo léo của chi tiết có chiều dài gần 600 mm, có nghĩa là nó có thể được sản xuất dễ dàng bằng nhôm AlSi100Mg trên dòng máy SLM 500 của SLM Solutions, một hệ thống đa chùm laser hiệu suất cao được thiết kế để sản xuất hàng loạt các bộ phận lớn phức tạp. Do vị trí và tính chất của quá trình sản xuất dạng bột này, nó cũng có thể tạo ra chi tiết với một vài cấu trúc hỗ trợ, và hoàn toàn không cần có cấu trúc bên trong giúp giảm thiểu tối đa việc hậu xử lí sau khi in.

force of nature 3

Ổ trục xoay với cấu trúc bionic

Các thử nghiệm được tiến hành trên các mẫu thanh có rãnh cắt và căng, được tạo ra trong cùng một quy trình, cho thấy chi tiết khớp với các giá trị dự đoán một cách thành công. Ngoài việc tiết kiệm trọng lượng đáng kể, chi tiết được sản xuất bồi đắp cũng được hưởng lợi từ việc giảm áp lực bên trong và tăng độ cứng ở hai phía.

Sự minh chứng về trục khớp nối dẫn hướng này cho thấy khả năng và tiềm năng của sản xuất bồi đắp một cách rõ ràng. Dahme nói thêm: “Việc giảm trọng lượng 40% ở chỗ thắt cho thấy một cuộc cách mạng mới về phương pháp sản xuất bồi đắp sẽ được thực hiện tùy thuộc vào ứng dụng và số lượng các chi tiết sản xuất. Con đường dẫn đến ứng dụng cho sản xuất hàng loạt được hé lộ dần. 

Ralf Frohwerk – Quản lí toàn cầu về phát triển kinh doanh tại SLM Solutions Group GA khẳng định: “Sự tin tưởng của các nhà sản xuất ô tô đối với in 3D kim loại đang gia tăng hàng ngày. Nhờ sự hiểu biết ngày càng tăng về thiết kế 3D phù hợp về mặt thực tế và cả lí thuyết, các thiết kế không thể tưởng tượng được trước đây cho các bộ phận của ô tô đang được hình thành. Biết rằng gần như mọi nhà sản xuất ô tô cũng có các kế hoạch sản xuất với số lượng 2000-3000 chiếc mỗi năm trong danh mục đầu tư của mình, nhưng hiện nay cũng có các bộ phận đúc nhôm, có thể sản xuất tiết kiệm hơn bằng cách sử dụng quy trình sản xuất bồi đắp.

Source: https://www.tctmagazine.com/

 

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

 
Back Top