Tạo mẫu nhanh – Phương pháp và ưu nhược điểm
Tạo mẫu nhanh là công nghệ không chỉ giúp các nhà sản xuất tiết kiệm được chi phí mà còn rút ngắn được quá trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm. Vậy công nghệ tạo mẫu nhanh có những ưu và nhược điểm nào mà được nhiều người lựa chọn đến vậy? Để hiểu rõ hơn về công nghệ này, các bạn hãy cùng AIE khám phá trong bài viết dưới đây.
Công nghệ tạo mẫu nhanh là gì?
Tạo mẫu nhanh là quá trình tạo mẫu sản phẩm giúp cho nhà sản xuất đánh giá cảm quan/chức năng của một thiết kế sản phẩm mới trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt và tung ra thị trường. Tạo mẫu nhanh có tính chất sản xuất “thử” với số lượng đơn chiếc, khác hoàn toàn với việc sản xuất đại trà.
Công nghệ tạo mẫu nhanh có mặt trên thị trường vào giữa thập niên 80, công nghệ này có những đặc điểm nổi bật như sau:
- Thời gian chế tạo ngắn.
- Sử dụng để kiểm tra các sản phẩm mẫu thử được thực hiện bằng những công nghệ riêng như gia công CNC, mô hình đất sét, in 3D… Phương thức chế tạo hoàn toàn khác sản xuất đại trà.
- Hỗ trợ hiệu quả cho quá trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm.
Tạo mẫu nhanh bằng máy CNC
CNC là phương pháp gia công dành cho mục đích tạo mẫu yêu cầu độ chính xác cao, tinh xảo, tuy nhiên chi phí cũng rất cao và thời gian gia công cũng khá dài. Có nhiều hình thức CNC như cắt laze, phay, tiện, đột dập, cắt tia có hạt mài …
So sánh các phương pháp tạo mẫu nhanh bằng in 3D
Máy in 3D ra đời là một công cụ cực kì hiệu quả trong việc tạo mẫu nhanh. Nhiều người khi nhắc tới tạo mẫu nhanh, đã nghĩ ngay tới in 3D.
In 3D sử dụng phương pháp bồi đắp từng lớp vật liệu sao cho chính xác như mô hình 3D CAD với sự hỗ trợ của máy và phần mềm in 3D. Quy trình được thực hiện từ các dữ liệu thiết kế, sau đó chuyển sang định dạng STL với các lưới tam giác. Tiếp theo, máy in 3D cùng phần mềm chuyên dụng sẽ phân chia và cắt thiết kế dạng STL thành các lớp. Máy in 3D sẽ đọc theo từng lớp in này để hoạt động, sản xuất theo kiểu “bồi đắp” dần lên sản phẩm hoàn chỉnh.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp in 3D mà người dùng có thể áp dụng tùy thuộc vào yêu cầu đối với mẫu in như độ chính xác, cơ tính vật liệu, màu sắc, chất lượng mẫu in, kinh phí, mục đích sử dụng… Dưới đây là các phương pháp in 3D phổ biến:
Phương pháp SLA
Phương pháp SLA cho phép tạo ra những mẫu in từ vật liệu nhựa lỏng bắt sáng. Khi tia laser chiếu trên một mặt cắt ngang sẽ làm đông cứng nhựa lỏng thành một lớp in. Tiếp theo, thùng in chứa vật liệu nhựa lỏng sẽ được hạ xuống/nâng lên một bậc tùy theo độ dày lớp in định sẵn và thực hiện liên tục cho đến khi mẫu được hình thành.
Phương pháp SGC
Đây là một trong những phương pháp làm khô từng lớp, không giống với phương pháp SLA, SGC không sử dụng tia laser mà sử dụng chùm ánh sáng cực tím chiếu lên toàn bộ bề mặt vật thể qua một lớp mặt nạ che chắn. Phần vật liệu hở sáng lúc này sẽ đông cứng tạo thành 1 lớp. Trong quá trình này mặt nạ được xem là tấm phin âm bản của phần tiết diện đã được cắt.
Phương pháp LOM
LOM là phương pháp sử dụng vật liệu có dạng tấm được phủ keo dính, loại vật liệu này chủ yếu là giấy, tuy nhiên đôi khi người dùng cũng có thể dùng tấm kim loại hoặc tấm nhựa để thay thế… Từng lớp mặt cắt được tạo ra từ nguồn laser, tấm vật liệu sẽ được cắt theo đường biên của những mặt cắt vật thể. Nhờ vào hệ thống con lăn gia nhiệt mà các lớp mặt cắt được lần lượt dán chồng lên nhau.
Phương pháp SLS
Phương pháp SLS sử dụng tia laser để thiêu kết bột vật liệu. Nguồn tia laser sẽ chiếu lên bàn in phủ một lớp một bột vật liệu, các hạt vật liệu sẽ kết dính lại với nhau để tạo thành một lớp. Hết một lớp in, bàn in sẽ di chuyển xuống để tạo một lớp in mới, chồng lên lớp in được hoàn thiện trước đó.
Phương pháp FDM
Phương pháp in 3D FDM sử dụng vật liệu có dạng sợi dễ chảy, chẳng hạn như PLA, ABS. Với phương pháp này, sợi dây khi đi qua đầu gia nhiệt sẽ nóng chảy, sau đó được in phun lên bàn in với kích thước, hình dạng đúng bằng mặt cắt của vật mẫu. Các lớp được hình thành có chiều dày bằng với chiều dày của lớp cắt. Trong quá trình in, nhựa dẻo nóng chảy sẽ được liên kết với nhau theo từng lớp một cho đến khi mẫu được hoàn thành.
Ưu và nhược điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh
Về ưu điểm
- Nhanh chóng hoàn thiện quá trình nghiên cứu và phát triển sản phẩm: Sự lặp đi lặp để hoàn thiện thiết kế sẽ giúp phát hiện ra các vấn đề đang gặp trục trặc. Ngoài ra, nhờ công nghệ tạo mẫu nhanh, kĩ sư thiết kế còn có thể kiểm tra trước quá trình lắp ráp, ứng suất, cũng như độ bền của sản phẩm.
- Cải tiến chất lượng sản phẩm: Các sản phẩm được tạo ra từ phương pháp tạo mẫu nhanh dễ dàng lập kế hoạch trước khi sản xuất, trong giai đoạn chế tạo, thiết kế có thể phát hiện và loại trừ các vấn đề khó xử lý. Mặt khác, sản phẩm cũng được sản xuất hoàn chỉnh hơn so với bản thiết kế.
- Quá trình sản xuất được cải tiến: Người dùng có thể khắc phục được các lỗi và xử lý chúng trước khi tiến hành sản xuất đại trà. Ngoài ra, in 3D còn có thể chế tạo các kênh làm mát hiệu quả hơn, làm cho khuôn làm việc hiệu quả hơn.
- Nâng cao chất lượng trên thị trường: Các sản phẩm thực hiện bằng công nghệ tạo mẫu nhanh được ra mắt thị trường sớm hơn dự kiến, đồng thời được nhiều khách hàng tin tưởng lựa chọn.
Về nhược điểm
- Mức chi phí cao – Hiện tại đang có rất nhiều phương án để giảm chi phí cho máy in 3D. Nhưng nếu bạn có yêu cầu cao về chất lượng mẫu in, thì chi phí cho in 3D vẫn khá cao.
- Không áp dụng tạo mẫu nhanh để làm khuôn kim loại.
- Sau khi gia công, sản phẩm có độ bóng không cao.
- Mức độ đàn hồi còn giới hạn, chưa đo được ứng suất.
Như vậy, qua bài viết trên AIE đã cùng các bạn đi khám phá về công nghệ tạo mẫu nhanh. Có thể thấy rằng phương pháp này là một sự khai phá và tiến bộ của ngành công nghiệp sản xuất, giúp cho quá trình nghiên cứu sản phẩm mới được hoàn thiện hơn rất nhiều.
Nhìn chung, phương thức sản xuất của in 3D là chế tạo từng lớp cho đến khi hoàn thành vật thể. Trong quá trình thực hiện việc cắt, tạo lớp hoặc đo lớp không hề đơn giản và chúng có thể làm ảnh hưởng đến khả năng chính xác khi tạo hình. Do đó, máy móc sử dụng cần phải đảm bảo độ chính xác cao và tất nhiên nó đồng nghĩa với mức chi phí bạn bỏ ra khá cao.
Nếu các doanh nghiệp chưa sẵn sàng đầu tư máy in 3D thì có thể sử dụng dịch vụ in 3D. AIE cung cấp dịch vụ tạo mẫu nhanh với công nghệ đo quét 3D, in 3D hiện đại hàng đầu thế giới hiện nay được cung cấp bởi thương hiệu nổi tiếng đến từ Đức.
Tham khảo:
