Mục tiêu: Đưa ý tưởng cải tiến vào thực tế nhanh hơn, giảm chi phí và thời gian mua sắm, đồng thời hạn chế rủi ro làm hỏng chi tiết siêu chính xác. Từ ý tưởng cải tiến đến jig, tool và spare part trong thời gian chỉ vài ngày với sự hỗ trờ từ công nghệ in 3D.
Hình 1. Cơ sở sản xuất của Canon được giới thiệu trong case study.
Bối cảnh: sản xuất siêu chính xác khó tự động hóa
Canon cho biết các quy trình kiểm soát siêu chính xác có nhiều loại hình dạng và số lượng linh kiện lớn, khiến khả năng tự động hóa bị giới hạn. Nhiều công đoạn chính xác vẫn phụ thuộc vào thao tác thủ công, trực giác và tay nghề của nhân sự giàu kinh nghiệm.
Các hệ thống được xử lý có kích thước khoảng 2 m x 5 m x 3 m và sử dụng nhiều linh kiện rất đắt tiền, tạo áp lực đáng kể về tâm lý lẫn thể chất cho người vận hành. Riêng các bộ phận của hệ thống phơi sáng, dùng để tạo mạch và đường dây trên wafer, đòi hỏi độ chính xác ở cấp độ nano.
Bài toán trước khi có in 3D
Với jig, công cụ hoặc phụ tùng phi tiêu chuẩn, Canon trước đây phải hoàn thiện bản vẽ, đặt gia công bên ngoài và chờ sản xuất đơn chiếc. Thời gian chờ có thể vượt quá một tháng. Điều này làm chậm vòng lặp cải tiến và khiến việc thử nghiệm ý tưởng mới trở nên khó khăn.
Hình 2. Nhân viên Canon làm việc với hệ thống trong môi trường sản xuất/đo kiểm siêu chính xác.
Bắt đầu nhỏ để chứng minh hiệu quả
Khoảng năm 2020, R&D của Canon đã đưa máy in 3D vào sử dụng. Đội ngũ sản xuất sau đó bắt đầu với một máy FDM giá khoảng 100.000 yên, dùng cho các vật dụng đơn giản như các loại vỏ dụng cụ và lớp bảo vệ.
Khi đã thấy lợi ích, Canon nhận ra giới hạn về độ chính xác và độ bền của máy giá rẻ, từ đó tìm kiếm một nền tảng cao cấp hơn. Markforged X7 gây ấn tượng nhờ chất lượng in, Onyx có độ bền cao và khả năng gia cường bằng sợi carbon, phù hợp với nhu cầu tạo chi tiết resin nhưng vẫn yêu cầu độ bền lớn.
Lựa chọn và triển khai Markforged X7
Canon làm rõ thông số với Markforged Japan, xem bản in mẫu và đăng ký chương trình dùng thử trong một tháng. Vì thời gian trial có hạn, đội ngũ xác định trước các mẫu cần in để kiểm chứng ứng dụng thực tế thay vì chỉ thử nghiệm chung chung.
Các thử nghiệm tập trung vào những bài toán mà máy FDM giá rẻ không xử lý tốt, như thay thế một số tool kim loại bằng phiên bản resin, cùng các trục và bánh răng cần độ bền và độ chính xác cao.
Để được phê duyệt khoản đầu tư, Canon không chỉ trình bày lợi ích về chi phí và thời gian mà còn đặt các mục tiêu có thể đo lường, đưa ra ví dụ cụ thể về chất lượng và lợi nhuận. Cấp quản lý cũng nhìn thấy giá trị khó định lượng hơn, như thúc đẩy đổi mới và phát triển kỹ năng nhân viên.
Hình 3. Nhân viên Canon đang thực hiện các thao tác trong quá trình chuẩn bị in 3D trên máy Markfroged.
Từ mẫu thử đến công cụ hằng ngày
Sau khi đưa Markforged X7 vào sản xuất, công nghệ in 3D được triển khai rộng rãi từ các vật dụng đơn giản sang jig, công cụ và phụ tùng phục vụ trực tiếp cho dây chuyền.
- Thay jig kim loại bằng chi tiết in 3D, giảm nguy cơ va chạm gây xước hoặc nứt các chi tiết bằng gốm và kim loại.
- In 3D công cụ đo độ phẳng và thay thế một số hex key bằng phiên bản in 3D; khi chưa thể thay thế, Canon có thể bổ sung các tấm bảo vệ.
Khi roller, switch hoặc stay trên máy gia công bị hỏng, đội ngũ có thể đo chi tiết hỏng và in thay tại chỗ, rút ngắn thời gian khôi phục thiết bị.
Tạo jig/tool phi tiêu chuẩn trong 1-2 ngày
Trước đây, một jig hoặc tool không có sẵn trong catalog phải qua bước vẽ, đặt gia công và chờ sản xuất đơn chiếc. Với X7, Canon có thể thiết kế và in chi tiết phi tiêu chuẩn trong khoảng một đến hai ngày. Một số hình dạng trước đây được xem là khó hoặc không khả thi với gia công truyền thống cũng trở nên dễ tiếp cận hơn.
Canon còn in 3D bánh răng và trục vít me bi, mở rộng khả năng tự phát triển các máy tự động ngay tại khu vực sản xuất thay vì phải phụ thuộc hoàn toàn vào bộ phận kỹ thuật.
Hình 4. Một số jig, và công cụ được Canon chế tạo bằng Markforged X7.
Kết quả: giảm chi phí, rút ngắn thời gian và tăng tốc cải tiến
Theo nghiên cứu, riêng trong năm 2022, chi phí mua các chi tiết phục vụ dự án cải tiến giảm xuống còn một phần năm so với trước đây, trong khi thời gian mua sắm giảm xuống còn một 1/20. Tài liệu cũng cho biết mức hoàn vốn vượt giá mua thiết bị trong vòng một năm.
Khi rào cản để tạo công cụ cải tiến thấp hơn, số lượng ý tưởng đến từ khu vực sản xuất tăng lên và số cải tiến được triển khai cũng tăng đáng kể.
Phần mềm và tác động đến đội ngũ
Canon đánh giá phần mềm đi kèm có giao diện trực quan, không buộc người dùng điều chỉnh quá nhiều thiết lập không cần thiết. Người vận hành có thể tập trung vào các thông số quan trọng trong quá trình thử nghiệm, nhưng vẫn có quyền kiểm soát chi tiết khi cần.
Khả năng nhanh chóng in, thử, đánh giá và sửa lại công cụ tạo ra một vòng lặp cải tiến ngắn hơn. Theo chia sẻ của Canon, điều này không chỉ tạo ra tool hiệu quả hơn mà còn hỗ trợ sự phát triển chuyên môn của những nhân viên trực tiếp đề xuất và thiết kế các giải pháp cải tiến.
Hình 5. Nhân viên Canon làm việc với phần mềm để thiết kế và chuẩn bị các chi tiết in 3D.
Kết luận
Trường hợp Canon cho thấy in 3D có thể trở thành một công cụ hỗ trợ sản xuất hằng ngày, không chỉ dành cho tạo mẫu. Khi jig, công cụ và phụ tùng có thể được tạo nội bộ nhanh hơn, doanh nghiệp có thêm không gian để thử nghiệm, cải tiến và phản hồi trực tiếp từ khu vực sản xuất, đồng thời giảm chi phí, thời gian mua sắm và rủi ro đối với các chi tiết siêu chính xác.
