Công cụ mô phỏng của Markforged: Để quy trình in 3D không còn phải in thử và sửa lỗi 1

Sau nhiều năm qua, công nghệ in 3D đã phát triển với những thiết bị ngày càng hiện đại với những loại vật liệu phức tạp hơn. Và để theo kịp sự phát triển vượt bậc về phần cứng, phần mềm của công nghệ này cũng đang có nhiều bước tiến nhanh chóng.

Markforged đã phát hành một công nghệ dựa trên mô phỏng mới được tích hợp trong quy trình làm việc Eiger của mình. Công cụ mô phỏng này giúp các kỹ sư phát triển các thiết kế tối ưu hóa độ cứng và độ bền trước khi in bất cứ thứ gì. Công ty máy in 3D Waltham, Mass. tin rằng việc sử dungh những công cụ tốt hơn để hỗ trợ cho quy trình in 3D sẽ giúp thúc đẩy công nghệ của họ tiến lên phía trước.

Để làm nổi bật các khả năng của công cụ mô phỏng mới, Markforged đã xuất bản một nghiên cứu điển hình về công ty nghiên cứu và phát triển PUNCH Torino của Ý. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các tính năng mô phỏng mới để chế tạo một công cụ khóa trục cam để lắp ráp động cơ nguyên mẫu. Trước đây, để đạt được mẫu in chất lượng, công ty thường trải qua giai đoạn in thử, phát hiện lỗi và sửa sai. Nhưng với công cụ khóa mô phỏng mới, giai đoạn này đã được diễn ra tiết kiệm thời gian, tiền bạc và tài nguyên hơn.

Yêu cầu riêng của PUNCH Torino

PUNCH Torino thành lập vào năm 2005 với tư cách là trung tâm kỹ thuật hệ thống truyền động của General Motors. Sau đó nó được nhóm PUNCH mua vào năm 2020 và đổi tên như hiện tại. Công ty thiết kế và phát triển động cơ cũng như sử dụng các quy trình mô phỏng như CFD, FEA và NVH để tối ưu hóa thiết kế của mình. Phòng thí nghiệm vật lý của công ty cũng giúp khách hàng điều chỉnh và phát triển động cơ. Ngoài việc hợp tác với các OEM để thiết kế, lắp ráp và thử nghiệm động cơ, PUNCH Torino còn bán động cơ thông qua GM OEM Sales.

Để đảm bảo quá trình sản xuất và lắp ráp động cơ của PUNCH Torino đúng cách, các kỹ sư của hãng đã phát triển một công cụ khóa trục cam được in trên máy Markforged X7 sử dụng vật liệu nền composite Onyx. Dựa trên thử nghiệm và mô phỏng của mình, công ty cho biết vật liệu Onyx sợi liên tục của bộ phận này có thể so sánh với vật liệu nhôm mà nhóm dự định thay thế.

Khi các dụng cụ khóa trục cam này bị hỏng, việc lắp ráp động cơ phải dừng lại. Sau đó, việc sửa đổi thiết kế phải được hoàn thành ngay lập tức. Tuy nhiên, việc in một chi tiết mô phỏng mới có thể mất tới 18 giờ. Do không thể đoán trước được độ bền của các bộ phận in 3D, đôi khi ba hoặc bốn chi tiết sẽ cần được in cùng lúc với các thiết kế khác nhau trước khi tìm ra loại phù hợp nhất cho từng động cơ cụ thể.

Bản chất dị hướng của vật liệu nhựa và sợi đã làm tăng thêm độ phức tạp của quy trình in 3D. Mặc dù Markforged đã công bố các chiến lược thiết kế về cách bố trí sợi carbon trong một bộ phận, nhưng đây vẫn chỉ là sự chỉ dẫn thay vì là giải pháp có thể đạt hiệu quả trong bất cứ trường hợp nào hay với bất cứ chi tiết nào.

Đây là một quá trình có độ khó cao đối với việc lắp ráp được tạo thành từ một số thành phần nguyên mẫu đắt tiền. Do đó, bất kỳ vấn đề sản xuất nào đều gây ra những vấn đề cả về tiến độ và ngân sách. Cần có một cách chính xác hơn để thiết kế các chi tiết mô phỏng này.

Lợi ích của mô phỏng

Bằng cách sử dụng công cụ mô phỏng Markforged, các kỹ sư tại PUNCH Torino đã thiết kế các bộ phận theo yêu cầu của dự án cụ thể. Bằng cách đặt mục tiêu về độ cứng, xác định độ võng tối đa cho phép hoặc chỉ định hệ số an toàn, phần mềm và kỹ sư có thể tìm thấy các khu vực quan trọng của chi tiết.

Các kỹ sư của PUNCH ước tính rằng giờ đây họ có thể mô phỏng và xây dựng một công cụ thay vì chạy một loạt ý tưởng thử và sai thông qua hệ thống. Thực tế là việc khám phá thiết kế được thực hiện trong phần mềm thay vì trong lĩnh vực vật lý có nghĩa là quy trình này hiệu quả hơn, tiết kiệm tiền bạc, thời gian và tài nguyên.

Lợi ích của việc sử dụng chi tiết mô phỏng là ngay lập tức. Thay vì cần phải xây dựng, thông qua thử và sai, một bộ công cụ tương tự và hy vọng tìm ra sự phù hợp và sức mạnh hoàn hảo cho việc chế tạo động cơ, giờ đây các bộ phận có thể được kiểm tra trong phần mềm. Kết quả là số lượng bộ phận thử trung bình của một dụng cụ đã giảm từ 8 xuống còn 1. Thời gian phát triển cho mỗi dự án giảm từ 3 hoặc 4 tuần xuống chỉ còn 1 tuần. Và tổng chi phí vật liệu cho mỗi công cụ khóa đã giảm từ 1.400 € ($1.484) xuống còn € 200 ($ 212).

Đây là những lợi ích hữu hình trước mắt và có thể mang lại nhiều giá trị hơn nữa cho công ty. Kiếm được nhiều tiền hơn cho mỗi dự án có nghĩa là các máy in 3D được gia cố bằng sợi carbon đắt tiền sẽ được hoàn vốn nhanh hơn. Thời gian mà các kỹ sư tiết kiệm được cho mỗi dự án là thời gian có thể dành cho dự án tiếp theo, cho phép công ty đảm nhận nhiều hoạt động kinh doanh hơn mà không cần thuê thêm kỹ sư hoặc mua thêm máy in. Sử dụng phần mềm mô phỏng trên nhiều dự án có thể giúp các kỹ sư và nhà thiết kế áp dụng các phương pháp thực hành tốt hơn và chia sẻ các kỹ năng của họ trong suốt quá trình phát triển.

Chuyện gì xảy ra tiếp theo?

Các kỹ sư tại PUNCH Torino là sự lựa chọn tuyệt vời để thử nghiệm phần mềm Markforged dựa trên mô phỏng mới. Đây là những kỹ thuật viên và kỹ sư quen thuộc với các bộ phận và chế tạo động cơ nguyên mẫu. Họ đều là những người dày dặn kinh nghiệm với các ý tưởng về cách giải quyết nhiều trở ngại lớn trong công việc của mình. Những công cụ mô phỏng này đã mang lại cho các nhà thiết kế khả năng thực hiện những thay đổi đó và loại bỏ những cảm xúc sâu sắc ra khỏi quá trình tiến về phía trước.

Có thể nói, khó có công cụ mô phỏng in 3D nào có thể so sánh được với những gì Markforged cung cấp. Công nghệ này rất chắc chắn và nó cần được phổ biến hơn trên thị trường.

Bên cạnh đó, các kỹ sư và người quan tâm ở cấp độ sử dụng cơ bản nhất có thể không cần sử dụng mô phỏng để tạo ra các bộ phận. Việc trả phí bổ sung cho phần mềm có thể dự đoán các bộ phận cứng hơn và mạnh hơn có thể không mang lại lợi tức đầu tư dễ dàng cho những trường hợp sử dụng này. Một trang trại máy in 3D hoặc không gian sản xuất có hàng chục máy cũng không có khả năng mua ngay phần mềm mới này.

Tuy nhiên, tiết kiệm thời gian in ấn và chi phí dây tóc luôn là một bước đi đúng hướng. Và việc sử dụng những công cụ này sẽ giúp ngành tạo ra những nhà thiết kế và kỹ sư giỏi hơn.