Công nghệ in 3D trở thành mảnh ghép quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô
Vital Auto có trụ sở được đặt tại trung tâm ngành công nghiệp ô tô của Vương quốc Anh, là một studio thiết kế công nghiệp có chuyên môn sâu về thiết kế ô tô. Tập khách hàng của Vital Auto là những gã khổng lồ trong ngành sản xuất ô tô như: Volvo, Nissan, Lotus, McLaren, Geely, TATA, v.v… Vital Auto đã và đang áp dụng cực kỳ thành công công nghệ in 3D vào trong ngành công nghiệp khổng lồ này.
Vital Auto đang thúc đẩy phát triển ngành ô tô bằng công nghệ in 3D như thế nào?
Vital Auto có trụ sở được đặt tại trung tâm ngành công nghiệp ô tô của Vương quốc Anh, là một studio thiết kế công nghiệp có chuyên môn sâu về thiết kế ô tô. Tập khách hàng của Vital Auto là những gã khổng lồ trong ngành sản xuất ô tô như: Volvo, Nissan, Lotus, McLaren, Geely, TATA, v.v…
Shay Moradi, Phó Chủ tịch Công nghệ Đổi mới & Trải nghiệm của Vital cho biết: “Khách hàng thường đến với chúng tôi để thử nghiệm và phá bỏ ranh giới của những điều có thể với công nghệ có sẵn”. Khi các nhà sản xuất không có thời gian để tự thử nghiệm, họ dựa vào Vital Auto với bất kỳ yêu cầu nào để biến ý tưởng, bản phác thảo ban đầu, bản vẽ hoặc thông số kỹ thuật thành dạng vật lý hoàn chỉnh.
Vital Auto được ra đời vào năm 2015 khi ba người bạn cùng nhau quyết định thành lập một cửa hàng trong một ga-ra. Một trong những hợp đồng đầu tiên mà công ty thực hiện là lên ý tưởng siêu xe NIO EP9 – thứ đã hình thành hướng đi cho nhóm trong hành trình tạo ra các nguyên mẫu xe cộ cực kỳ thực tế, có độ tin cậy cao.
Tùy theo yêu cầu của khách hàng, nhóm có thể bắt đầu từ bản phác thảo hay cả một thiết kế xe đã được hoàn thiện sẵn. Họ phát triển thiết kế ô tô từ một tờ giấy trắng, cho đến các khung chính, tất cả các yếu tố nội ngoại thất, đóng/mở và các bộ phận tương tác. Với 5 đến 30 người cùng làm việc trên một ý tưởng, một dự án thông thường có thể mất từ 3 đến 12 tháng. Trong thời gian này, một chiếc ô tô trưng bày có thể trải qua hàng chục chỉnh sửa thiết kế cốt lõi và trong số đó, có thể có nhiều lần chỉnh sửa đối với các thành phần nhỏ hơn cho đến khi thiết kế ô tô đáp ứng được yêu cầu của khách hàng.
Moradi nói:”Việc xem các thuộc tính ảo như một phương tiện để đánh giá một sản phẩm trước khi đưa ra thị trường là một quy trình phổ biến trong ngành của chúng tôi. Tuy nhiên, tôi nghĩ rằng việc luôn có một bộ phận sản xuất mẫu thực tế cũng rất cần thiết. Không có gì tốt hơn khi bạn có thể cầm một vật trong tay với trọng lượng chính xác, với tỷ lệ chính xác, đồng thời những tác động thực tế từ môi trường sẽ thay đổi nhận thức của bạn về vật thể đó”.
Anthony Barnicott – Kỹ sư thiết kế phụ trách sản xuất bồi đắp cho biết: ”Hầu hết khách hàng đều đến với chúng tôi với ý tưởng mới, những ý tưởng sáng tạo hay điều gì đó chưa từng được thực hiện trước đây. Vì vậy, thách thức mới với chúng tôi mỗi ngày là vô tận. Những thách thức này bao gồm từ việc làm thế nào để có thể sản xuất số lượng bộ phận trong khoảng thời gian nhất định, làm thế nào chúng ta có thể tạo ra một sản phẩm bền vững hoặc làm thế nào chúng ta có thể tạo ra một bộ phận đạt được trọng lượng cụ thể trong khi vẫn giữ được hiệu suất yêu cầu”.
Thông thường, những chiếc xe mẫu chỉ được làm từ đất sét, nhóm cũng sử dụng phay CNC ba và năm trục, tạo hình bằng tay, tạo mô hình đất sét thủ công và vật liệu tổng hợp GRP. Tuy nhiên, các quy trình truyền thống này thường không lý tưởng để sản xuất các bộ phận tùy chỉnh cần thiết cho các ý tưởng tạm thời. Barnicott chia sẻ: ”Chúng tôi sử dụng in 3D từ ngày đầu tiên. Chúng tôi muốn ứng dụng nó vào quy trình sản xuất của mình, không chỉ để giảm chi phí mà còn mang đến cho khách hàng sự đa dạng hơn về thiết kế và ý tưởng”.
Hiện tại, Barnicott đang điều hành một phòng in 3D, bao gồm 14 máy in FDM khổ lớn, 3 máy in SLA khổ lớn và 5 máy in Fuse 1 SLS. Tất cả các máy in đều đang chạy 100% công suất kể từ khi mua về. Máy in sử dụng cho tất cả các lĩnh vực từ ý tưởng cho đến thiết kế.
Nhóm sử dụng nhiều vật liệu in cho một loạt các ứng dụng khác nhau. Ví dụ như: lỗ thông hơi – ”Đó là một bài toán hay gặp đối với các doanh nghiệp như chúng tôi, khi khách hàng tiếp cận với một sản phẩm đặc biệt và muốn lắp đặt nó trong thiết kế ô tô của riêng họ. Một lần, một khách hàng yêu cầu chúng tối thiết kế một lỗ thông hơi đặc biệt từ một chiếc xe khác vào nội thất ô tô cửa họ. Chúng tôi đã sử dụng công nghệ quét 3D để tái tạ kỹ thuật số, sau đó tạo ra một lớp ốp bên ngoài. Chúng tôi sản xuất bộ phận này từ vật liệu nháp để thử nghiệm thiết kế ô tô và cho phép khách hàng xác minh nó. Sau đó, chúng tôi chuyển sang vật liệu trắng để sản xuất một bộ phận tiêu chuẩn”.
Các bộ phận in 3D khác như công tắc: ”Khi làm việc với các thiết kế vô cùng phức tạp, chẳng hạn như các bộ công tắc nhỏ, nhờ công nghệ in 3D, chúng tôi có thể sử dụng nhiều loại vật liệu để tạo ra một sản phẩm cơ khí không chỉ hoạt động chính xác mà còn có thể được sử dụng trong thực tế” – Barnicott nói. Đối với các bộ công tắc này, nhóm nghiên cứu đã kết hợp các vật liệu cứng hơn, nhẹ hơn, tiết kiệm chi phí hơn cho chi tiết bên trong.
Gioăng cửa cho các ứng dụng ô tô là một yếu tố khác có thể tốn kém kinh phí để sản xuất. Đơn giản là không có cách nào khác phương pháp đúc để sản xuất chúng. Điều này không chỉ dẫn đến chi phí dụng cụ rất lớn mà còn kéo dài thời gian thực hiện. In 3D cho phép in các chi tiết của con gioăng cửa này qua đêm để kiểm tra các hình dạng khác nhau. Nó được in trong phạm vi kích thước 50 micron so với thiết kế thực tế. Một trong những lợi thế của in 3D là sự tối ưu về thời gian. Vậy bạn sẽ làm gì trong khoảng thời gian dư đó? Chúng tôi coi nó như là một cơ hội để cân nhắc và đưa ra các lựa chọn thay thế, hoặc sửa đổi quy trình” – Moradi nói.
Có rất nhiều sản phẩm phức tạp sẽ không thể chế tạo nếu không có in 3D. Với những kỹ thuật sản xuất tiên tiến nhất, chẳng hạn như gia công CNC bảy trục, họ hoàn toàn có thể sản xuất những bộ phận này nhưng chi phí đi kèm sẽ rất lớn – Barnicott nói – ”Fuse 1 là dự án đầu tiên của chúng tôi trong lĩnh vực công nghệ SLS. Là một doanh nghiệp nhỏ, đây là công nghệ mà chúng tôi từng nghĩ rằng chúng tôi sẽ không bao giờ có thể chi trả. Nhưng giờ đây, chúng tôi không chỉ có một chiếc máy mà còn sở hữu tới năm máy tại cơ sở sản xuất. Những hệ thống máy này cho phép chúng tôi sản xuất các bộ phận cơ khí rất nhanh chóng, không chỉ để thử nghiệm mà còn cho các ứng dụng vật lý trong hầu hết các thiết kế của chúng tôi. Quá trình này từng chỉ được thực hiện bằng phương pháp gia công CNC, nội bộ hoặc thuê ngoài, tùy thuộc vào hình dạng và chúng tôi sẽ phải đợi hai đến bốn ngày để có được các bộ phận đó trong tay. Fuse 1 cho phép chúng tôi kết hợp tất cả những điều này tại chỗ và có các bộ phận trong hầu hết các trường hợp, chỉ dưới 24 giờ ”.
Nhóm nghiên cứu chủ yếu sử dụng Fuse 1 cho các bộ phận cơ khí, chẳng hạn như bản lề cửa, tay nắm cửa, chi tiết bên trong cửa và các ứng dụng kết cấu. Họ có thể sử dụng các bộ phận này ngay từ máy in mà không cần hoàn thiện tối thiểu. Một ứng dụng quan trọng mà nhóm đã sử dụng trên Fuse 1 là các ống dẫn khí. Các chi tiết như ống dẫn khí bên trong và lỗ thông hơi là những mặt hàng đòi hỏi chi phí lớn để sản xuất. ”Chúng tôi sử dụng Fuse 1 để sản xuất các chi tiết này. Nó cho phép chúng tôi sử dụng linh hoạt hơn với các thiết kế mà chúng tôi đưa vào xe mà không phải chịu chi phí lớn từ sản xuất thông thường” – Barnicott nói.
Trong một số trường hợp, công ty cũng phải sản xuất các bộ phận mà theo đó khách hàng chỉ đơn giản muốn xem logo của họ sẽ trông như thế nào trên một bộ phận cụ thể, chẳng hạn như kẹp phanh mẫu. ”Điều đó có nghĩa là chúng tôi phải sản xuất một bộ phận khá nhanh để có thể đặt logo của họ lên nó. Chúng tôi sử dụng Fuse 1 để sản xuất các bộ phận này và chúng tôi có thể sản xuất logo ở các khu vực khác nhau trên mẫu với các màu sắc khác nhau để khách hàng đánh giá”.
Trong công cuộc thúc đẩy thiết kế ô tô, in 3D đã cho phép nhóm Vital Auto kết hợp cả vật liệu SLA và SLS để hoạt động thông qua nhiều lần thiết kế trên một dự án cụ thể. Đó có thể là bất cứ thứ gì từ các bộ phận cơ khí đến các bộ phận trong suốt để kiểm tra chất lượng quang học và hiệu suất của chúng.
Mặc dù người ta thường nói rằng sản xuất bồi đắp ở đây để thay thế sản xuất truyền thống, đội ngũ Vital Auto nhận thấy lợi ích khi kết hợp các công nghệ khác nhau để tận dụng những ưu điểm tốt nhất của chúng. ”Chúng tôi sử dụng hai phương pháp đồng thời để hỗ trợ lẫn nhau. Chúng tôi có nhiều bộ phận mà chúng tôi sẽ sử dụng sản xuất truyền thống và sau đó sử dụng in 3D để tạo ra các chi tiết tốt hơn. Điều này cho phép chúng tôi tối ưu hoá chi phí trong quá trình sản xuất nhiều mẫu concept của mình” – Barnicott nói – ”Sự tiến bộ của công nghệ và in 3D trong 10 năm qua là một hiện tượng. Khi tôi mới bắt đầu, sản xuất xe số lượng ít, phổ thông, thậm chí một số sản phẩm mà chúng tôi sản xuất ngày nay không còn tiếp cận được nữa. Nhưng giờ đây, tôi không chỉ có thể sản xuất những bộ phận này ngay lập tức mà còn có thể sản xuất chúng rất hiệu quả, nhanh chóng và tối ưu về mặt chi phí”.
Trong thiết kế ô tô, in 3D không chỉ giúp tạo ra các sản phẩm tốt hơn, nhanh hơn mà còn thu hút các doanh nghiệp mới. Họ phát hiện ra rằng nhiều khách hàng của họ tìm đến họ vì muốn tiếp cận với các công nghệ mới nhất và họ muốn các bộ phận của họ được làm bằng những vật liệu tiên tiến nhất. ”Có một số thứ mà bạn không thể xếp vào loại công nghệ mới nổi nữa. Trong thiết kế ô tô, in 3D là một trong những thứ đó. Nó đã phát triển đến mức mọi thứ chúng tôi sản xuất đủ tốt để sử dụng trong giai đoạn hoàn thiện cuối cùng tất cả các lớp chế tạo”. Moradi kết luận rằng in 3D đã từ một công nghệ mới trở thành một mảnh ghép quan trọng trong ngành công nghiệp thiết kế ô tô.
