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

Tập đoàn ô tô Hirschvogel có mạng lưới toàn cầu chuyên sản xuất linh kiện cho ngành công nghiệp ô tô và một số ngành công nghiệp khác. Tập đoàn có 9 nhà máy trên 3 châu lục. Triển vọng không ngừng cải tiến để đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng.

Hirschvogel Tech Solutions là một chi nhánh thuộc tập đoàn. Chuyên cung cấp dịch vụ tạo mẫu nhanh bằng công nghệ in 3D trong nghiên cứu phát triển sản phẩm. Ngoài chế tạo các linh kiện có thể sản xuất hàng loạt bằng vật liệu kim loại thì công ty cũng tạo các mẫu demo hay đồ gá bằng polyme được in 3D FDM. Trung tâm dịch vụ Hirschvogel Tech Solutions thực hiện biến ý tưởng thành hiện thực.

Thiết kế sinh học “bionic” trục khớp nối dẫn hướng

Tận dụng những lợi ích tối đa từ công nghệ in 3D, công ty sử dụng “thiết kế kỹ thuật sinh học bionic”. Nghiên cứu sao chép cấu trúc từ tự nhiên, cấu trúc hình thành qua hàng triệu năm tiến hóa. Ứng dụng chúng vào lĩnh vực kĩ thuật và công nghệ đáp ứng yêu cầu về chức năng.

force of nature 1

Hình 1: Mặt cắt của một trục khớp nối dẫn hướng với cấu trúc kĩ thuật sinh học (bionic) bên trong

In 3D thiết kế sinh học “bionic” giúp giảm trọng lượng 40%

Thiết kế “bionic” được ứng dụng trên một trục khớp nối dẫn hướng. Bộ phận được gắn vào hệ thống lái và giảm sóc. Nhóm nghiên cứu đã giảm 40% trọng lượng rãnh thắt của chi tiết so với phương pháp đúc thông thường. Chi tiết đáp ứng mọi yêu cầu về hiệu năng sử dụng bao gồm tải trọng, độ cứng mặc dù có thiết kế rỗng bên trong.

force of nature 2Hình 2: Ổ trục xoay nhẹ được tối ưu hóa với cấu trúc bionic

Biến thiết kế thành hiện thực. Các phương pháp đặc biệt được đưa vào áp dụng, công nghệ hỗ trợ máy tính (Cax). Thiết kế tối ưu hóa kết hợp giữa trọng lượng nhẹ và khả năng chịu tải cao.

In 3D thiết kế sinh học “bionic” dễ dàng tạo lỗ rỗng, rãnh cắt và vách ngăn

Các thiết kế như lỗ rỗng, rãnh cắt, vách ngăn ngắt quãng thường khó làm theo phương pháp đúc truyền thống. Vì vậy, thiết kế bằng công nghệ in 3D cho phép tạo ra được các chi tiết cấu trúc rỗng bên trong mà vẫn đạt yêu cầu.

“Thiết kế được lấy cảm hứng từ nguyên lý trọng lượng nhẹ và cấu trúc mẫu tự nhiên. Cho ra đời các mẫu thiết kế cấu trúc dạng lưới được tối ưu hóa.”
— Michael Dahme – quản lý Hirschvogel Tech Solutions

Ban đầu, một vài mẫu chi tiết được thiết kế. Sau đó, lựa chọn được những mẫu đáp ứng tốt nhất các yêu cầu đề ra. Các mẫu thiết kế sẽ được kiểm chứng bằng các phép tính thích hợp.

SLM 500 của hãng SLM Solutions dùng in 3D thiết kế “bionic” trục khớp nối dẫn hướng

Chi tiết có chiều dài gần 600 mm. Có nghĩa rằng có thể chế tạo dễ dàng bằng vật liệu AlSi100Mg trên dòng máy SLM 500 của hãng SLM Solutions. Hệ thống đa chùm tia laze hiệu suất cao được thiết kế chuyên sản xuất chi tiết phức tạp hàng loạt. Công nghệ sử dụng vật liệu dạng bột giúp chế tạo chi tiết cần ít vật liệu hỗ trợ. Không cần cấu trúc hỗ trợ bên trong nên dễ dàng hoàn thiện mẫu.

force of nature 3

Hình 3: Ổ trục xoay với cấu trúc bionic

Các thử nghiệm được tiến hành. Mẫu có rãnh cắt đạt yêu cầu. Không những chi tiết có trọng lượng nhẹ, đơn giản cấu trúc mà vẫn đảm bảo độ cứng.

Tương lai công nghệ in 3D thiết kế “bionic”

Minh chứng về trục dẫn hướng mở ra tiềm năng rất lớn của công nghệ in 3D. Dahma nói thêm. “Việc giảm trọng lượng xuống 40% rãnh thắt sẽ tạo ra một cuộc cách mạng mới về công nghệ in 3D. Tùy thuộc vào ứng dụng và số lượng chi tiết, con đường sản xuất hàng loạt bằng in 3D đang đến rất gần.

“Niềm tin của các nhà sản xuất ô tô đối với công nghệ in 3D kim loại lớn dần. Hiểu biết về thiết kế 3D phù hợp về cả mặt thực tế và lý thuyết. Các mẫu thiết kế ô tô táo bạo chưa từng được nghĩ đến ra đời. Vẫn biết rằng, các nhà sản xuất ô tô cần tới sản lượng 2000-3000 linh kiện mỗi năm trong danh mục đầu tư của mình. Nhưng hiện nay, cũng có những bộ phận ô tô bằng nhôm có thể in 3D tiết kiệm hơn rất nhiều.
— Ralf Frohwerk – Quản lí toàn cầu về phát triển kinh doanh tại SLM Solutions Group GA

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

Bài viết liên quan