Tích hợp in 3D vào nhiều công đoạn sản xuất

In 3D trở nên phổ biến những năm gần đây, được ứng dung rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, nhiều công đoạn sản xuất. Và công ty Caldwell Manufacturing đang làm rất tốt điều này.

Đôi nét về Caldwell Manufactoring

Caldwell Manufacturing là nhà sản xuất phụ kiện cửa chính và cửa sổ trên toàn cầu, có trụ sở tại ngoại ô thành phố New York. Eric Mertz – Giám đốc điều hành của Caldwell Manufacturing cho biết: “Chúng tôi là đối tác cung cấp các sản phẩm tích hợp”. Chúng tôi tập trung vào lò xo giúp đóng/ mở cửa sổ và cửa chính, phần cứng, ổ khóa, chốt cửa và tất cả phần cứng cơ khí giúp cửa hoạt động.”

Công ty thành lập vào năm 1888 và trải qua những năm đầu hoạt động là một công ty sản xuất phụ kiện cửa. Vào những năm 1920, công ty đa dạng hóa các sản phẩm liên quan đến xây dựng. Caldwell hiện cung cấp cho hàng nghìn khách hàng ở 70 quốc gia khác nhau và có các nhà máy ở Mỹ, Anh, Ấn Độ và Mexico. Nhóm nghiên cứu chịu trách nhiệm mọi thứ, từ việc lên ý tưởng thiết kế đến sản phẩm cuối cùng – họ phát triển và thương mại hóa các sản phẩm của Caldwell.

Những thách thức mà Caldwell phải đối mặt

Đối với bất kỳ phụ kiện cửa sổ hoặc cửa chính nào mà họ tạo ra, đội ngũ nghiên cứu tại Caldwell cũng cần phải chế tạo đồ gá, đồ gá lắp ráp và đồ gá phòng ngừa sai lỗi cho phụ kiện đó – tất cả đều được thiết kế tại chỗ và được sản xuất từ thép thông qua một nhà cung cấp thứ ba. Thường phải mất tới tám tuần để thiết kế và phát triển lõi khuôn và một số linh kiện nhất định phải được nhập từ nước ngoài, dẫn đến chu trình phát triển sản phẩm phải kéo dài từ 6-12 tháng.

Trong cuộc họp lập kế hoạch chiến lược của công ty vào năm 2010, Ban Giám đốc đã xem xét loại công nghệ nào sẽ gây đột phá và thống nhất rằng in 3D sẽ là chìa khóa thành công của họ. Năm 2014, Caldwell mua máy in 3D nhựa FDM đầu tiên. Mertz nói: “In 3D là công nghệ mà chúng tôi đã ấp ủ trong vài năm và khi giá của nó giảm xuống, đó là một trong những điều khuyến khích chúng tôi quyết định đầu tư.” Ban đầu, máy in được đưa vào để tạo mẫu nhanh, nhưng nhóm nghiên cứu nhanh chóng nhận ra rằng máy in chỉ có thể giúp họ đánh giá hình thức và độ phù hợp chứ không thể vận hành.

Rick deNormand, Giám đốc kỹ thuật của Caldwell Manufacturing nói: “Chúng tôi muốn nắm quyền kiểm soát để cho phép việc lặp lại diễn ra nhanh hơn trong quá trình phát triển sản phẩm.”

Nhiều chi tiết mà Caldwell Manufacturing sản xuất cần được làm từ kim loại và nhóm nghiên cứu nhận thấy sợi nhựa in 3D không đủ điều kiện sử dụng khi kiểm tra độ bền của các chi tiết được sản xuất từ chúng. Rick deNormand, Giám đốc Kỹ thuật Sản phẩm tại Caldwell cho biết: “Máy in 3D nhựa mà chúng tôi đưa vào thực sự đã giải quyết được phần lớn nhu cầu tạo mẫu nhanh ngoài công ty cho các chi tiết nhựa. Nhưng những gì chúng tôi thực sự cần là khám phá và đưa vào sử dụng cả in 3D kim loại.” 

Giải pháp 

Năm 2017, Caldwell Manufacturing bắt đầu tìm kiếm các loại máy in 3D khác. Các thành viên của nhóm nghiên cứu đã tham dự một triển lãm thương mại sản xuất và xem qua mô hình công nghệ của Markforged. Sau khi nghe về thành tích sản xuất máy in hàng đầu của họ, Caldwell quyết định đầu tư hệ thống Metal X có khả năng in các vật liệu thép không gỉ 17-4 PH, Inconel và đồng. deNormand nói :“Chúng tôi chọn Markforged dựa trên lịch sử hoạt động của công ty về in 3D và cơ bản là dựa mức độ tín nhiệm của chúng tôi với họ.”

Cùng với hệ thống Metal X, Caldwell cũng đã đầu tư một máy in 3D Mark Two có thể in bằng sợi carbon liên tục cũng như các vật liệu gia cố khác. Nhóm nghiên cứu ban đầu sử dụng máy in này cho mục đích phát triển sản phẩm nhưng sau đó đã bắt đầu sử dụng nó để sản xuất lõi khuôn. Mặt khác, hệ thống Metal X còn giúp các kỹ sư và nhà thiết kế của Caldwell in các linh kiện kim loại nguyên mẫu thường được đúc từ kẽm hoặc thép không gỉ. “Máy in 3D kim loại cho phép chúng tôi tạo mẫu nhanh những chi tiết mà trước đây chúng tôi không có khả năng làm được,” -deNormand nói. Các chi tiết tương tự trước đây có giá từ 300 đến 5.000 đô-la nếu được chế tạo bằng các phương pháp truyền thống thì nay chỉ có giá 30 đô-la và mất ba ngày để sản xuất thay vì lên đến tám tuần. Hiện nhóm có thể kiểm tra các chi tiết, chia sẻ chúng với khách hàng để đánh giá và thu thập phản hồi để hoàn thiện thiết kế sản phẩm của họ. Mertz nói: “Nó thay đổi chu trình thiết kế thành phương pháp xử lý sai lỗi sao cho nhanh hơn. Nó thực sự thay đổi suy nghĩ của bạn về cách chúng tôi thiết kế, thử nghiệm và kiểm duyệt sản phẩm và thay đổi cách chúng tôi đưa sản phẩm vào sản xuất. Nói chung, nó đã thay đổi mọi thứ”.

Caldwell đã thực sự tích hợp tốt in 3D vào mọi thứ, từ thiết kế, các chi tiết robot để thử nghiệm, đồ gá lắp ráp, khuôn cho đến tất cả các chi tiết hậu xử lý cho khách hàng. Nhóm in khuôn 3D cho xưởng sản xuất và những công nhân lắp ráp có thể đưa ra phản hồi và đề xuất để cải thiện. Kỹ sư chế tạo Phillip Cole cho biết: “Nếu công nhân lắp ráp cảm thấy cần phải thay đổi, tôi sẽ không ngần ngại để thực hiện sự thay đổi. “Chúng tôi nhanh chóng thực hiện thay đổi thiết kế, gửi file thiết kế đến máy in và thay đổi chúng.” Những gì mà trước đây phải mất 6-12 tháng để làm thì giờ đây nhóm nghiên cứu chỉ mất 6-12 ngày nhờ vào máy in 3D sợi carbon.

Tương lai

Caldwell Manufacturing nắm chắc vị trí dẫn đầu trong ngành công nghiệp của mình nhưng nhóm nhận thấy rằng vẫn còn một chặng đường dài phía trước. Mertz cho biết: “Tôi nghĩ chúng ta chỉ đang thấy sơ bộ bề ngoài về những gì công nghệ sẽ làm được, sẽ phát triển và cách nó thay đổi sản lượng sản xuất thấp trong tương lai. Công ty dự kiến ​​trong 5 năm tới, mỗi nhà máy sản xuất của họ sẽ có máy in 3D để sản xuất các chi tiết nhỏ, số lượng ít và các chi tiết theo yêu cầu. Hiện tại, họ đã lắp đặt máy in Markforged tại hai trong số bốn cơ sở sản xuất ở Bắc Mỹ và có khoảng 18 linh kiện đầu cuối số lượng ít đang được sản xuất bằng các máy in này. 

Vào cuối năm nay, nhóm nghiên cứu có kế hoạch bổ sung máy in cho hai cơ sở khác ở Bắc Mỹ. DeNormand nói: “Chúng tôi tiếp tục nhận ra lợi ích của việc sở hữu công nghệ này và thực sự vui mừng về những gì nó mang lại trong tương lai, máy in 3D của chúng tôi đã trở thành thiết bị được sử dụng nhiều nhất trong xưởng phát triển khuôn mẫu. Các sản phẩm mới và quy trình lắp ráp của chúng tôi lớn mạnh hơn và chúng tôi có thể đưa chúng ra thị trường nhanh hơn”.

AIE tự hào là nhà cung cấp các sản phẩm máy in 3D uy tín tại Việt Nam. Đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm tại AIE luôn sẵn sàng hỗ trợ và tư vấn cho quý khách những giải pháp in 3D hiệu quả nhất!