Tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất với công nghệ in 3D
Bài viết này sẽ đề cập đến một số ứng dụng thực tế và có giá trị nhất của công nghệ in 3D (AM – Additive Manufacturing) mà bạn có thể không ngờ tới.
Các nhà sản xuất bồi đắp chuyên cung cấp phần cứng và phần mềm thường xuyên quảng cáo về quyền tự do thiết kế (và vật liệu) của AM. Họ làm điều này nhiều đến mức hầu hết các công ty—cũng như các kỹ sư và nhà thiết kế làm việc cho họ—coi AM như một công cụ thiết kế chứ không phải một giải pháp sản xuất. Trên thực tế, hãy xem lại các kênh phân phối cho hầu hết các hệ thống phần cứng AM. Họ là các nhà cung cấp và đại lý CAD tiếp thị cho các kỹ sư và nhà thiết kế, chứ không phải các kỹ sư gia công trong các xưởng sản xuất và nhà máy chế tạo.
Mặc dù tôi đã đề cập đến vấn đề này trong Hội thảo In 3D dành cho Workshop tại Triển lãm Công nghệ Sản xuất Quốc tế (IMTS) ở Chicago vào tháng 9 năm 2022. Hội thảo này nhắm mục tiêu cụ thể đến các chuyên gia sản xuất và chuyên gia gia công đang tìm cách cải thiện hoạt động tại xưởng thay vì thiết kế các thứ phức tạp, trọng lượng nhẹ, hay có hình dạng hữu cơ được “quảng bá” bởi những người khác trong khu vực triển lãm AM.
Một quy trình chuốt bánh răng truyền động tại Ford đã làm hỏng các vòng thép do các thiết bị cố định bằng kim loại chuyên dụng trước đây được sử dụng để cố định chúng. Việc in 3D các đồ gá bằng PETG đã giải quyết được vấn đề này và tiết kiệm cho công ty 1 triệu đô la tiền sửa chữa.
Khi tôi chuẩn bị bài thuyết trình của mình cho IMTS, tôi nhận ra rằng không có ví dụ hay nghiên cứu tình huống nào mà tôi thường thảo luận có liên quan đến khán giả mục tiêu. Trên thực tế, toàn bộ mục đích của việc sử dụng AM trong nhà xưởng khác với mục đích sử dụng AM để thiết kế và phát triển sản phẩm. Sự thật là việc hợp nhất một tổ hợp nhiều bộ phận lắp ráp bằng in 3D có thể tiết kiệm thời gian và công sức, nhưng việc tối ưu hóa cấu trúc liên kết, tùy chỉnh, làm mát phù hợp, cấu trúc kết nối, vật liệu được phân loại theo chức năng và những thứ tương tự hầu như không có ý nghĩa gì đối với các chuyên gia sản xuất và người gia công khi thực hiện các công việc trong nhà xưởng. Chính các kỹ sư và nhà thiết kế mới là đối tượng quan tâm đến những thứ đó vì nó giúp họ đáp ứng các yêu cầu của sản phẩm theo những cách mới mẻ và tốt hơn.
Ví dụ, các nhu cầu mà nhà sản xuất cần đáp ứng thường liên quan đến chi phí và thời gian sản xuất, chứ không phải giảm nhẹ một bộ phận để cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe. Do đó, cách sử dụng và ứng dụng cho AM tại nhà xưởng sẽ không giống so với cách AM hướng tới các ngành khác.
Vậy làm thế nào AM có thể giúp tiết kiệm chi phí và thời gian tại xưởng sản xuất? Có rất nhiều ví dụ và chúng không thường xuyên xuất hiện trong các câu chuyện về thành công của AM, và chúng chắc chắn không được lan truyền rộng rãi trên mạng xã hội. Do đó, chúng tôi bỏ lỡ các ứng dụng và cách sử dụng AM có thể thực sự tiết kiệm thời gian và chi phí tại xưởng sản xuất. Ví dụ: công nghệ in 3D có thể được sử dụng để tạo ra bất kỳ hoặc tất cả những thứ sau đây, và thường tốn ít thời gian và chi phí hơn:
- Đồ gá và jig
- Dao cụ và giá đỡ
- Đồ gá lắp ráp/tháo
- Công cụ lắp ráp tùy chỉnh
- Công cụ căn chỉnh và tay cầm tiện dụng
- Gá kẹp mềm và cặp tùy chỉnh
- Đồ gá hàn và đồ gá liên kết
- Dẫn hướng mũi khoan
- Đồng hồ đo Go/No Go
- Đồ gá kiểm tra
- Công cụ tạo vùng/đánh dấu/ghi nhãn tùy chỉnh
- Các bộ phận thay thế (để xác nhận trước khi sản xuất)
- Poka-Yoke (để tránh lỗi và sai sót của người vận hành)
- Các bộ phận thay thế (dành cho máy phay, máy tiện và thiết bị sản xuất cũ)
Đối với việc định lượng tiết kiệm chi phí và thời gian, ba ví dụ điển hình mà tôi đã sử dụng trong bài thuyết trình của mình là:
- Volvo Trucks đã sử dụng công nghệ AM đùn vật liệu để giảm 94% thời gian quay vòng dụng cụ cho dây chuyền lắp ráp của họ (2 ngày so với 36 ngày); họ cũng tiết kiệm đáng kể chi phí dụng cụ.
- Google Advanced Technology and Projects đã sử dụng công nghệ AM SLA để sản xuất các bộ phận thay thế giúp giảm 85% thời gian quay vòng và tiết kiệm được hơn 100.000 đô la trên một thiết bị đeo được sản xuất ép chồng.
- Dixon Valve đã sử dụng công nghệ ép đùn vật liệu AM để tạo ra các bộ kẹp tùy chỉnh giúp tiết kiệm 97% chi phí ($9,06 so với $290,35) trong khi giảm 87% thời gian quay vòng.
Cuối cùng, đối với những quý vị muốn tìm hiểu thêm, Công ty TNHH Thiết Bị Công Nghiệp & Giáo Dục Tân Tiến sẽ sẵn sàng tư vấn và hỗ trợ về ứng dụng công nghệ AM một cách tối ưu nhất, nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí cho khách hàng.
Bài viết được thực hiện bởi: Timothy W. Simpson, Paul Morrow, Giáo sư Thiết kế & Sản xuất Kỹ thuật, Đại học Bang Pennsylvania
