Trong những năm qua, hầu hết các nhà phát triển và kỹ sư thiết kế sản phẩm đã có được những kiến thức làm việc vững chắc về in 3D công nghiệp.
Công việc này cũng được biết đến như là sản xuất phụ trợ, bao gồm một loạt các công nghệ như tạo mẫu mô hình (FDM) dựa trên các sợi tạo ra các nguyên mẫu bằng nhựa, các quá trình sấy khô bằng tia laser tạo ra các bộ phận từ nhựa và các máy hợp kim dạng bột tạo ra các thành phần kim loại và nhựa đặc.…
Xem thêm:
Khuyến mãi đến 25% gói phần mềm mô phỏng cơ khí SOLIDWORKS và máy in 3D Sindoh
Cung cấp dịch vụ in mẫu 3D – Hỗ trợ in mẫu 3D
Triển lãm quốc tế về thiết kế 3D, công nghệ in và sản xuất phụ trợ 6 – 8/6/2018
Một máy hàn laser kim loại trực tiếp kết hợp với nhau để tạo thành mỗi lớp của một thiết kế in 3D.
Tất cả đều có tiềm năng rất lớn giúp giảm thiểu chi phí khi tạo mẫu. Hai trong số những kỹ thuật này là – Selective Laser Sintering (SLS) và Direct Metal Laser Sintering (DMLS) – có thể cắt giảm chi phí thông qua việc sản xuất nhanh; giảm chi phí dụng cụ và rút ngắn quy trình làm việc; ít chất thải; và các chi tiết vẫn mạnh mẽ mặc dù trọng lượng nhẹ hơn. SLS và DMLS đặc biệt quan trọng đối với hàng ngàn công ty đó là bộ phận sử dụng in 3D. Ví dụ:
– Phi thuyền Juno của Lockheed Martin, hiện đang bay quanh sao Mộc, mang một chùm ống dẫn sóng được hỗ trợ in 3D.
– Công ty Activated Research Company đã sử dụng DMLS để phát triển một thiết kế mới cực kỳ quan trong cho bộ vi xử lý xúc tác bằng khí gas Polyarc, và đưa nó ra thị trường chỉ trong 15 tháng.
– Raytheon sử dụng công nghệ in 3D cho động cơ tên lửa, cánh, và các bộ phận hệ thống cho tên lửa dẫn đường, thời gian sản xuất ra các bộ phận chỉ tính theo giờ.
– Boeing đã lập kỷ lục thế giới vào năm 2016 bằng cách xây dựng sản phẩm in 3D lớn nhất từng được sản xuất, một thiết bị được sử dụng trong việc chế tạo máy bay 777 của hãng, cho biết giúp cắt giảm nhiều tuần trong thời gian sản xuất.
– Công ty Brunswick đã từng sử dụng in 3D cho những chiếc điều hòa không khí trên những chiếc du thuyền Sea Ray, loại bỏ nhu cầu sử dụng dụng cụ dùng một lần và thúc đẩy phát triển sản phẩm.
Trong những trường hợp này, kết quả nhận được bao gồm chức năng lớn hơn, trọng lượng thấp hơn, giảm chi phí sản xuất và thường là cả ba điều này. Dưới đây là sáu cân nhắc thiết kế giúp đạt được những lợi ích trên:
- Tối ưu hóa thiết kế
Các bộ phận in 3D được thiết kế tốt theo nhiều quy tắc tương tự như các khuôn được làm bằng khuôn phun. Sử dụng các chuyển tiếp dần dần giữa các bề mặt tiếp giáp. Loại bỏ sự khác biệt lớn trong mặt cắt ngang và thể tích của một chi tiết. Tránh những góc nhọn thường tạo ra ứng suất dư thừa trong thành phôi đã hoàn thành. Hãy quan sát những thành mỏng không được hỗ trợ sẽ không thể phát triển quá cao, hoặc có thể xảy ra sự uốn cong hoặc cong. Ngoài ra, các bề mặt với góc nông có khuynh hướng tạo ra gờ kém thẩm mỹ – vì thế cần phải làm phẳng chúng ra nếu có thể.
- Bứt ra khỏi truyền thống
Thiết kế 3D ấn tượng nhất tận dụng khả năng in 3D để tạo ra các hình học “hữu cơ”, chẳng hạn như dạng tổ ong và ma trận phức tạp. Đừng ngại sử dụng các hình dạng này, miễn là sau khi áp dụng sẽ tạo ra một chi tiết nhẹ hơn, mạnh hơn. Bạn cũng không nên lo sợ việc đặt nhiều lỗ vào trong thiết kế của bạn. Với sản xuất truyền thống, các lỗ khoan trong một khối vật liệu rắn làm tăng chi phí của một chi tiết và tăng số lượng phế thải. Nhưng trong lĩnh vực phụ trợ, nơi có nhiều lỗ có nghĩa là ít nguyên liệu hơn và thời gian sản xuất ngắn hơn. Hãy nhớ rằng, các lỗ in 3D không cần thiết phải là hình tròn. Thường thì các lỗ này có hình elip, lục giác hoặc dạng tự do sẽ phù hợp hơn với thiết kế của một chi tiết và dễ dàng in hơn.
- Xem xét các bước tiếp theo trong chu trình thiết kế
Chỉ vì bạn có thể in chi tiết có nhiều lỗ, không có nghĩa là bạn nên đặc biệt đưa ra các kế hoạch nhằm tạo ra nhiều chi tiết như thế. Bởi vì in 3D mang lại sự linh hoạt cho các thiết kế, nên bạn có thể dễ dàng thiết kế mà không cần phải xem các bộ phận sẽ được sản xuất như thế nào sau khi tạo mẫu. Dựa vào các ví dụ chúng tôi đã đưa ra trong phần đầu bài viết, ngày càng có nhiều công ty tìm kiếm công cụ in 3D phù hợp với các chi tiết sử dụng cuối cùng, nhưng rất nhiều chi tiết sẽ chuyển từ in sang gia công khuôn hoặc đúc khi khối lượng sản xuất tăng lên. Đó là lý do tại sao việc phân tích khả năng sản xuất của thiết kế rất quan trọng trong giai đoạn thiết kế, điều này đảm bảo việc sản xuất có hiệu quả về chi phí trong suốt vòng đời sản phẩm.
- Tránh các hoạt động phụ
Các chi tiết bằng nhựa được sản xuất thông qua SLS không cần cấu trúc hỗ trợ trong quá trình chế tạo, do vậy, quá trình gia công sau đó thường chỉ giới hạn trong việc phun, mạ, dập, và ta rô các lỗ, gia công các chi tiết quan trọng. Mặt khác, DMLS thường đòi hỏi các cấu trúc giống như giàn giáo để hỗ trợ và kiểm soát chuyển động của kim loại, bề mặt uốn cong và cong. Điều này đặc biệt đúng với việc mở rộng hình chữ T, ví dụ yêu cầu phải có một tấm đỡ ở phía dưới cánh tay, và sẽ phải được gia công hoặc tiện, do đó, làm tăng thời gian và chi phí. Câu chuyện tương tự nhưng dễ dàng hơn với SL, nơi dễ dàng tháo bỏ lớp nhựa bằng máy mài tay và giấy nhám. Nếu có thể, Proto Labs sẽ làm việc để định hướng các chi tiết theo các góc đó để giảm các chi tiết nhô ra và các tính năng khác, nhưng các nhà thiết kế chi tiết có thể giúp đỡ bằng cách giảm thiểu việc sử dụng chúng ở khu vực đầu tiên.
Một số chi tiết sản xuất với DMLS đòi hỏi phải hoàn thành bằng tay, như được thấy ở đây.
- Xem các dung sai
Các nhà thiết kế và kỹ sư nên tránh “vượt quá dung sai” của các chi tiết – làm như vậy có thể buộc chúng phải được xây dựng bằng cách sử dụng các lớp mỏng hơn (tăng thời gian và chi phí xây dựng) và trong nhiều trường hợp cần phải có các hoạt động gia công thứ cấp để đáp ứng các kích thước in bị vượt quá. Bên cạnh đó vì in 3D cung cấp rất nhiều cơ hội giúp giảm số lượng, cần ít sự chính xác cao ở các bề mặt tiếp xúc, đây chỉ là một ví dụ nữa về cách công nghệ này giúp giảm chi phí sản xuất.
- Hãy nhìn vào bức tranh lớn
Các chi tiết in 3D có thể tốn nhiều chi phí đầu tư ban đầu, nhưng đừng quá e ngại. Với những điều được thêm vào sau đó, bạn có khả năng lớn để giảm số lượng, trọng lượng và đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc, chi phí lắp ráp thấp, có thể tạo ra đường dẫn làm mát bên trong hoặc dây điện và các tính năng khác mà không thể tạo ra với các thiết kế truyền thống. Ngoài ra, hãy nhớ rằng với đồ gá, khuôn mẫu và các dụng cụ không cần thiết nếu sử dụng in 3D có thể giúp giảm bớt các chi phí không liên quan trực tiếp đến chi phí sản xuất của từng chi tiết. Tập trung vào chi phí của một chi tiết, thay vì chức năng sản phẩm và “bức tranh toàn cảnh”, có thể giúp bạn thiết kế các chi tiết giống như cũ nhưng có thể tạo cơ hội để giảm chi phí sản xuất chung.
ViHoth Corporation là đối tác phân phối của hãng phần mềm Geomagic tại Việt Nam, cung cấp phần mềm Geomagic for SOLIDWORKS.
Nguồn: SOLIDWORKS DS
Dịch: ViHoth