Công ty General Electric (GE) vừa công bố đã mở rộng ứng dụng in 3D để tạo ra những linh kiện phức tạp từ kim loại.
In 3D hay còn gọi là sản xuất đắp lớp (Additive Manufacturing-AM) là kỹ thuật in đắp từng lớp vật liệu (layer by layer) xếp chồng lên nhau. Công nghệ AM đã có mặt hơn 3 thập kỷ qua, chủ yếu sử dụng vật liệu polyme. Những tiến bộ khoa học gần đây cho phép sản xuất ra những linh kiện kim loại phức tạp đã tạo ra tiếng vang lớn cho ngành sản xuất đắp lớp.
Máy GE Hải Phòng chuyên sản xuất máy phát điện cho tuabin gió và các linh kiện hệ thống điều khiển điện đang ứng dụng công nghệ AM. Đây là 1 trong 5 nhà máy thông minh của GE trên toàn cầu, được ứng dụng những công nghệ tiên tiến như phân tích dữ liệu chuyên sâu, IoT và robot. Một nhà máy thông minh khác của GE tại khu vực châu Á - Thái Bình Dương được đặt tại Nhật Bản.
GE đang hoạt động tại 15 quốc gia tại khu vực châu Á - Thái Bình Dương với 23 nhà máy sản xuất. Tuy nhiên, chỉ có nhà máy ở Hải Phòng và Nhật Bản được xây dựng theo 4 trụ cột mới của tập đoàn: sản xuất tinh gọn, hiệu suất kỹ thuật số cao, sản xuất tiên tiến và sản xuất đắp lớp.
Nhờ tối ưu hóa sản xuất, một nhà máy thông minh có thể tiết kiệm tới 50% thời gian hoàn tất đơn hàng, giảm lượng hàng tồn kho tới 20% trong khi nâng cao năng suất thêm 20%. GE đặt mục tiêu cắt giảm từ 3 - 5 tỷ USD chi phí mỗi năm, phần lớn nhờ vào công nghệ AM.
Sản xuất tinh gọn và hiệu suất kỹ thuật số cao đều được ứng dụng tại nhà máy GE Hải Phòng từ các công cụ cầm tay đơn giản, tất cả đều được kết nối với nhau trên nền tảng Predix nhằm giám sát hiệu suất vận hành.
Tất cả nhân viên đều mang thẻ ID điện tử để khởi động và điều hành máy móc, trong khi đó các robot giao hàng tự động chạy theo các đường kẻ trên sàn. Nhờ vậy, công ty sẽ biết chính xác ai đang điều khiển máy móc nào tại một thời điểm và khoảng thời gian nhất định và có thể sử dụng những dữ liệu này để đánh giá hoạt động của người thao tác máy. Dữ liệu cũng được dùng cho bảo trì dự đoán để tránh các sự cố không mong muốn.
Ngoài ra, công nghệ thực tế ảo (Virtual Reality) và thực tế ảo tăng cường (Augmented Reality) ngày càng được ứng dụng nhiều trong quá trình thiết kế và sản xuất. Công nghệ này cho phép tạo ra linh kiện với các hình dạng hình học hết sức phức tạp bên trong từ một máy tính.
GE cho biết, sản xuất đắp lớp sẽ tạo ra “hệ thống, linh kiện không chỉ mạnh mẽ mà còn nhẹ hơn” với hiệu suất cải tiến, điều mà quy trình sản xuất truyền thống không làm được. Khả năng in các linh kiện chuyên dụng từ các hợp kim kim loại là bước ngoặt thúc đẩy dòng vốn đầu tư mạnh mẽ vào ngành AM trong những năm qua.
Hiện nay, GE Aviation đang ứng dụng công nghệ AM để sản xuất vòi phun nhiên liệu cho động cơ phản lực, in linh kiện bằng laster thay vì đúc và hàn kim loại. Trước khi có sự đột phá này, sản xuất đắp lớp chỉ chế tạo ra những sản phẩm ngách cho cấy ghép y tế hay nguyên mẫu nhựa cho các kỹ sư và nhà thiết kế. Vòi phun nhiên liệu phản lực có hình dạng như vòi phun nước kết nối với hai trụ ngắn. Vòi nhỏ đến mức có thể nắm trong lòng bàn tay.
GE Additive và Công ty phân tích ngành SmartTech Publishing ước tính 13 tỷ USD đã được chi cho các dịch vụ, phần mềm, vật liệu và máy in 3D từ năm 2014 – 2018; một nửa trong số đó được chi trong năm 2017. Theo dự báo, khoảng 280 tỷ USD sẽ được đầu tư vào ngành AM trong thập kỷ tiếp theo.
Wohlers Associates đã xuất bản báo cáo thường niên về AM trong vòng 23 năm. Theo đó, ngành AM toàn cầu đã tăng trưởng 21% từ năm 2016 - 2017, đạt giá trị thị trường 7,3 tỷ USD. Họ ước tính có 1,768 hệ thống AM kim loại đã được bán ra trong năm 2017, tăng gần 80% so với năm trước.
Trên toàn cầu có khoảng 135 công ty chuyên sản xuất và bán hệ thống AM trong năm 2017, con số này hồi năm 2016 là 97 công ty.
Sản xuất đắp lớp sử dụng dữ liệu từ phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (computer-aided-design CAD) hoặc máy quét vật thể 3D để điều chỉnh phần cứng, đắp từng lớp vật liệu lên nhau với hình dạng hình học chính xác. Công nghệ AM sẽ thêm các lớp vật liệu siêu mỏng để tạo ra vật thể, trong khi đó quy trình tuyền thống sẽ loại bỏ vật liệu bằng kỹ thuật gia công, chạm khắc và tạo hình.
Nguồn: Báo khoa học phổ thông