Sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing) là gì?

Sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing, AM) là một phương thức chế tạo sản phẩm bằng cách “đắp” từng lớp vật liệu lên nhau, mô phỏng theo thiết kế đã được vẽ sẵn trên phần mềm CAD. Có lẽ bạn cảm thấy phương thức này hơi quen thuộc? Vì đây cũng chính là cách 3D printing (in 3D) hoạt động đấy.

Mặc dù có một vài điểm khác biệt nhưng AM và 3D printing thường được dùng thay thế lẫn nhau. Có thể đây là lần đầu tiên bạn biết đến hai khái niệm này nhưng AM và 3D printing đã được ứng dụng trong sản xuất suốt nhiều thập kỷ qua.  

Đọc thêm: Ngành sản xuất & Cách mạng công nghiệp 4.0

Sản xuất bồi đắp/ Additive Manufacturing là gì?

Nói một cách đơn giản, sản xuất bồi đắp là quá trình chế tạo sản phẩm dựa trên một bản thiết kế kỹ thuật số ba chiều. Những tên gọi khác của AM bao gồm tạo mẫu nhanh (rapid prototyping), sản xuất kỹ thuật số (direct digital manufacturing), sản xuất đắp dần, chế tạo tích lũy, v.v…

Có nhiều ý kiến trái chiều về việc định nghĩa thế nào là 3D printing và AM. Theo trang Fisher Unitech, 3D printing được dùng khi nhà sản xuất cần chế tạo một bộ phận nào đó một cách nhanh chóng nhưng tiết kiệm và dễ dàng. Trong trường hợp doanh nghiệp cần các bộ phận chắc chắn và chính xác hơn thì cần dùng đến AM.

AM đang dần thay đổi cách thức doanh nghiệp chế tạo sản xuất. Ngày nay, chúng ta có thể điều chỉnh thiết kế sản phẩm một cách dễ dàng chỉ với vài cú click chuột hoặc thiết kế những sản phẩm có hình dạng cầu kỳ, phức tạp mà không cần dùng bất kỳ khuôn mẫu nào.

Đọc thêm: Nhà sản xuất cần thay đổi để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng đa dạng

Cách thức hoạt động

Với quy trình sản xuất truyền thống, để có được sản phẩm hoàn chỉnh đòi hỏi người thợ phải khoan, dập khuôn, tiện trên một khối vật liệu. Với AM, từng lớp vật liệu cực kỳ mỏng được đắp chồng lên nhau để tạo một sản phẩm ba chiều hoàn chỉnh. Lớp sau kết dính với những lớp trước bằng cách nấu chảy hoàn toàn (hoặc một phần) nguyên liệu làm nên sản phẩm.

Nguyên liệu dùng trong AM có thể là bột sắt, nhựa nhiệt dẻo, sứ, composite, thủy tinh hoặc thậm chí là socola.

Quy trình bắt đầu bằng việc thiết kế sản phẩm trên phần mềm kỹ thuật số CAD. Sau đó, phần mềm sẽ cắt lát sản phẩm và phần mềm cũng đóng vai trò định vị cho vòi phun (đầu in) đổ vật liệu và tiến hành “in” sản phẩm.

Ngoài ra, thay vì dùng vòi phun và máy in thì doanh nghiệp còn có thể dùng laser hoặc tia tử điện để làm tan chảy các vật liệu dạng bột. Một khi đã được đúc thành hình, sản phẩm được phơi cho khô và để các lớp dính với nhau.

Sản xuất bồi đắp đem lại những lợi ích gì?

Quy trình sản xuất truyền thống vốn dĩ đã đem đến cho các doanh nghiệp sản xuất vô vàn lựa chọn về hình dạng và thiết kế nhưng AM có thể làm được nhiều hơn thế và quy trình cũng linh hoạt hơn.

Ví dụ, AM có thể dùng để chế tạo các thiết kế có lỗ rỗng ở giữa thông qua một công đoạn duy nhất. Nếu sản xuất theo cách truyền thống thì bạn cần phải tiện, hàn nhiều mảnh lại với nhau thì mới cho ra được thành phẩm.  

Các sản phẩm được chế tạo từ quy trình sản xuất AM cũng chắc chắn hơn, nhẹ hơn, tiết kiệm hơn, đồng thời cũng giúp nhà sản xuất rút ngắn thời gian từ lúc thiết kế đến lúc chế tạo sản phẩm hàng loạt. Các kỹ sư của bạn giờ đây không phải họp mặt liên tục chỉ để điều chỉnh bản vẽ thiết kế. Thông qua phần mềm CAD, mọi chỉnh sửa đều có thể được thực hiện chỉ với vài cú click chuột và quy trình sản xuất có thể được hoàn thành chỉ sau một đêm.

Đọc thêm: Các nhà sản xuất có nên tiếp nhận cải tiến và đổi mới?

Ứng dụng của sản xuất bồi đắp

Nếu như trước đây, hình dáng sản phẩm bị hạn chế bởi khả năng sản xuất thì giờ đây, thiết kế chắc chắn sẽ có tác động mạnh mẽ đến toàn bộ quy trình chế tạo sản phẩm. Khả năng ứng dụng AM trong thực tế là vô hạn.

Trong chế tạo ô tô

Với AM, thợ máy không phải tìm cách để đọc và hiểu bản vẽ vì mọi thứ nay đã được số hóa và mô phỏng ba chiều. Thông tin từ phần mềm CAD được cấp trực tiếp vào máy. Mọi thông số kỹ thuật sẽ mô phỏng đúng theo bản vẽ nhưng thời gian sản xuất giảm từ 40-90% so với quy trình sản xuất truyền thống.

Ford Motor là một trong những thương hiệu hàng đầu tận dụng AM để chế tạo mẫu. Quá trình được dự đoán là giúp doanh nghiệp rút ngắn đến bốn tháng sản xuất cũng như hàng triệu USD.

Trong chế tạo máy bay

Nhờ khả năng sản xuất các bộ phận phức tạp nhưng lại nhẹ và bền hơn nên AM nhanh chóng được ứng dụng trong ngành hàng không.

Trong buổi triển lãm Paris Air Show năm 2017, chiếc Boeing 787 Dreamliner, chiếc máy bay đầu tiên đạt chuẩn FAA với cấu trúc titan được chế tạo bằng quy trình 3D printing đã nhận được nhiều lời khen ngợi.

Trong y khoa

AM trong y khoa liệu có phải là dùng để sản xuất tay chân nhân tạo hoặc răng phục hình? Không chỉ dừng lại ở đó, AM có thể cách mạng hóa ngành y khoa với khả năng chế tạo các lớp biểu bì da, xương, sụn, mạch máu và có lẽ trong một ngày không xa, những bộ phận khác bên trong cơ thể chúng ta.

Có thể nói, trong tương lai, nhờ những tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật mà chúng ta có thể vận dụng AM để chế tạo bộ phận con người theo yêu cầu, cũng như rút ngắn đáng kể thời gian bệnh nhân phải chờ để được cấy ghép bộ phận thay thế. Hiện tại, AM được dùng nhiều nhất trong y khoa để chế tạo các thiết bị đặc trưng, các công cụ phẫu thuật và khuôn đúc răng phục hình.