Công nghệ in 3D chinh phục các nhà máy

Ở Wales, các bác sĩ phẫu thuật mới đây đã tái tạo khuôn mặt bị biến dạng sau tai nạn giao thông của Stephen Power bằng cách cấy ghép các xương gò má, mũi, hàm trên và hốc mắt được in bằng công nghệ in 3D.

Tuy nhiên theo Bernhard Langefeld, chuyên gia về in 3D của hãng tư vấn Roland Berger, phương pháp này sẽ tạo đột phá ở lĩnh vực chế tạo đơn chiếc những sản phẩm bằng kim loại cực kỳ phức tạp và có công suất lớn như kim phun và vòi đốt, đây là những mặt hàng đơn chiếc, có tính chuyên dụng cao phục vụ ngành công nghiệp.

Các chuyên gia đều nhất trí rằng, chỉ ít năm nữa trong các cơ sở công nghiệp, ngoài máy tiện, máy bào truyền thống, sẽ có máy in 3D dành cho những nhiệm vụ đặc biệt. Theo các chuyên gia của Roland-Berger, doanh thu của thiết bị in 3D hiện nay trên toàn thế giới đạt 2,2 tỷ Euro và đến năm 2023 sẽ tăng lên hơn gấp ba lần – 7,7 tỷ. Tuy nhiên con số này cũng mới chỉ bằng một phần mười doanh thu của các loại máy công cụ cổ điển.
 
Công nghệ in 3D hoàn toàn trái ngược với cách thức sản xuất thông thường từ trước tới nay- tức là phải phay, bào, gọt, khoan phôi thép cho đến khi hoàn thành sản phẩm cuối cùng, cá biệt có khi phải loại bỏ tới 98% nguyên liệu, theo các chuyên gia của Trung tâm Laser LZN ở Hamburg. Đối với in 3D thì diễn ra điều ngược lại: sản phẩm được in chồng lớp (sản xuất bồi đắp – additive manufacturing), lớn dần lên cho đến kích thước hoàn chỉnh – trong thực tế quá trình này không tạo ra chất thải, đồng nghĩa với việc có thể giảm tiêu thụ nguyên liệu tới 55%.

Điều quan trọng hơn là các nhà chế tạo có nhiều quyền tự do hơn. Họ có thể tạo hình hài và bề mặt của chi tiết máy một cách thích hợp nhất, mặt khác họ có thể lựa chọn nguyên liệu thích hợp nhất cho từng mục tiêu sử dụng đối từng chi tiết.

“Chế tạo kiểu bồi đắp hiện đã trở thành một đề tài có ý nghĩa chiến lược đối với tất cả các hãng lớn về động cơ”, theo lời Oliver Edelmann, một trong những nhà lãnh đạo của Concept Laser. Trước đây để chế tạo một cái van người ta phải lắp ghép từ 20 bộ phận lại với nhau – ngày nay nó hình thành qua một công đoạn chế tạo duy nhất. Đã vậy van còn nhẹ hơn, có độ bền cao hơn và có sức chịu nhiệt cực cao, đến 1.300 độ C. Còn một thế mạnh nữa, mỗi máy in có thể thay thế tới 70 máy công cụ thông thường.

Ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ được hưởng lợi nhiều nhất từ công nghệ in 3D. Tới đây tập đoàn sản xuất máy bay Airbus cũng sẽ đưa công nghệ in 3D vào sản xuất. Airbus từ lâu đã dùng công nghệ này để cho ra đời những nguyên mẫu. Từ đầu năm 2016 lần đầu tiên Airbus sẽ cho sản xuất hàng loạt theo công nghệ 3D loại giá đỡ titan để có thể lắp vào máy bay thương mại.

Đây không phải là chuyện nhỏ. Trong mỗi chiếc máy bay phản lực Airbus có tới 30.000 giá đỡ để tăng độ bền vững cho các cấu phần ở cabin. Nếu qua đó trọng lượng được tối ưu hoá thì sẽ có lợi ngay lập tức vì giảm trọng lượng của máy bay có nghĩa có thể vận chuyển thêm hành khách hoặc với cùng lượng nhiên liệu nhưng có thể bay xa hơn.

Những nhà phát minh sáng chế chỉ sau 48 giờ có thể có trong tay những nguyên mẫu – đây là một lợi thế nữa của công nghệ in 3D. Theo cách thông thường, việc sản xuất thử được giao cho bộ phận đúc và phải chờ đợi hàng tháng mới nhận được nguyên mẫu. Nhờ công nghệ mới, các nhà nghiên cứu, phát triển có thể so sánh nhiều phương án với nhau một cách nhanh chóng để chọn ra sản phẩm tốt nhất, nhờ đó giảm đáng kể thời gian phát triển.

Tuy vậy công nghệ in 3D không làm giảm nhẹ vai trò của ngành cơ khí truyền thống – các loại máy phay và những trung tâm gia công sẽ còn tồn tại lâu dài vì chúng có thể tiến hành sản xuất hàng loạt với giá thành thấp hơn. Eric Klemp, chuyên gia sản xuất thuộc Direct Manufacturing Research Center (DMRC), Đại học Paderborn khẳng định: “Phương pháp sản xuất bồi đắp có thể bổ sung cho lĩnh vực cơ khí chế tạo nhưng không thể triệt tiêu được ngành này.” Tuy nhiên ông Klemp vẫn đánh giá tốc độ tăng trưởng của công nghệ in 3D trong những năm tới có thể lên đến 10 lần.

Điều rõ ràng là công nghệ in 3D sẽ đóng vai trò lớn trong lĩnh vực dịch vụ. Cơ sở dịch vụ có thể in ngay chi tiết thiết bị bị hỏng để thay thế cho khách hàng. Nhiều cơ sở sản xuất với máy móc đắt tiền không còn phải ngừng hoạt động trong khi chờ phụ tùng thay thế từ nơi khác chuyển đến.

Để khai thác triệt để những khả năng của công nghệ in 3D, trước hết các nhà phát triển và thiết kế phải thay đổi cách suy nghĩ. Viễn cảnh trong tương lai là nhà thiết kế sản phẩm chỉ còn phải thực hiện một vài yêu cầu, thí dụ quy định về vị trí lắp đặt và sức chịu lực, sau đó máy tính sẽ tự xác định hình dạng cấu trúc tối ưu. Con người sẽ được giải phóng khỏi sự trói buộc phiền phức của công nghệ sản xuất cũ. Đến lúc đó không sức mạnh nào có thể cản trở cuộc cách mạng in 3D trong cuộc sống.

Nguyễn Xuân Hoài lược dịch