CANADA – Một nhà máy có cả công nghệ gia công cắt gọt và công nghệ sản xuất chồng lớp (AM – additive manufacturing) thì sẽ thực hiện được nhiều công việc sản xuất theo yêu cầu của khách hàng.
Hình ảnh thực tế cánh quạt được sửa chữa. Công việc được thực hiện bằng công nghệ AM và CAM kết hợp được điều khiển bởi phần mềm Aplus AM và phần mềm Mastercam CAM.
Theo truyền thống, các phương pháp sản xuất là gia công cắt gọt, tập trung vào việc loại bỏ vật liệu. Nhưng trong hai thập kỷ qua, sản xuất chồng lớp đã trở nên phổ biến trong công nghiệp. Sự ra đời của nhiều vật liệu được sản xuất toàn cầu với giá cả phù hợp hơn đã giúp thúc đẩy khả năng tiếp cận công nghệ này đối với cả nhà sản xuất và người tiêu dùng.
Sự kết hợp giữa sản xuất chồng lớp và gia công cắt gọt trên cùng một máy được gọi là sản xuất chồng lớp kết hợp. Theo báo cáo từ công ty Grand View Research (tại thành phố San Francisco, tiểu bang California, Mỹ), thị trường sản xuất chồng lớp kết hợp trên thế giới được định giá 193 triệu đô la vào năm 2022 và dự kiến sẽ tăng trưởng 22% từ nay đến năm 2030. Đó là tin quan trọng, nhưng có lẽ không phải là điều bất ngờ đối với những người đã quen với khả năng và tính linh hoạt của công nghệ này.
Một thiết bị khuôn được sửa chữa bằng phương pháp sản xuất chồng lớp
CAM + AM = Khả năng Quý vị có biết rằng gia công với sự hỗ trợ của máy tính (CAM – Computer Aided Manufacturing) và sản xuất chồng lớp (AM) hoạt động song song có thể tạo ra các bộ phận mới hoặc sửa chữa các bộ phận hiện có? Các ứng dụng của công nghệ này chủ yếu nằm trong ngành hàng không vũ trụ, y tế và ô tô, nhưng danh sách các ứng dụng vẫn tiếp tục tăng lên. Một ví dụ là trường hợp sửa chữa dụng cụ và khuôn mẫu – các bộ phận cần nhiều chi phí để sản xuất từ giai đoạn đầu. Sửa chữa lưỡi dao là một ứng dụng phổ biến khác. Với công nghệ CAM và AM kết hợp, giờ đây một bộ phận bị hỏng có thể được sửa chữa bằng vật liệu và đặc tính ban đầu của nó và được gia công để tạo ra phiên bản chỉnh sửa giống với sản phẩm gốc. Khả năng kiết hợp này giúp mang lại rất nhiều giá trị.
Công nghệ CAM và AM kết hợp đang trên đà phát triển, đây là tin tốt cho các nhà sản xuất. Nhưng điều này có ý nghĩa gì đối với các lập trình viên và thợ máy CNC (1) đã xây dựng sự nghiệp của họ dựa trên công nghệ gia công cắt gọt? Cần loại hình đào tạo và kỹ năng nào để sử dụng các phương pháp sản xuất AM tiên tiến? (1) Gia công CNC (computer numerial control): là phương pháp gia công cơ khí bằng các máy móc ứng dụng công nghệ hiện đại nhằm đạt độ chính xác cao và tốc độ làm việc nhanh chóng.
Rất may, các nhà đầu tư phần mềm đang tạo ra các sản phẩm kết hợp hai công nghệ này thành các nền tảng mạnh mẽ, thân thiện với khách hàng. Ví dụ, phần mềm sản xuất chồng lớp có thể tích hợp vào phần mềm Mastercam CAD/CAM. Công ty CAMufacturing Solutions (tại thành phố Windsor, Canada), đã phát triển phần mềm APlus – được tạo riêng cho sản xuất AM – giúp hỗ trợ lập trình tạo đường dao chạy. Phần mềm cho phép kiểm soát CAM và AM trong các máy công cụ CNC tích hợp cả hai công nghệ. Phần mềm linh hoạt chạy với Mastercam và sử dụng cùng một công cụ để tối ưu hóa đường dao chạy cho quá trình sản xuất chồng lớp kim loại trực tiếp (DED – Direct Energy Deposition) (2). (2) Directed Energy Deposition (DED): chồng lớp kim loại trực tiếp, là một phương pháp sản xuất bằng cách sử dụng một nguồn năng lượng tập trung để nóng chảy và liên kết các vật liệu kim loại hoặc hợp kim với nhau.
Tạo các bộ phận mới hoặc giữ lại bộ phận cũ Trong trường hợp sửa chữa một bộ phận, việc bắt đầu quy trình bằng một mô hình chính xác là rất quan trọng. Mô hình này phải là bộ phận gốc hoặc được thiết kế ngược từ bộ phận bị hỏng. Sau đó, nó được nhập vào phần mềm CAD/CAM và phần còn lại của quy trình giống như việc tạo ra một bộ phận gốc. Phần mềm APlus hỗ trợ lập trình chồng lớp vật liệu trên bộ phận (khu vực chồng lớp có kích thước lớn hơn so với hình dạng lập trình). Tiếp theo, một quy trình gia công cắt gọt truyền thống được áp dụng để loại bỏ vật liệu và lắp nó trở lại hình dạng ban đầu của bộ phận.
Việc sản xuất một bộ phận mới cũng tương tự như lập trình một tệp truyền thống trong phần mềm Mastercam. Một mô hình được thiết kế và phần mềm APlus hỗ trợ để điều khiển đầu máy CNC. Phần mềm Mastercam, kết hợp với phần mềm APlus, mô phỏng cả quá trình sản xuất chồng lớp vật liệu và chuyển động của máy. Các thông số có liên quan có thể được điều chỉnh và khách hàng có thể chuyển đổi giữa sản xuất chồng lớp và gia công cắt gọt để tạo ra dạng hình học mong muốn.
Để tạo ra một nguyên mẫu, đồ gá đặc biệt hoặc một bộ phận yêu cầu hình học không thể gia công bằng phương pháp cắt gọt, kết hợp CAM và AM có thể là một giải pháp. Hoặc, đối với một bộ phận bên trong cần được gia công, phương pháp sản xuất chồng lớp vật liệu để tạo hình, tiếp đến là gia công, sau đó lại tiếp tục các lớp khác.
Hình ảnh mô phỏng cánh quạt được sửa chữa. Công việc được thực hiện bằng công nghệ AM và CAM kết hợp được điều khiển bởi phần mềm Aplus AM và phần mềm Mastercam CAM.
Ngoài ra, một bộ phận có thể được sản xuất chồng lớp lớn hơn kích thước thiết kế hoặc gần hình dạng lưới (near net shape) (3), sau đó gia công thành hình dạng lưới. Các tính năng không thể đạt được chỉ bằng các phương pháp truyền thống được hoàn thiện ở dung sai chính xác. Ngoài ra, kết hợp AM với khả năng phay 5 trục có thể tạo ra các góc vuông bên trong hoặc các tính năng mà công cụ phay gia công cắt gọt không thể đạt được. Một điều cần lưu ý khi xem xét AM là tốc độ máy. Sản xuất chồng lớp chạy ở tốc độ khoảng 20% so với gia công CNC. Vật liệu được chồng từng lớp. Do sự giãn nở nhiệt và tốc độ làm mát của vật liệu in, các lớp phải nguội trước khi gia công, nếu không thì độ chính xác của bộ phận có thể bị ảnh hưởng. (3) Near net shape: là một kỹ thuật sản xuất công nghiệp. Như tên gọi của nó, sản phẩm ban đầu rất gần với hình dạng cuối cùng hoặc hình dạng lưới. Điều này làm giảm nhu cầu hoàn thiện bề mặt.
Với sự gia tăng về mức độ phổ biến và phạm vi ứng dụng như vậy, nhu cầu sản xuất chồng lớp sẽ gia tăng, đặc biệt là ở các nhà máy vừa và nhỏ muốn tận dụng công nghệ này. Chi phí đầu tư đã giảm khá nhiều trong vài năm qua, do đó công nghệ sản xuất chồng lớp dễ tiếp cận hơn bao giờ hết. Vì ngày càng nhiều công ty phát triển công nghệ sản xuất chồng lớp tham gia vào lĩnh vực này, nên chi phí gia nhập đối với phần cứng cũng sẽ thấp hơn.
Nếu Quý vị đang tìm cách tăng giá trị cho nhà máy của mình, công nghệ CAM kết hợp với AM là giải pháp đáng cân nhắc. Một nhà đầu tư có cả công nghệ gia công cắt gọt và sản xuất chồng lớp, thì sẽ thực hiện được nhiều công việc sản xuất theo yêu cầu của khách hàng.
Để xem các tin bài khác về “Gia công kim loại & Cơ khí chính xác”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Fabricating & Metalworking
