Rapid Prototyping: Giải pháp nâng cao năng suất cho ngành cơ khí (Phần 1)

Với lịch sử hình thành từ những năm 80 và bắt đầu được sử dụng ở nhiều quốc gia từ năm 1997, Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping Engineering) hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Với những tính năng vượt trội, công nghệ này đã giúp các kỹ sư chế tạo giảm bớt thời gian gia công, đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng.

Trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực cơ khí, ở bước thiết kế sơ bộ, việc chế tạo một mô hình mẫu bằng các vật liệu kim loại hoặc phi kim theo tỷ lệ 1/1 hoặc thu nhỏ để xem xét hình dáng, đánh giá cấu trúc phục vụ cho công tác lựa chọn mẫu thiết kế là hoạt động thường xuyên phải thực hiện. Tuy nhiên quá trình này lại tốn khá thời gian, công sức cũng như vật liệu nhưng độ chính xác của mẫu thử lại không cao. Vì vậy, đây là lý do mà công nghệ Tạo mẫu nhanh (RP) đã ra đời. Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping – RP) là quá trình sản xuất nhanh chóng mô hình vật lý từ mô hình CAD 3D trên máy tính.

Tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của mẫu mà thời gian để tạo ra một mẫu mới mất khoảng từ 3 đến 72 giờ. Như vậy, so với việc tạo mẫu bằng máy truyền thống thường mất hàng tuần đến hàng tháng thì việc tạo mẫu bằng thiết bị RP nhanh hơn rất nhiều. Ngoài ra công nghệ này không cần chuẩn bị dụng cụ cắt gọt, không tốn đồ gá, cho phép sửa đổi nhanh và thiết kế lại chi tiết thuận lợi, hơn nữa có thể tạo được những mẫu chi tiết phức tạp.

Ngày nay, yêu cầu “Thời gian đưa sản phẩm ra thị trường (Time to Market – TTM)” ngày càng rút ngắn. Các sản phẩm ngoài chất lượng tốt phải có giá thành thấp và đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng. Với những yêu cầu này, tạo mẫu nhanh là khâu không thể thiếu trong quy trình sản xuất để rút ngắn thời gian ra thị trường và giảm chi phí. Tạo mẫu nhanh giúp các nhà sản xuất đánh giá nhanh chóng sản phẩm cuối cùng của mình về các tiêu chí: Kiểu dáng, ý tưởng, thông điệp thiết kế (design communication); kiểm định các chức năng sử dụng, sự thuận tiện cho người dùng…; kiểm tra lỗi kỹ thuật (độ chính xác, lệch tâm, lỗi bề mặt, lỗi lắp ghép…). Thời gian đưa sản phẩm ra thị trường càng ngắn thì lợi nhuận mang lại càng cao. Có thể kể đến một số xu hướng ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong các lĩnh vực:

• Chế tạo các chi tiết làm mẫu cho quá trình thiết kế sơ bộ
• Chế tạo các sản phẩm có hình dạng phức tạp, kích thước nhỏ
• Đúc mẫu chảy, đúc mẫu cháy: Máy tạo mẫu nhanh có thể in ra hàng loạt mẫu bằng loại vật liệu dễ nóng chảy như sáp hay nhựa dùng trong đúc khuôn mẫu, độ chính xác cao, chi tiết nhỏ, đồng đều, hình dạng có thể phức tạp, số lượng lớn trong thời gian ngắn. Sản xuất nữ trang là một ví dụ trong ứng dụng này.
• Ứng dụng trong y học: Tạo mẫu nhanh ứng dụng trong chế tạo chi tiết cấy ghép xương, sọ
• Ứng dụng trong quảng cáo tiếp thị: Tạo các mô hình sản phẩm dùng trong quảng cáo.
• Văn hóa và giải trí: Trong công nghiệp giải trí, tạo mẫu nhanh tạo các mô hình nhân vật phim ảnh, hoạt họa, sản xuất đồ chơi, các bộ sưu tập…

Trong phần sau, chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu các công nghệ tạo mẫu nhanh phổ biến trên thế giới

Văn phòng NSCL biên dịch