In 3D trong sản xuất hàng loạt

In 3D trong sản xuất hàng loạt

Các công ty in 3D FDM và SLA hàng đầu đang tìm cách giành thêm thị phần từ ngành công nghiệp ép phun.

Gần đây,  Formlabs và  Stratasys từng phát hành các máy mới sẽ tự động hóa toàn bộ quy trình in 3D. Các công ty này đang tăng lợi tức đầu tư (ROI) của in 3D và chiếm thị phần nhiều hơn từ các quy trình truyền thống.

Điều quan trọng là chỉ ra những lợi ích của việc tăng tốc in 3D. Đối với các nhà sản xuất, điều này có nghĩa là đạt được khả năng:

  • Thực hiện quá trình lặp lại nhanh hơn hoặc sửa đổi đối với tạo mẫu và / hoặc bộ phận.
  • Giảm trọng lượng sản phẩm; In 3D cho phép khả năng thay đổi việc lấp đầy các bộ phận, không cần bổ sung gì cả.
  • Tạo ra các hình dạng phức tạp mà không thể thực hiện được trong các quy trình khác.
  • Mở luồng doanh thu mới bằng cách cung cấp tùy chỉnh.

Một số cách các công ty đang thực hiện là:

  • Kết hợp nhiều bộ phận thành một để giảm hoặc loại bỏ thời gian lắp ráp.
  • Các bộ phận lồng nhau — nếu có thể với quy trình.
  • Giảm hoặc thay đổi điền vào hoặc giảm dung sai lấp đầy để máy in sẽ in nhanh hơn trên các khu vực mà dung sai không phải là mối quan tâm
  • Giảm quá trình hậu xử lý bằng cách loại bỏ các cấu trúc hỗ trợ.
  • Thông qua tự động hóa, đó là trọng tâm của bài viết này.

Một số công ty, như Boeing, Sikorsky, Airbus, và Ford, đã sử dụng in 3D theo cách có thể được coi là sản xuất hàng loạt. Năm tới, Airbus có kế hoạch sản xuất 30 tấn các bộ phận in 3D một tháng. Tuy nhiên, đây là những nhà sản xuất Cấp 1 và thường các bộ phận là chi tiết cao cấp, chi phí cao. Nhiều nhà sản xuất này hoạt động trong lĩnh vực giao thông vận tải, nơi giảm trọng lượng là bắt buộc. Nhưng các bộ phận chi phí thấp, không bị hạn chế về trọng lượng thì sao?

Động cơ LEAP từ GE sẽ có 19 đầu đùn vật liệu in 3D. Nhiều bộ phận được in 3D, chẳng hạn như vỏ bọc cho cảm biến T25 cung cấp các phép đo áp suất và nhiệt độ cho hệ thống điều khiển của động cơ

Mô hình hoá sự lắng đọng hợp nhất

Stratasys có kinh nghiệm trong việc sản xuất các bộ phận tiết kiệm chi phí và gần đây đã hợp tác với Desktop Metal để khởi chạy Trình diễn. Đây là một chồng ba máy in mô hình hóa (FDM) có thể mở rộng, tích hợp. Họ in liên tục bằng cách sử dụng một cuộn nhựa trên đầu đế in. Khi một chi tiết được hoàn thành, cuộn nhựa sẽ trượt chi tiết ra khỏi máy in. Cuộn nhựa sau đó được cắt, để lại đế in trống, và chi tiết hoàn thành rơi vào thùng.

Các Stratasys Biểu giúp tăng công suất in cho máy in 3D. Mỗi máy in có thể giao tiếp trong thời gian thực. Máy này không cần dừng giữa các chi tiết hoặc giữa các công việc. FDM cũng loại bỏ một số quy trình, như bảo dưỡng, cần thiết cho các bộ phận SLA.

“Với chín máy chúng tôi có, chúng tôi có thể sản xuất 1.500 bộ phận mỗi ngày”, Mark Neilson, Giám đốc điều hành của In’Tech cho biết .

Nếu bạn cần tăng sản lượng, việc mở rộng sẽ đơn giản hơn bằng cách thêm nhiều ngăn xếp hơn. Với phần mềm, nhiều công việc in có thể song song mà không có thời gian hao phí, không có thay đổi dụng cụ, và chuỗi cung ứng hàng tồn kho gần như không tồn tại.

“Trong quá khứ, chúng ta thường chuyển từ in 3D sang ép phun khi một đơn đặt hàng đạt 300 đến 400 sản phẩm. Với Trình diễn 3D liên tục xây dựng, con số đó sẽ tăng lên khoảng 1.500 đến 2.000 chi tiết”, Rich Stump, hiệu trưởng và đồng sáng lập của FATHOM nói. “Trình diễn cho phép khách hàng gặt hái những lợi ích về thời gian và chi phí của việc in 3D liên tục và lặp lại. Cùng với những ưu điểm của một quá trình thiết kế lặp đi lặp lại và sự phức tạp miễn phí, Trình biểu hiện làm cho phụ gia trở thành một đối thủ nghiêm túc với ép phun cho sản phẩm số lượng nhỏ và cầu nối để sản xuất.”

Trong khi tăng tự động hóa cho phép in 3D cạnh tranh với ép phun trên các đơn đặt hàng lớn hơn, có những hạn chế như:

  • Quá trình FDM có bề mặt hoàn thiện hơn so với ép phun.
  • Giới hạn vật liệu: Nếu bạn cần sản phẩm là ABS, chúng có thể ổn, nhưng chúng không được đảm bào chất lượng.
  • Nó sẽ ngày càng khó khăn để tìm thấy một ROI trên đơn đặt hàng trên 1.500 đến 2.000 sản phẩm.

SLA

May mắn thay, có nhiều tùy chọn hơn Demonstrator. FDM có thể không được biết đến với bề mặt hoàn thiện của nó, mặc dù xử lý chi tiết là có thể, nhưng stereolithography (SLA) có thể cung cấp độ phân giải cao hơn, kết quả là kết thúc bề mặt tốt hơn. Trong khi quá trình này cũng có những thách thức riêng trong vật liệu và đơn đặt hàng lớn, nó đã được sử dụng thành công trên các mảnh phòng trưng bày, nơi bề mặt hoàn thiện là rất quan trọng.

Formlabs, một nhà lãnh đạo trong SLA, ra mắt Mẫu 1 vào năm 2012. Máy in này có thể tìm thấy một số bộ phận có thể được sản xuất thành hàng ngàn cái trước khi ép phun sẽ mang lại ROI cao hơn. Ví dụ, một khớp nối cho một động cơ bước có thể phù hợp với hơn 400 cái được in trong không gian xây dựng của Mẫu 1. Điều đó cho phép điểm chuyển đổi ROI cao tới 11.000 chi tiết. Để biết thêm chi tiết, hãy xem video này:

Cân nhắc mọi thứ trong tài khoản – vật liệu, lao động, hậu xử lý — Formlabs ước tính rằng bước ngoặt trong ROI để sử dụng quy trình truyền thống là khoảng 28 bản in cho ví dụ này.

Đó là năm 2012. Trong năm 2015, Mẫu 2 đã được phát hành. Không có nghiên cứu điển hình nào về ROI giữa Biểu mẫu 2 và các quy trình truyền thống. Tuy nhiên, họ đã làm một so sánh của Form 2 và chỉ phát hành Form Cell. “Mẫu 2 là công cụ in 3D chuyên nghiệp được bán nhiều nhất, vì vậy đây là máy in hoàn hảo để sử dụng ”, Maxim Lobovsky, Giám đốc điều hành của Formlabs cho biết. Ô Mẫu kết hợp:

  • Một hoặc nhiều trạm Mẫu 2
  • Một trạm rửa
  • Một trạm sửa chửa
  • Giàn công nghiệp

Trong một ví dụ mà trong đó Mẫu 2 in một cánh tay giả, nó có giá khoảng 52,30 USD / tay (khoảng 16 phần). Điều này bao gồm quyền sở hữu thiết bị, vật liệu và lao động thủ công. Khi bàn tay được in trong ô mẫu, chi phí đã giảm 41% (xem video ở trên). Hầu hết các chi phí liên quan đến lao động, nhưng chi phí sở hữu giảm. Bằng cách sử dụng máy in 90% đến 95% thời gian so với có thể 30% khi một công nhân có thể trao đổi khay, bạn đang tăng sản xuất và giảm chi phí sở hữu trên một sản phẩm đơn giản bằng cách thúc đẩy sản xuất.

Vừa mới phát hành, Form Cell đã sử dụng phần mềm để giảm bớt các vật liệu hỗ trợ. Tuy nhiên, không giống như quy trình FDM, SLA có thể lồng, hoặc ngăn xếp, các chi tiết.

Hệ thống 3D là một công ty khác có kế hoạch tham gia vào xu hướng “tăng thông lượng”. Nền tảng của nó, được gọi là Hình 4, chưa ra mắt. Theo công ty, nó sẽ sản xuất nhiều bộ phận hơn với ít máy in hơn. Jacqueline Troutman, quản lý truyền thông và nội dung cao cấp tại 3D Systems, hy vọng Hình 4 sẽ giảm chi phí một sản phẩm khoảng 30% khi so sánh với SLA truyền thống.

Chìa khóa cho in 3D phản ánh những gì chúng ta đã thấy qua sản xuất trong nhiều năm: tự động hóa. Ví dụ, ô mẫu không chỉ tải và dỡ bỏ các chi tiết, mà còn xử lý chúng. Một cánh tay tự động sẽ loại bỏ một chi tiết và đặt nó vào máy xử lý để loại bỏ các vật liệu hỗ trợ. Sau đó nó sẽ di chuyển sản phẩm đã được làm sạch vào trạm bảo dưỡng. Biểu mẫu 2 đã là một máy in cắm và chạy nâng cao được cung cấp với giá dưới $ 5K. Ngoài ra, Formlabs có phần mềm tinh vi làm giảm vật liệu hỗ trợ. Điều này cũng làm giảm hậu xử lý.

Tiếp theo là gì?

Bằng cách tận dụng một số quy trình mới này, các công ty có thể tìm thấy các luồng doanh thu mới. Ví dụ, SLA được biết là có vật liệu hoạt động tốt trong các ứng dụng y tế, chẳng hạn như máy trợ thính, hướng dẫn phẫu thuật nha khoa và bộ phận giả. Điều này có thể mở rộng hoạt động sản xuất bằng cách có thể nhanh chóng sản xuất các công cụ tùy chỉnh và / hoặc các bộ phận trong ngành công nghiệp ô tô, y tế và sản xuất. Câu hỏi đặt ra là: Công nghệ sẽ di chuyển tới đâu?

“Luật Moore là về dự đoán tương lai,” David Lakatos, giám đốc sản phẩm Formlabs nói. “Nếu bạn hiểu chi phí mỗi sản phẩm sẽ giảm xuống như thế nào, bạn sẽ có thể hiểu được ngành công nghiệp và ứng dụng nào sẽ bị ảnh hưởng tiếp theo.” Khi máy in 3D nhanh hơn và các kỹ sư tìm cách mới để thiết kế các bộ phận cho in 3D, con số báo hiệu vị trí hòa hợp vốn giữa các quy trình mới và truyền thống.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *