Dù công nghệ sản xuất phụ gia hứa hẹn rất nhiều, bước đầu tiên lại khá tẻ nhạt.

Trước khi bất kỳ lớp vật liệu nào được đắp lên, các kỹ sư phải thiết kế chi tiết trong phần mềm CAD, sử dụng các công cụ như SolidWorks, Siemens NX hoặc Autodesk Fusion 360. Ngay cả khi dựa trên một chi tiết có sẵn, điều này cũng đồng nghĩa với việc các kỹ sư được đào tạo chuyên sâu phải tốn hàng giờ thiết kế và chỉnh sửa cho đến khi file có thể được xử lý.

Thêm vào đó các kiểm tra bổ sung để đảm bảo các tính năng bị thiếu được vá, chi tiết kín khít và dung sai theo yêu cầu được tuân thủ, thì một quy trình tưởng chừng đơn giản đã trở thành một công việc thủ công đòi hỏi chuyên môn cao. Và quy trình rườm rà này càng trở nên trầm trọng hơn khi các chi tiết có hình dạng bất quy tắc hoặc không có file thiết kế gốc.

Chỉ sau đó chi tiết mới có thể được đưa vào phần mềm chuẩn bị, nơi nó được cắt thành các lớp và chuyển thành lệnh máy có thể đọc được. Và ở giai đoạn này, nếu phát hiện thêm khuyết điểm, chi tiết sẽ phải được trả lại để bắt đầu lại quy trình thiết kế.

Xét đến các nhiệm vụ có tính đa dạng cao của máy bay ngày nay, hiếm khi có hai chi tiết hỏng theo cùng một cách. Chắc chắn, phân tích phần tử hữu hạn (FEA) có thể dự đoán kiểu hỏng ở một mức độ nhất định, nhưng kết quả thực nghiệm luôn khác nhau. Do đó, quy trình này phải được thực hiện cho từng chi tiết một, làm tăng chi phí thời gian và tiền bạc theo cấp số nhân.

Một công ty đang tái sáng tạo quy trình này, cho phép tái tạo chi tiết nhanh hơn và bằng cách đó mở ra những khả năng mới cho sửa chữa công nghiệp quy mô lớn.

Quét, đừng dựng mô hình

Đến với FormAlloy, một công ty sản xuất phụ gia kim loại có trụ sở tại San Diego đang tái định nghĩa cách thiết kế, sửa chữa và chế tạo chi tiết kim loại.

Công ty sử dụng công nghệ Directed Energy Deposition (DED), một kỹ thuật dùng nguồn năng lượng tập trung – như laser hoặc chùm điện – để làm nóng chảy vật liệu khi nó được dẫn qua vòi phun. Hãy hình dung nó giống một máy in 3D dùng PLA thông thường, chỉ khác là sợi ở đây là kim loại chứ không phải nhựa.

Trong cuộc trò chuyện với AeroXplorer, CEO FormAlloy Melanie Lang chia sẻ thêm về công nghệ của công ty và cách nó giúp các doanh nghiệp trên khắp cả nước bớt đau đầu.

FormAlloy sản xuất ba hệ thống DED, với thể tích xây dựng từ 300mm x 300mm x 300mm (xấp xỉ 1ft x 1ft x 1ft) đến 2m x 2m x 2m (xấp xỉ 6.5ft x 6.5ft x 6.5ft). Thông qua phần mềm độc quyền của FormAlloy, vật liệu được đặt chính xác vào đúng vị trí cần thiết. Nhưng điều làm công ty khác biệt là cách họ xác định vị trí đó.

“Bạn không nhất thiết phải có một mô hình 3D.” Lang giải thích. “Chúng tôi đã phát triển một công nghệ có thể đơn giản quét chi tiết cần sửa chữa và tự động tạo đường chạy, rồi tự động bắt đầu sửa chữa trực tiếp trên bề mặt đó.” 

Thay vì bắt các kỹ sư phải dựng ngược một chi tiết đã mòn thành file CAD, hệ thống của FormAlloy có thể quét trực tiếp chi tiết và tự động tạo đường chạy. Từ đó, máy bắt đầu đắp vật liệu để đưa chi tiết trở lại kích thước theo yêu cầu, mà không cần bất kỳ việc dựng mô hình thủ công nào.

Hệ quả của điều này rất đáng kể. Ví dụ, các cánh tua-bin vốn rất tốn kém để thay thế, và hiện thường được sửa bằng các quá trình hàn thủ công, nơi các kỹ sư có tay nghề bồi vật liệu bằng tay để đạt dung sai. Giải pháp của FormAlloy tự động hóa quy trình này.

Lang chia sẻ, “Rất nhiều khi các chi tiết được sửa chữa bằng phương pháp hàn thủ công. Vì vậy có người hàn thủ công, rồi cố gắng bồi lại cho đạt dung sai. Giống như người thợ đó biết ‘tôi phải đắp 10 lớp’ hoặc ‘tôi phải đắp 20 mm’, chúng tôi cũng phải truyền cho máy biết điều đó. Chúng tôi phải cho máy biết kích thước cần đạt.”

Ứng phó với biến đổi

Trong một buổi trình diễn trực tiếp, Lang cho thấy hệ thống xử lý một dãy gồm bốn cánh tua-bin, trong đó một chiếc được đặt sai vị trí. Mục đích là chứng minh hệ thống không giả định tính đồng nhất. Mỗi cánh được quét riêng, và hệ thống tạo một đường chạy độc lập cho từng chiếc, tính tới các khác biệt về kiểu mòn, hình học, vị trí và nhiều yếu tố khác.

Tuy nhiên, Lang nhắc rằng, đối với các ứng dụng nơi các chi tiết đồng nhất (chẳng hạn như phủ lớp lên các chi tiết mới), hệ thống có thể sao chép một đường chạy cho toàn bộ dãy, dùng máy quét chủ yếu để cân chỉnh và phát hiện chi tiết.

Chứng nhận

Có lẽ điểm mang tính kỹ thuật tinh vi nhất mà Lang nêu là hình học chỉ là một phần nhỏ trong các yêu cầu. Bên cạnh đó, một phần quan trọng khác của phương trình là giữ các dung sai theo quy định, điều không thể xem nhẹ. Một chi tiết có ích gì nếu nó không hoạt động đáng tin cậy trong ứng dụng thực tế?

{{REC}}

Lang cho rằng chính sự khác biệt này là điểm mà nhiều quy trình sửa chữa bị thiếu sót. Và đó là điều khiến FormAlloy khác biệt so với đối thủ.

“Bạn cũng cần xem xét kích thước, hình dạng và nhiệt độ của vùng nung chảy mà bạn tạo ra và giữ chúng rất đồng nhất, vì chính điều đó giữ cho tính chất vật liệu ổn định,” bà giải thích. “Hiệu năng của chi tiết phụ thuộc vào cách nó được chế tạo và những gì xảy ra với gradient nhiệt trong chi tiết và tốc độ nguội. Và những yếu tố đó là điều chúng tôi kiểm soát để đảm bảo không chỉ nhìn giống nhau mà còn hoạt động giống nhau.”

Điều này, cùng với DED Smart Control của công ty, khiến các chi tiết do sản phẩm của FormAlloy chế tạo dễ được chứng nhận hơn. Thực tế, công nghệ Smart Control này có thể được dùng trực tiếp trong quá trình chứng nhận, thu thập thông tin về gradient nhiệt, kích thước dải mối hàn, và tốc độ làm nguội để đảm bảo tính chất vật liệu giống hệt với bản gốc.

Luồng công việc mới

FormAlloy đang đưa ra một luận điểm thuyết phục mà ngành sản xuất phụ gia công nghiệp đã bỏ qua trong nhiều thập kỷ. Trước đây, đổi mới phần lớn bắt đầu từ chính quy trình in, nhưng nếu mô hình không tồn tại thì sao?

Bằng cách đổi mới bắt đầu từ chính chi tiết, và kết hợp khả năng quét-để-in với chế tạo chi tiết dựa trên dữ liệu, FormAlloy đang nén một quy trình nhiều ngày thành chỉ vài giờ.

Nhờ đó, FormAlloy đang tiến tới một tương lai, nơi công nghệ sản xuất phụ gia ưu tiên phục hồi thông minh thay vì các bản in hoàn hảo. Và đối với các công ty chú trọng lợi ích lâu dài, điều này mới là quan trọng hơn.