CAD/CAM/CAE
527

Hybrid Manufacturing – Công nghệ gia công “lai”

Đầu tiên, chúng ta sẽ bắt đầu với hai khái niệm gia công đã quen thuộc hiện nay:

Gia công cắt gọt (Subtractive Manufacturing – SM) là phương pháp gia công truyền thống trên các máy công cụ, được ra đời vào khoảng đầu thế kỷ 18, cuối thế kỷ 19. Ngày nay, với sự chính xác của các hệ thống máy CNC, độ chính xác và chất lượng của các chi tiết được sản xuất đã tăng rất nhiều. Đây cũng chính là ưu điểm của các hệ thống gia công cắt gọt, cùng với đó là khả năng gia công được số lượng lớn. Tuy nhiên, nhược điểm của các hệ thống này không tiết kiệm được vật liệu do phải bỏ đi các phần vật liệu thừa từ phôi ban đầu để tạo được hình dáng sản phẩm.

Gia công bồi đắp (Additive Manufacturing – AM) – còn được gọi in 3D – được phát triển từ những năm 80 của thế kỉ trước. Sự tiến bộ của gia công bồi đắp đã khiến cho việc chế tạo dần trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Ngày nay, với một chiếc máy in tự dựng, chúng ta có thể tự tạo cho mình những sản phẩm từ đơn giản đến phức tạp. Các phương pháp gia công bồi đắp đã rất phổ biến hiện nay như:

  • FDM (Fused Deposition Modeling) – công nghệ sử dụng nguyên liệu đầu vào là dây nhựa, kim loại được dẫn trong các ống và có đầu phun được gia nhiệt để làm chảy vật liệu, đầu phun sẽ di chuyển theo biên dạng thiết kế từng lớp xếp chồng lên nhau để xây nên hình dáng chi tiết;
  • SLA (Stereolithography) – công nghệ này cho phép chuyển nhựa từ dạng lỏng thành dạng rắn trong bể chứa nhờ phản ứng quang hóa khi chiếu chùm tia Laser vào, độ dày mỗi lớp có thể là 0.06mm nên rất chính xác;
  • SLS (Slective Laser Sintering) – công nghệ sử dụng tia Laser để hóa rắn bột nguyên liệu, có nguyên lý tương tự với phương pháp SLA. Ưu điểm của gia công bồi đắp là khả năng chế tạo các mô hình phức tạp nhanh chóng.

Nhưng nhược điểm chung của các phương pháp gia công bồi đắp là chất lượng bề mặt không cao.

Năm 2012, khái niệm “Hybrid Manufacturing” được đưa ra, miêu tả phương pháp gia công kết hợp giữa gia công bồi đắp và cắt gọt – đưa công nghệ bồi đắp vào máy CNC. Một năm sau, chiếc máy thương mại “Hybrid Manufacturing” ra đời. Một phần do thành công của công nghệ, nên tên gọi “Hybrid Manufacturing” được gắn cho các hệ thống kết hợp hai phương pháp gia công bồi đắp và cắt gọt. Nhìn chung, có thể định nghĩa “Hybrid Manufacturing” là sự kết hợp hệ thống gia công bồi đắp vật liệu (Laser Cladding) trên hệ thống gia công CNC.

Một hệ thống gia công Hybrid của Công ty Hybrid Manufacturing Techologies. Ảnh: TCT Magazine

Công nghệ Laser Cladding hay Laser Deposition (AM) được tích hợp vào máy CNC để thành hệ thống Hybrid là quy trình công nghệ dùng để thêm một vật liệu lên bề mặt một vùng được quét trước. Bột vật liệu được đắp lên bề mặt phôi thông qua một đầu phun, sau đó được nung nóng chảy bằng tia Laser với công suất từ 1 – 6kW, làm cho lớp bột kim loại trên bề mặt phôi nóng chảy, hình thành biên dạng mong muốn của chi tiết. Ưu điểm của công nghệ này là có thể đắp vật liệu vào bất cứ khu vực nào mong muốn một cách chính xác, ngoài ra còn giảm được lượng nhiệt ảnh hưởng đến các vùng lân cận của chi tiết.

Mô tả phương pháp Laser Cladding. Ảnh: FST.

Do sử dụng được đồng thời, hệ thống gia công Hybrid có thể bắt đầu quy trình gia công bằng phương pháp cắt gọt hoặc bồi đắp vật liệu. Tuy nhiên, bắt đầu bằng phương pháp bồi đắp sẽ hiệu quả hơn so với việc cắt gọt vật liệu. Để bắt đầu với Laser Cladding, hệ thống sẽ sử dụng các mã lệnh G-Code được tạo từ dữ liệu CAD, hệ thống phủ sẽ tạo lớp vật liệu đặc bằng cách phủ lên bề mặt ban đầu một lớp bột, sau đó tia Laser sẽ “hàn” chúng lại, biến chúng trở về dạng rắn. Quy trình này sẽ lặp lại đến khi nào toàn bộ mô hình được dựng lên. Sau khi khối vật liệu vừa tạo nguội đi, hệ thống gia công CNC 5 trục sẽ được kích hoạt, các quy trình gia công phay, tiện như trên máy CNC 5 trục thông thường sẽ diễn ra để tạo hình chi tiết theo yêu cầu. Hệ thống Hybrid có thể thực hiện hai quá trình này liên tục và xen kẽ nhau để tạo đặc tính mới bằng thiết bị Laser Cladding sau đó cắt gọt lại bằng hệ thống CNC để cho ra được chi tiết cuối cùng.

Thiết bị Laser Cladding (Màu đỏ) tích hợp vào ổ dao của máy CNC. Ảnh: Digital Engineering.

Hệ thống gia công Hybrid cũng có thể sửa chữa các chi tiết lỗi bằng cách sử dụng quy trình Laser Cladding để bồi đắp phần liệu bị thiếu, sau đó chuyển sang chế độ gia công bằng CNC để tinh chỉnh lại kích thước. Một cách tổng thể, nếu chi tiết bị thiếu kích thước hay bị khuyết phần nào đó, hệ thống Hybrid sẽ bồi đắp thêm bằng hệ thống Laser Cladding (như một đài gá dao trên máy CNC) để đắp thêm vật liệu, sau đó sẽ chuyển sang gia công lại bằng các loại dao cắt gọt để hoàn tất quá trình chế tạo. Hệ thống gia công Hybrid có thể đạt được hiệu quả cao hơn do có khả năng tạo ra các chi tiết phức tạp, linh hoạt nhờ việc kết hợp khả năng thiết kế tự do, phức tạp của hệ thống bồi đắp cùng với độ chính xác của hệ thống CNC. Có thể nói, hệ thống gia công Hybrid là sự kết hợp các ưu điểm của hai phương pháp gia công bồi đắp và cắt gọt.

Ưu điểm của gia công Hybrid. Ảnh: Hybridmanutech.com.

Hệ thống gia công Hybrid đang cho thấy khả năng hiệu quả trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, xe hơi hay y học. Ngoài việc tiết kiệm vật liệu, hệ thống còn thể tạo và gia công các chi tiết phức tạp với chất lượng tốt và độ chính xác cao chỉ trong một hệ thống đơn lẻ, cắt bỏ một số khâu gia công như đúc, tiện và như đã nêu ở trên, hệ thống còn có khả năng sửa, vá chi tiết. Việc sử dụng các hệ thống Hybrid đã dần trở thành xu hướng mới và các chuyên gia còn cho rằng đây có thể là một phần tương lai của ngành gia công – chế tạo.

DOne @ MES LAB

Done

Author: Done

Specialization in Mechanical Engineering, Mechanical Design & Service design

Facebook Comments
RESPONSIVE LEADERBOARD AD AREA
RESPONSIVE LEADERBOARD AD AREA

Copyright © 2017 MES LAB. Địa chỉ: Toà nhà An Lạc, 368B Quang Trung, Hà Đông, Hà Nội
Hotline: 0129.547.4020

Lên đầu trang