Các công nghệ chế tạo kim loại mới nhất hiện nay

Ngành chế tạo kim loại ngày càng phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến nhảy vọt trong những năm gần đây. Hơn nữa, hàng loạt công nghệ chế tạo kim loại mới được áp dụng trong quá trình gia công đã giúp việc sản xuất hiệu quả hơn với độ chính xác cao, tối ưu chi phí và chế tạo các sản phẩm có thiết kế phức tạp, độc đáo.

Bên cạnh đó, với những áp lực cạnh tranh gay gắt từ thị trường trong thời điểm hiện tại, hãy cùng RX Tradex cập nhật “Các công nghệ chế tạo kim loại mới nhất hiện nay” để cải thiện lợi thế kinh doanh, hướng đến sản xuất bền vững trong tương lai.

Top 7 công nghệ chế tạo kim loại mới nhất hiện nay

1. Công nghệ chế tạo kim loại Robot tự động hóa và cộng tác.

Robot tự động hóa là việc ứng dụng các hệ thống điều khiển tự động, cơ khí tự động hóa như: Máy tính hay các loại Robot công nghiệp (cánh tay Robot, Robot cộng tác) để điều khiển máy móc, cũng như vận hành quá trình sản xuất một cách tự động. Nhờ vào đó, con người sẽ tham gia rất ít vào quá trình sản xuất.

Ứng dụng của công nghệ chế tạo Robot tự động hóa:

• Robot giúp hỗ trợ tạo các chi tiết và linh kiện ô tô như: Khung sườn xe, gầm, cánh cửa, taplo,…
• Sửa chữa các tải máy, phay, khoan, vật liệu đúc để rót kim loại nóng chảy,…
• Hàn điểm, hàn hồ quang, hàn MIG (Metal Inert Gas), hàn laser,…
• Cắt laser, cắt plasma, cắt tia nước,…
• Robot gắp sản phẩm.
• Robot sơn, phủ kim loại,…

Những ưu điểm của công nghệ chế tạo kim loại Robot tự động hóa:

• Chúng có thể hoạt động 24/24 trong một ngày, liên tục trong một tuần, tháng hay cả năm.
• Robot có thể thay thế con người để hoạt động trong những môi trường nguy hiểm, thực hiện những  công việc nặng nhọc và đòi hỏi tính chuẩn xác cao, ít sai số.
• Giúp giảm sai sót và đảm bảo chất lượng thành phẩm sẽ đồng đều hơn.
• Giảm thiểu nguồn nhân lực, chi phí vận hành và các chi phí liên quan nguồn lao động.
• Robot tự động hóa được lập trình để thực hiện các thao tác mới mà không cần qua đào tạo hay hướng dẫn, nhờ đó giúp quy trình sản xuất trở nên linh hoạt hơn.

Nhược điểm của công nghệ Robot tự động hóa:

• Nguy cơ bị rò rỉ thông tin cao do hệ thống được điều khiển bằng máy tính. Khi hệ thống bị tấn công, quá trình sản xuất sẽ bị đình trệ và gây ra những thiệt hại nghiêm trọng.
• Khó vận hành, chi phí bảo dưỡng cao.
• Việc ứng dụng Robot tự động đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất cao.

2. In 3D kim loại và sản xuất bồi đắp.

In 3D kim loại và sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing, AM) là phương thức chế tạo sản phẩm bằng cách “đắp” từng lớp vật liệu lên nhau, mô phỏng theo thiết kế đã được vẽ sẵn trên phần mềm CAD. Qua đó, có thể tạo ra các bộ phận kim loại, khuôn đúc, nguyên mẫu một cách nhanh chóng và tiết kiệm chi phí. Công nghệ chế tạo kim loại mới này cho phép tạo ra các hình dạng và hình học phức tạp, khó sản xuất ngay cả trong ứng dụng các phương pháp chế tạo kim loại truyền thống. Hiện nay công nghệ in 3D kim loại có 2 dạng chính là: DMLS và SLM. Một vài loại vật liệu in 3D thường được sử dụng phổ biến trong in kim loại gồm có: Thép, titan, siêu hợp kim, đồng, nhôm,…

Ứng dụng của công nghệ chế tạo kim loại In 3D:

• Ứng dụng trong cắt giảm phế liệu, chế tạo các mô hình có hình dạng phức tạp và tạo nhanh mẫu thử theo yêu cầu, khung xe đạp,…
• Sản xuất thử nghiệm các thiết kế, tạo mẫu và một số công cụ, bộ phận lắp ráp,…
• Chế tạo các mô hình giải phẫu trên bộ phận cơ thể người như: Răng, xương, mảnh hộp sọ, mắc cài,…
• Các dụng cụ phục vụ cho dạy học như: Mô hình sinh học, bộ phận cơ thể người: Xương, răng, tai giả, các mô hình toán học, kỹ thuật,…
• Chế tác kim hoàn gồm: Khuôn nhẫn cho nữ, khuôn chế tác vòng tay, dây chuyền,….

Ưu điểm của In 3D kim loại:

• Tốc độ chế tạo sản phẩm nhanh.
• Chi phí đầu tư sở hữu, chi phí sản xuất và nguyên vật liệu của công nghệ thấp.
• Công nghệ này có thể in các sản phẩm có cấu tạo hình học phức tạp mà không cần sự hỗ trợ của giá đỡ.
• Dễ dàng sử dụng và bảo trì, bảo dưỡng.
• Chế tạo ra các sản phẩm đa dạng từ vật liệu, khối lượng, màu sắc và kích thước với các tỷ lệ khác nhau.

Nhược điểm của In 3D kim loại:

• Bị hạn chế trong việc ứng dụng để lắp ghép chi tiết phức tạp vì độ chính xác chưa cao.
• Bề mặt sản phẩm in không có độ mịn và khả năng chịu lực không đồng đều.
• Kích thước của đối tượng in bị hạn chế.
• Chi tiết hoặc độ phân giải của sản phẩm kim loại còn bị giới hạn.
• Độ bền của sản phẩm được in cũng hạn chế.

3. Tự động hóa với máy CNC.

Công nghệ (CNC) là một phần không thể thiếu trong ngành chế tạo kim loại ngày nay, máy CNC cũng yêu cầu ít người vận hành hơn so với máy công cụ truyền thống. Chúng hoạt động dựa trên việc điều khiển các máy móc bằng máy tính với mục đích sản xuất các bộ phận kim khí phức tạp, sử dụng các chương trình viết bằng ký hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G-code.

Ứng dụng của công nghệ CNC:

• Các bộ phận của ô tô như bánh răng, tua bin, lưới tản nhiệt, mâm xe, cửa, tay nắm,…
• Điêu khắc trang trí và nội thất như: Vật phẩm trang trí, trang trí con tiện, vách slatwall, vách CNC 2D, vách CNC 3D, điêu khắc,…
• Linh kiện điện tử gồm: Bảng mạch, bộ phận tản nhiệt,…
• Dụng cụ phẫu thuật, chỉnh hình, nha khoa,…
• Tuabin máy bay, khung máy, vỏ máy,…

Ưu điểm của công nghệ chế tạo kim loại CNC_:_

• Có thể thay thế hoàn toàn các công đoạn sản xuất truyền thống theo nguyên lý hoạt động được thiết kế sẵn.
• Tạo ra những thành phẩm có tính đa dạng cũng như thẩm mỹ cao.
• Giảm thiểu tối đa việc phụ thuộc vào người lao động trong khi chất lượng và sản lượng vẫn luôn được đảm bảo.
• Giúp sản xuất nhanh hơn tương ứng với việc hoàn thành các đơn hàng theo tiến độ tốt nhất.
• Hoạt động theo những thiết kế có sẵn qua máy tính, với độ chính xác cao (sai số nhỏ tới 0,001 mm). [1]
• Nhiều tính năng như: Tạm dừng, tăng giảm tốc độ, điều chỉnh nông sâu,…

Nhược điểm của công nghệ CNC:

• Giá máy áp dụng công nghệ CNC cao hơn rất nhiều so với máy móc truyền thống.
• Giá thành bảo dưỡng, bảo trì máy công cụ khá cao.
• Việc vận hành máy cũng khó khăn.
• Tốn nhiều thời gian, chi phí để đào tạo nhân lực thay thế người điều khiển.

4. Internet vạn vật (IoT).

Công nghệ Internet of Things (IoT) đang trở thành một công nghệ chế tạo kim loại mới quan trọng trong việc kiểm soát những thiết bị chế tạo kim loại. Các cảm biến IoT có thể được tích hợp vào máy móc để cung cấp dữ liệu thời gian thực và giám sát hiệu suất, cách sử dụng của thiết bị. Dữ liệu này có thể được phân tích để tối ưu hóa việc vận hành, giúp tăng hiệu quả và tiết kiệm chi phí. IoT còn có thể giúp doanh nghiệp giám sát và điều khiển từ xa, cho phép cải thiện quy trình sản xuất linh hoạt hơn và tăng khả năng cộng tác giữa các chi nhánh hoặc công ty khác nhau.

Ứng dụng của IoT:

• Tạo ra một hệ thống cảm biến giúp cho đội ngũ người quản lý, giám sát có thể phát hiện những sự cố sắp xảy ra ở trong quy trình gia công kim loại.
• Phát hiện ra được những lỗi sai có thể xảy ra trong quá trình sản xuất, chế tạo,…

Ưu điểm của công nghệ chế tạo kim loại IoT:

• Tự động hóa giúp giám sát thiết bị tốt hơn, tạo ra sự đồng đều trong quá trình sản xuất và duy trì chất lượng dịch vụ.
• Thu thập đầy đủ những thông tin cần thiết để dễ dàng tra cứu và ra quyết định.
• Công nghệ cho biết chính xác số lượng vật tư hoặc kim loại và cũng có thể cung cấp thêm thông tin cần thiết.
• Công nghệ này cho phép lặp đi lặp lại những nhiệm vụ tương tự mỗi ngày. Từ đó, giúp doanh nghiệp giảm thiểu thời gian vào những công đoạn không cần thiết.

Nhược điểm của Internet vạn vật:

• Các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau sẽ được kết nối với nhau, vấn đề tương thích giữa chúng vẫn gặp khó khăn.
• Các tính năng khác nhau trong phần mềm hoặc phần cứng có độ phức tạp lớn, cần tìm hiểu kỹ để tránh gây ra hậu quả nghiêm trọng.
• Quyền riêng tư, bảo mật thấp.

5. Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) và gia công kim loại có sự trợ giúp của máy tính (CAM).

Việc sử dụng phần mềm Computer-Aided Design (CAD) và Computer-Aided Manufacturing (CAM) trong chế tạo kim loại đang ngày càng trở nên phổ biến. Công nghệ chế tạo kim loại CAD/CAM giúp các nhà thiết kế và kỹ sư tạo ra các mô hình 3D chi tiết, chính xác của các bộ phận hoặc sản phẩm theo nhu cầu. Những mô hình trong gia công kim loại được mô phỏng và thử nghiệm trước khi bắt đầu đưa vào chế tạo thực tế, giúp giảm nguy cơ sai sót và tránh lãng phí nguyên, nhiên vật liệu.

Ứng dụng của CAD/CAM:

• Chế tạo mới các chi tiết máy phức tạp, chế tạo mẫu khuôn đúc, chế tạo mẫu nhanh,…
• Sản xuất linh kiện điện tử; thiết bị, dụng cụ trong y học và in 3D,…

Ưu điểm của CAD/CAM:

• Các bộ phận kim loại được sản xuất hoàn hảo hơn.
• Tạo ra sự tối ưu hóa cho quy trình sản xuất, nâng cao sản lượng.
• Cho phép người dùng thiết kế nhanh hơn, quản lý dự án, mô phỏng và làm việc nhanh hơn.
• Phần mềm CAD/CAM cung cấp các chức năng mô phỏng mạnh mẽ, cho phép kiểm tra trực quan quá trình gia công. Lỗi sai hỏng và phế liệu được hạn chế thấp nhất.
• Rút ngắn thời gian từ thiết kế đến chế tạo sản phẩm,; đáp ứng nhanh yêu cầu của thị trường, năng suất cao; độ chính xác gia công cao, thuận lợi cho việc tự động hóa sản xuất.
• Trực quan hơn vì cho phép ta quan sát mô hình ở góc nhìn 3D với rất nhiều cách quan sát khác nhau.
• Lưu và tái sử dụng các bản vẽ dễ dàng hơn bằng đĩa cứng hay CD.

Nhược điểm của công nghệ chế tạo kim loại CAD/CAM:

• Cần nhiều thời gian để đào tạo nguồn lực.
• Chi phí triển khai, bảo trì và bảo dưỡng các phần mềm CAD/CAM cao.
• Tốn nhiều thời gian và chi phí cho việc chuyển các bản vẽ cũ bằng tay sang các công nghệ CAD/CAM.

6. Công nghệ số hóa.

Các doanh nghiệp cần tận dụng số hóa (Embracing Digitisation) trong ngành chế tạo kim loại. Số hóa là quá trình chuyển đổi thông tin như: Hình ảnh, bản vẽ,… của các thiết bị thành định dạng kỹ thuật số để máy tính có thể đọc được. Dữ liệu số hóa thường ở dạng số nhị phân, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý bằng máy tính kỹ thuật số và các hoạt động khác.

Ứng dụng của số hóa trong gia công kim loại:

• Chế tạo các cảm biến áp suất, đầu đo nhiệt độ, hành trình và nồng độ.
• Camera chụp tự động, các cơ cấu chấp hành như: Động cơ, van, xylanh thủy lực khí nén, thiết bị đóng cắt, các thiết bị chỉ báo như: Bảng LED, LCD,…
• Sử dụng trong các nhà máy giấy để quản lý sản xuất hàng loạt, cũng như kiểm soát thiết bị đo đạc, thiết bị nhà máy hoặc các thiết bị khác,…

Ưu điểm của công nghệ chế tạo kim loại số hóa:

• Tối giản hóa và giảm chi phí quản lý, vận hành.
• Cập nhật nhanh chóng và chính xác nhờ hệ thống thông tin, báo cáo thông suốt, kịp thời.
• Tạo ra nhiều sản phẩm, dịch vụ mới.
• Nâng cao hiệu quả hoạt động và tính cạnh tranh của doanh nghiệp.
• Tích hợp các bản vẽ hoặc hình ảnh thông thường vào một dạng số hóa, loại bỏ các dư thừa và rút ngắn chuỗi truyền thông.

Nhược điểm của số hóa:

• Công nghệ chế tạo kim loại mới có chi phí đầu tư lớn.
• Số hóa thường được thực hiện theo từng bước, thực hiện một vài lĩnh vực tại một thời điểm thay vì thực hiện mọi quá trình sản xuất cùng lúc.

7. Các vật liệu nâng cao.

Vật liệu nâng cao có độ bền và tính linh hoạt lớn. Việc sử dụng các vật liệu tiên tiến này trong chế tạo kim loại cho phép các doanh nghiệp sản xuất các bộ phận và sản phẩm với các đặc tính được cải thiện, chẳng hạn như: Tăng độ bền, nhẹ, khả năng chống ăn mòn và nhiệt được cải thiện, bao gồm:

• Thép cường độ cao: Những loại thép này có cường độ năng suất và độ bền kéo cao hơn so với thép truyền thống, cho phép sản xuất các bộ phận mỏng hơn và nhẹ hơn.
• Hợp kim nhôm: Những hợp kim này có mật độ thấp hơn thép, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng nhẹ như: Hàng không vũ trụ và phụ tùng ô tô. Chúng cũng có khả năng chống ăn mòn tốt và tính dẫn nhiệt cao.
• Hợp kim titan: Những hợp kim này nhẹ, có độ bền tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn cao.
• Hợp kim đồng: Hợp kim đồng có tính dẫn điện, dẫn nhiệt và chống ăn mòn tốt.
• Vật liệu tổng hợp: Được làm từ sự kết hợp của các vật liệu khác nhau như sợi, gốm và kim loại. Những vật liệu này có các đặc tính độc đáo có thể được điều chỉnh cho phù hợp với các ứng dụng cụ thể: Độ bền cao, trọng lượng nhẹ và khả năng chống ăn mòn,…

Ứng dụng của công nghệ vật liệu nâng cao trong chế tạo kim loại:

• Chế tạo vỏ động cơ tên lửa, vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ,…
• Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp,..
• Vật liệu sửa chữa, nâng cấp công trình dân dụng và công nghiệp, các kết cấu công trình cầu cảng,…

Ưu điểm của công nghệ vật liệu tiên tiến:

• Tăng năng suất, vì công nghệ chế tạo kim loại mới này có khả năng lao động bền lâu. Vốn đầu tư nhanh chóng thu hồi.
• Dễ dàng lên kế hoạch bảo dưỡng và thay thế vật tư, sắp xếp phương án dự trù, tính toán được thời gian làm việc của cả dây chuyền sản xuất vật liệu xây dựng.

Nhược điểm của vật liệu cao cấp:

• Người giám sát cần hiểu được cách hoạt động công nghệ của dây chuyền. Đảm bảo đọc được những thông số thể hiện trên màn hình hiển thị.
• Chi phí cao hơn vật liệu truyền thống.

Tổng kết.

Hiểu rõ các công nghệ chế tạo kim loại mới nhất hiện nay giúp doanh nghiệp nắm bắt được những tiến bộ về các công nghệ, giải pháp tiên tiến của ngành chế tạo kim loại nói riêng và ngành cơ khí nói chung. Ngoài ra, doanh nghiệp có thể tham gia Triển lãm Quốc tế hàng đầu về ngành cơ khí sản xuất như Triển lãm METALEX Việt Nam 2023, do công ty RX Tradex tổ chức giúp cập nhật và ứng dụng hiệu quả các công nghệ, giải pháp chế tạo kim loại mới nhất hiện nay. Bên cạnh đó, nhằm mang đến môi trường kết nối nhiều doanh nghiệp và trao đổi kinh nghiệm hiệu quả, RX Tradex còn tổ chức các triển lãm quốc tế hàng đầu như: Vietnam Manufacturing Expo, NEPCON Vietnam trong năm 2023 và Waste and Recycling Vietnam.

Chú thích:

[1] Độ chính xác của máy CNC.