Tạo mẫu sản phẩm như thế nào?
Tạo mẫu sản phẩm thường diễn ra khi nào?
- Diễn ra sau khi có ý tưởng và thiết kế concept và trước khi thử nghiệm sản phẩm
- Đôi khi, ngay lúc làm ý tưởng đã có thể tạo mẫu (sơ lược)
Tạo mẫu sản phẩm như thế nào?
Các công nghệ tạo mẫu sản phẩm
- Tạo mẫu thủ công: bằng bìa carton, xốp, thạch cao, đất sét, gỗ, composites,…
- Tạo mẫu bằng máy tính: sử dụng các phần mềm CAD 3D, hiệu ứng đồ họa, mô phỏng CAE, CFD,…
- Tạo mẫu nhanh bằng các công nghệ SLS, FDM,…
- Công nghệ in 3D
- Tạo mẫu có kèm trải nghiệm: dùng để tạo mẫu hệ thống sản phẩm đi kèm dịch vụ
Tạo mẫu sản phẩm bằng phương pháp thủ công
Kỹ thuật tạo mẫu sản phẩm bằng phương pháp thủ công được hướng dẫn trong nội dung thực hành dự án tạ
Tạo mẫu sản phẩm bằng máy tính
Kỹ thuật tạo mẫu sản phẩm bằng máy tính có thể học thông qua các khóa đào tạo chuyên biệt về CAD 3D hoặc các phần mềm đồ họa
Các công nghệ tạo mẫu nhanh
Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA (Stereolithography):
Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA (Stereolithography): chuyển mẫu sản phẩm từ dạng file 3D thành mẫu vật lý nhờ sự kết hợp sử dụng chùm tia laser, phản ứng quang hóa và phần mềm điều khiển
Công nghệ tạo mẫu nhanh SLA (Stereolithography)
- Trong công nghệ SLA này, một chùm tia laser tử ngoại được chiếu vào bề mặt thùng chứa polymer quang học dạng lỏng
- Tia laser sẽ dò theo bề mặt của part và biến lớp mỏng của polymer ở dạng lỏng thành rắn nhờ phản ứng quang hóa
- Sau khi lớp mỏng trên hóa rắn, bề mặt của part hạ xuống thấp và được phủ bằng lớp polymer lỏng. Lớp phủ mới này lại được chiếu laser và lại hóa rắn
- Quá trình trên diễn ra lặp đi lặp lại và kết quả thu được là mẫu sản phẩm dạng rắn. Vì quá trình diễn ra như trên, công nghệ này có tên là Stereolithography nghĩa như là “khắc nổi” (khác với “khắc chìm”) Các bài viết chi tiết về các công nghệ này, có thể xem trên MES Lab. tại mục “Công nghệ tạo mẫu nhanh” ở địa chỉ: http:// meslab.org/mes/forums/285
Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM (Fused Deposition Modeling)
Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM (Fused Deposition Modeling): tạo ra mẫu sản phẩm bằng cách “thêm” từng lớp, từng lớp mỏng vật liệu
Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM (Fused Deposition Modeling)
- Vật liệu dùng cho phương pháp FDM có thể là dây nhựa hoặc dây kim loại, được dẫn trong các ống và có đầu phun được gia nhiệt để làm chảy vật liệu.
- Đầu phun này có vị trí được điều chỉnh tọa độ bằng phần mềm máy tính dựa trên biên dạng hình học của mẫu 3D được in.
- Đầu phun di chuyển theo biên dạng in và “vẽ” lên sản phẩm theo từng lớp.
- Vật liệu sau đó đông đặc lại và chúng ta thu được sản phẩm ở thể rắn.
- Vật liệu cho công nghệ in FDM khá phong phú: ABS, Polycarbonate, kim loại dễ chảy… Các bài viết chi tiết về các công nghệ này, có thể xem trên MES Lab. tại mục “Công nghệ tạo mẫu nhanh” ở địa chỉ: http:// meslab.org/mes/forums/285
Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS (Selective Laser Sintering)
Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS (Selective Laser Sintering): tương đối giống với công nghệ SLA
Công nghệ tạo mẫu nhanh SLS (Selective Laser Sintering)
- Về mặt nguyên lý, công nghệ SLS tương đối giống với công nghệ SLA
- Phương pháp SLS (thiêu kết laser chọn lọc)sử dụng chùm tia laser làm tan chảy các hạt nhỏ vật liệu ở các vị trí bề mặt của part và khiến các hạt này dính kết với nhau để tạo thành khối rắn
- Các liên kết này được phát triển theo từng lớp tương tự như ở phương pháp SLA vàdần tạo thành hình dạng sản phẩm rắn nằm trong thùng đựng vật liệu dạng hạt nhỏ
- Ưu điểm cơ bản của SLS là vật liệu đa dạng: kim loại (thép, titan…), polymer (nylon), composite…
- Phương pháp này còn có thể tạo ra các mẫu sản phẩm có mật độ vật liệu cao như phương pháp gia công khác (đúc) nên mẫu làm ra có cơ tính tốt, có thể dùng để sản xuất đơn chiếc
Các bài viết chi tiết về các công nghệ này, có thể xem trên MES Lab. tại mục “Công nghệ tạo mẫu nhanh” ở địa chỉ: http:// meslab.org/mes/forums/285
Công nghệ in 3D
Công nghệ in 3D (3D printing) hay công nghệ in 3 chiều, công nghệ in lập thể là sự cụ thể hóa tên gọi của những công nghệ tạo mẫu nhanh đã nêu và đưa các công nghệ này vào những máy móc thuận tiện cho thao tác tạo hình (gọi là máy in 3D).
Máy in 3D dùng công nghệ bột
- Máy in công nghệ bột hoạt động trên nguyên tắc thêm “từng lớp” vật liệu tạo thành mẫu sản phẩm. Lớp vật liệu này được hình thành như sau: “Đầu phun” (như trong phương pháp FDM) có chứa “mực in” là loại mực có chức năng tạo màu + kết dính sẽ được di chuyển theo tọa độ điều khiển bởi phần mềm máy tính (dựa trên dạng hình học của file 3D) và phun mực in lên bề mặt khối bột (nền) bên dưới. Cứ mỗi lớp mực được “vẽ” lên bột, sẽ tạo thành một lớp bột kết dính theo các biên dạng mặt cắt của mẫu. Sau khi vẽ xong một lớp, máy sẽ phủ một lớp bột mới lên để đầu in vẽ tiếp. Cứ như thế cho đến khi in xong mẫu
- Có thể dễ dàng thấy rằng, độ mịn của chi tiết in ra phụ thuộc vào độ dày của lớp bột bổ sung mỗi lần vẽ. và chất lượng màu sắc chi tiết phụ thuộc vào mực in. Hai yếu tố này cấu thành nên độ phân giải của máy in 3D. Công nghệ in 3D có thể dùng mực của các hãng chế riêng cho máy in 3D (như của HP). Ưu điểm cơ bản của công nghệ in bột là độ phân giải tốt, màu sắc đa dạng, có thể làm mẫu lớn. Nhược điểm lớn nhất là chi phí máy móc đắt đỏ (cỡ 1 – 2 tỷ đồng VN/máy của Zcorp), chi phí vật liệu bột và mực cao (in 1 mẫu nhỏ cỡ lon Cocacola hết khoảng trên dưới 10 triệu đồng, theo giá năm 2012 tại Hàn Quốc)
Máy in 3D công nghệ FDM
- Máy in loại này dùng công nghệ FDM, nung chảy vật liệu in và vẽ các lớp trên mặt đế để tạo thành sản phẩm. Vật liệu in chocác máy in này chủ yếu là các loại nhựa. Kích thước máy khá nhỏ gọn, phần mềm dễ dùng và tốc độ in nhanh. Ngoài ra, ưu điểm khác của máy là giá máy rẻ (chỉ khoảng vài chục triệu đồng) và chi phí vật liệu in cũng rẻ. Nhược điểm cơ bản của máy in này là vật liệu in chưa đa dạng, độ phân giải bề mặt chưa cao và màu sắc kém phong phú. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ hiện nay, các vấn đề trên sẽ nhanh chóng được giải quyết. Nhiều hãng công nghệ dự đoán những chiếc máy in như thế này sẽ mở ra cuộc các mạng mới về sản xuất. Trong tương lai, sản xuất đơn chiếc giá rẻ sẽ có thể thành hiện thực và việc mua bán “file” để in tại nhà thay vì mua sản phẩm vật lý sẽ tạo nên nhiều thay đổi đáng kinh ngạc
- Có rất nhiều máy in loại này trên thị trường, cả máy thương mại và máy tự chế. Các hình sau mô tả máy in Replicator 2 của hãng Makerbot thuộc chủng loại máy thương mại. Hình chụp tại phòng thí nghiệm tạo mẫu số, nơi tác giả đang làm việc
