Trước tình hình khó khăn của chuỗi cung ứng toàn cầu hiện nay, công nghiệp đang tìm đến công nghệ in 3D như một giải pháp. Điều trước đây chỉ có trong trí tưởng tượng đang trở thành hiện thực khi in 3D đang thăng vào những khoảng trống sản xuất và giúp giảm thiểu những gián đoạn trong chuỗi cung ứng ở nhiều ngành công nghiệp trên toàn thế giới.
Mặc dù không phải tất cả sản phẩm đều phù hợp với công nghệ in 3D, nhưng hiểu cách công nghệ này hoạt động sẽ mang lại lợi ích lớn cho chiến lược sản xuất và chuỗi cung ứng của bạn. Theo Báo cáo Độ bền Chuỗi Cung ứng Hubs, mặc dù COVID-19 gây ra nhiều tác động lớn nhất trong thập kỷ qua, thiếu hụt nguyên liệu là yếu tố gây rối nghiêm trọng nhất trong năm 2021. Ngoài ra, 57% các công ty trong báo cáo tin rằng việc đa dạng hóa nguồn cung sản xuất của họ là cách tốt nhất để ngăn ngừa những gián đoạn trong tương lai.
Công nghệ sản xuất bổ sung bao gồm việc tạo ra một đối tượng bằng cách thêm từng lớp vật liệu một cách từ từ. Tương tự như cách máy in phun mực tạo ra các điểm mực riêng lẻ để tạo ra hình ảnh, máy in 3D sử dụng một tệp tin kỹ thuật số chỉ để thêm vật liệu vào nơi cần thiết.
Quá trình bắt đầu bằng việc tạo ra một kế hoạch mẫu kỹ thuật số sử dụng phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD). Khi kế hoạch mẫu đã sẵn sàng, một công nhân sẽ thu thập các sợi và nguyên liệu nguyên thô khác, đổ vào máy in, chuẩn bị nền 3D và bắt đầu máy in. Một đối tượng vật lý được in từng lớp một theo kế hoạch mẫu CAD của phần mềm cho đến khi hoàn thành. Trong các quy trình sản xuất bổ sung khác, tia electron hoặc tia laser chọn lọc làm tan chảy một lớp vật liệu bột. Khi vật liệu nguội, chúng liên kết lại với nhau để tạo thành một đối tượng ba chiều. Thời gian của quy trình in 3D phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của đối tượng, có thể kéo dài từ vài phút đến vài ngày.
Máy in 3D đầu tiên xuất hiện vào năm 1987 với giá 300.000 đô la, tương đương 650.000 đô la ngày nay. Nhưng nhờ vào các tiến bộ công nghệ, giá thành đã giảm và việc sử dụng máy in 3D trở nên dễ dàng và linh hoạt hơn.
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ nói rằng công nghệ in 3D có khả năng mang lại cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp sản xuất. Nó cho phép các công ty thiết kế và sản xuất sản phẩm theo cách mới, đồng thời giảm thiểu lãng phí nguyên liệu, tiết kiệm năng lượng và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường. Theo một báo cáo của MIT vào năm 2014, in 3D có thể giảm từ 50-90% tổng chi phí chuỗi cung ứng, với sự tiết kiệm lớn nhất từ chi phí vận chuyển khi sản xuất địa phương. Ban đầu, in 3D được coi là phù hợp cho sản xuất số lượng ít. Tuy nhiên, quan điểm này đã thay đổi với sự cải thiện công nghệ, mở ra kỷ nguyên in 3D số lượng lớn. Bây giờ, in 3D cho phép các công ty sản xuất gần như mọi thứ từ một máy in 3D duy nhất.
Các máy in 3D sử dụng các công nghệ và phương pháp in khác nhau, nhưng một báo cáo từ Deloitte liệt kê bốn quy trình in 3D phổ biến như sau:
Lớp ghép: Liên kết các tấm mảnh mỏng của kim loại hoặc nhựa bằng hàn hoặc một chất dính. Đối tượng mong muốn được cắt bằng laser hoặc lưỡi dao. Công nghệ in 3D này cũng được gọi là sản xuất đối tượng lớp ghép (LOM) hoặc sản xuất bổ sung siêu âm (UAM).
Gắn kết dạng trích xuất: Gắn kết chọn lọc vật liệu bằng cách di chuyển theo các trục X-Y và Z khi vật liệu xây dựng trên cuộn bị nóng chảy bởi một ống phun nóng. Công nghệ in 3D này thường được gọi là mô hình tạo kết dính (FDM) hoặc in phun nhựa (PJP).
Gắn kết vật liệu hạt: Kết hợp hoặc gắn kết vật liệu hạt trong một lớp bột để tạo thành một hình dạng rắn từng lớp bằng laser hoặc đầu in. Công nghệ in 3D này được sử dụng trong quá trình nấu chảy bằng laser chọn lọc (SLM), quá trình nấu chảy bằng laser kim loại trực tiếp (DMLS), quá trình nấu chảy bằng tia điện (EBM) và phun chất kết dính.
Sự đóng cứng bằng ánh sáng polymer: Sử dụng ánh sáng tia cực tím để chuyển đổi giọt chất nhựa hoặc nhựa lỏng thành một hình dạng rắn thông qua quy trình đóng cứng. Một số quy trình in 3D sử dụng công nghệ này bao gồm xử lý ánh sáng kỹ thuật số, stereolithography (SLA), polyjet và chuyển đổi hình ảnh truyền phim.
In 3D cũng giúp tạo ra chuỗi cung ứng bền vững hơn. So sánh với các phương pháp sản xuất truyền thống, công nghiệp sản xuất bổ sung giúp giảm thiểu lãng phí tài nguyên theo nhiều cách, bao gồm tái chế vật liệu, giảm tiêu tốn năng lượng và giảm khí thải. Theo Tạp chí An toàn Chuyên nghiệp, các kỹ thuật sản xuất bổ sung được ước tính có hiệu quả tới 97% về nguyên liệu, so với công nghệ cắt giảm, có thể tạo ra đến 90% chất thải. Ngoài ra, Tạp chí Chính sách Năng lượng báo cáo rằng, tùy thuộc vào kịch bản, công nghiệp sản xuất bổ sung có thể dẫn đến việc giảm tiêu thụ năng lượng thế giới từ 5% đến 27% vào năm 2050.
Công nghệ in 3D và sản xuất bổ sung theo yêu cầu đang thay đổi nhanh chóng cách các sản phẩm được thiết kế, chế tạo, phân phối, bán và bảo trì. Các bộ phận trước đây chỉ được tạo ra thông qua khuôn mẫu bây giờ có thể được tạo ra thông qua in 3D khi thời gian dẫn đầu ngắn hoặc nguồn cung thông thường bị gián đoạn.
Các ứng dụng in 3D điển hình bao gồm:
Chăm sóc sức khỏe: Máy in 3D có thể tạo ra các cụm ghép, dụng cụ phẫu thuật, hệ trợ thính, chân giả và lớp veneer nha khoa.
Ngành công nghiệp ô tô và các bộ phận thay thế: Các công ty trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không sử dụng máy in 3D trong việc tạo mẫu nguyên mẫu và quy trình sản xuất của họ để nhanh chóng và kinh tế tạo ra các bộ phận và thành phần khác nhau.
Xây dựng: In 3D giúp tạo ra các mẫu nguyên mẫu và cấu trúc để hỗ trợ xây dựng cầu, tòa nhà và thậm chí các ngôi nhà gia đình đơn lẻ hoàn chỉnh.
Hàng không không gian: Các bộ phận được in 3D giúp giảm số lượng các thành phần máy bay, góp phần giảm trọng lượng bay và giảm các khoản chi phí nhiên liệu.
Ngành công nghiệp thực phẩm: Các máy in 3D đa nhiệt đang giúp các nhà sản xuất thực phẩm tạo ra các trang trí bánh phức tạp, các loại kẹo sô cô la độc đáo và các món ăn khác độc đáo. Thực phẩm được in 3D có thể được tùy chỉnh theo nhu cầu dinh dưỡng và dị ứng thực phẩm.
Trường học từ mẫu học viện đến cấp tiểu học và trung học: In 3D là một công cụ giảng dạy cho các công nghệ thiết kế và sản xuất tiên tiến.
Mặc dù việc tích hợp công nghệ in 3D vào hoạt động sản xuất đã giúp tăng sự sản xuất cục bộ và độ bền của chuỗi cung ứng, việc áp dụng còn hạn chế. Tuy nhiên, theo một cuộc khảo sát của EY vào năm 2019, 46% các công ty tin rằng công nghệ in 3D sẽ được áp dụng cho việc sản xuất các bộ phận cuối cùng vào năm 2022. Từ các nhà lãnh đạo ngành công nghiệp đến các chủ doanh nghiệp nhỏ, nhiều người đang công nhận công nghiệp sản xuất bổ sung đã giúp đẩy lùi đại dịch toàn cầu - điều này có thể là một bước ngoặt cho việc áp dụng rộng rãi hơn của công nghệ in 3D.
Trong một cuộc trò chuyện tròn về in 3D và chuỗi cung ứng của Tạp chí TCT năm 2021, các chuyên gia ngành công nghiệp ghi nhận một số lợi ích của công nghệ in 3D, bao gồm:
Giảm chi phí dụng cụ: Sản xuất bổ sung không đòi hỏi khuôn hoặc dụng cụ cắt. Tất cả người dùng cần để tạo ra một bộ phận là tệp tin thiết kế và vật liệu thích hợp, giúp tùy chỉnh và rút ngắn chu kỳ sản xuất, giúp giảm tồn kho và phế thải.
Kho hàng ảo: Kho hàng kỹ thuật số giúp tạo ra một chuỗi cung ứng linh hoạt hơn bằng cách giữ tài sản kỹ thuật số trong kho và sản xuất theo yêu cầu, thường là với công nghiệp sản xuất bổ sung, khi người mua đặt hàng.
Sản phẩm có thể tùy chỉnh hơn: Sản xuất bộ phận theo yêu cầu và kích thước lô nhỏ hơn cho phép mức độ cá nhân hóa lớn hơn để đáp ứng nhu cầu của từng khách hàng.
Tiết kiệm tài nguyên: Tính chất theo yêu cầu của công nghiệp sản xuất bổ sung giúp tiết kiệm tài nguyên bằng cách giảm lượng vật liệu sử dụng. Các vật phẩm cũng có thể được phân phối theo yêu cầu, tận dụng tốt hơn các nguyên vật liệu đã có trong hệ thống và giảm thiểu phế thải.
Yêu cầu lưu trữ nhỏ hơn: Sản xuất bổ sung theo yêu cầu giúp giảm chi phí lưu trữ vì bạn chỉ lưu trữ các vật liệu cần thiết và các sản phẩm vừa hoàn thành trong thời gian ngắn trước khi gửi đến khách hàng.
Khả năng thiết kế rộng hơn: In 3D cho phép các nhà sản xuất tạo ra các hình dạng mới và các bộ phận nhẹ hơn, sử dụng ít nguyên liệu thô hơn và yêu cầu ít bước sản xuất hơn.
Tái định cư sản xuất: Với sản xuất truyền thống, sản phẩm phải trải qua nhiều giai đoạn trước khi đến tay khách hàng cuối cùng. Ngược lại, công nghệ in 3D linh hoạt và dễ mang đi, cho phép các công ty sản xuất sản phẩm gần nhà hơn hoặc ở các khu vực trung tâm hơn.
Giao hàng linh hoạt đúng thời hạn: Máy in 3D giúp đơn giản hóa các quy trình sản xuất phức tạp, cho phép các công ty tạo ra các sản phẩm nhanh chóng và giao hàng trong thời gian ngắn nhất có thể.
Giảm chi phí lao động: Việc tự động hóa sản xuất tăng cường qua công nghệ in 3D có thể giúp giảm chi phí lao động.
Mặc dù có nhiều lợi ích của công nghệ in 3D đối với nhiều ngành công nghiệp khác nhau, công nghệ này cũng đi kèm với một số hạn chế:
Công nghệ đang tiến hóa: Các ứng dụng và chức năng của in 3D đang được khám phá và phát triển. Có nhu cầu ngày càng lớn về các tiêu chuẩn phổ quát hơn trong ngành.
Rủi ro về sở hữu trí tuệ: Kho hàng kỹ thuật số giúp tạo ra chuỗi cung ứng linh hoạt hơn; tuy nhiên, nếu một cá nhân không được ủy quyền có được các hướng dẫn kỹ thuật số để tạo ra một bộ phận, họ có thể đánh cắp tài sản trí tuệ của một công ty, ảnh hưởng đáng kể đến giá trị tổng thể của công ty.
Kích thước sản phẩm bị giới hạn: Các vật phẩm được sản xuất ở một kích thước hoặc kích thước khác nhau tùy thuộc vào khả năng của mỗi mô hình máy in 3D.
Thời gian in 3D: Quá trình in 3D có thể kéo dài từ 10 phút đến vài ngày, tùy thuộc vào kích thước của vật phẩm được in và khả năng của máy in 3D. Các bộ phận được in 3D cũng cần thời gian để làm lạnh.
Tiêu chuẩn hóa sản phẩm: Các yếu tố kỹ thuật số của in 3D đặt ra các yếu tố bổ sung để xem xét, từ việc sử dụng định dạng dữ liệu để duy trì tính nhất quán đến hướng dẫn quy trình thiết kế và sản xuất để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nhiều quốc gia không công nhận các sản phẩm được in 3D là một quy trình sản xuất chấp nhận được, do đó các ngành công nghiệp được quy định chặt chẽ có thể cần phải đợi lâu hơn trước khi áp dụng sản xuất bổ sung.
Yêu cầu kỹ năng kỹ thuật mới: Sản xuất bổ sung đòi hỏi hơn là một máy in 3D. Các công ty cũng cần những người có kỹ năng kỹ thuật cần thiết để đi cùng với nó.
![[MỚI 2023] Cách lắp đặt phụ kiện ống: Hướng dẫn chi tiết từ A-Z](https://cms.mecsu.vn/uploads/media/2023/11/anh-bia-phu-kien-ong.jpg)
