Cải tiến sản xuất với Máy quét 3D và Phần mềm Geomagic Control X

Quét 3d và kiểm tra các chi tiết được gia công sản xuất CNC, in 3d kim loại và sản phẩm đúc mẫu chảy hỗ trợ bởi in 3d. Giúp giảm chi phí, hạn chế tối thiểu phải làm đi làm lại và cải thiện độ chính xác và chất lượng. Trong bài viết này, chúng tôi giới thiệu chi tiết về giải pháp đo 3d tích hợp giữa phần mềm Geomagic Control X và máy quét 3d.

Thách thức kỹ thuật

Khi một công nghệ sản xuất Mới phát triển. Những thách thức kỹ thuật Mới sẽ nảy sinh, làm sao để sản xuất sản phẩm tốt nhất có thể. Thông thường, một nhà sản xuất theo hợp đồng phải điều chỉnh quy trình một cách đáng kể trong lần đầu tiên. Họ cố gắng điều chỉnh sản xuất để hiểu các yếu tố như co rút, hoàn thiện bề mặt và sai số lặp lại.

Sản xuất bồi đắp (AM) hay còn gọi là in 3d kim loại cũng không ngoại lệ. Các công cụ để theo dõi kiểm tra sai số cho phương pháp sản xuất này đã bị tụt lại phía sau (lạc hậu). Điều đó hiện đang thay đổi.

Hầu hết các hàng hóa được sản xuất theo một quy trình chung thông qua vòng đời của chúng. Thiết kế, sản xuất, kiểm tra là một cách tổng quát để xem xét quy trình, các bước công nghệ và trách nhiệm. Mỗi phần đều là chìa khóa quan trong cho sản xuất chất lượng cao. Tùy thuộc vào độ phức tạp và tính chất của sản phẩm cần sản xuất. Quy trình làm việc thực tế có thể có nhiều vòng điều chỉnh và phản hồi.

Ví dụ về quy trình làm việc sau đây cho thấy cách máy quét 3D và phần mềm Geomagic Control X cùng nhau cung cấp khả năng sao chép dữ liệu sản xuất thực tế và phân tích hình dạng tổng thể trên các mẫu đúc sáp in 3D và các bộ phận đúc ở tất cả các giai đoạn trong thiết kế, chứng minh và quy trình sản xuất.

Các máy quét 3D trên thị trường, loại chuyên dùng cho kiểm soát chất lượng thường phải có độ phân giải cực cao. Vượt trội trong việc chụp 3d chính xác các vật thể nhỏ và các chi tiết phức tạp để kiểm tra kích thước.

Máy quét 3d

Với hoạt động plug-and-play, và khả năng thiết lập chu trình quét 3d tự động. Máy quét 3d C500 của Solutionix quét các đối tượng một cách dễ dàng. Không cần chuẩn bị phức tạp, cũng không cần đào tạo người dùng một cách chuyên sâu. Cho phép khách hàng số hóa 3d các sản phẩm ở bất cứ địa hình nhà xưởng.

Phần mềm Geomagic Control X

Phần mềm Geomagic Control X từ 3D SYSTEM của Hoa Kỳ. Là một phần mềm đo lường công nghiệp cho phép phân tích nguyên nhân gốc (RCA) và hiệu chỉnh cho sản xuất. Geomagic Control X là một giải pháp lý tưởng cho đo lường với các thiết bị đo 3d. Với Geomagic Control X, mọi người trong tổ chức của bạn có thể đo kiểm nhanh hơn, thường xuyên hơn, từ mọi nơi và đặc biệt là đo 3D toàn diện bề mặt.

Giải pháp tổng thể 3d ở trên cung cấp một cái nhìn sâu sắc độc đáo về các sản phẩm đạt chất lượng trong một quy trình sản xuất phức tạp. Kết quả là, cải thiện cực lớn trong chất lượng sản phẩm hoàn thiện. Độ chính xác và độ chính xác lặp lại được tăng cao.

Thiết kế

Để ví dụ về quy trình của giải pháp này, chúng tôi sử dụng một dự án có thực của khách hàng. Trường hợp này, khách hàng đã phát triển một chiếc xe chuyên dụng, tự lái, xe hạng nhẹ. Để tăng tốc thời gian tiếp thị, họ đã chọn và kết hợp một loạt các thành phần và hệ thống từ các phương tiện trên thị trường. Và hoàn thành một nguyên mẫu chế thử hoạt động được.

Trong quá trình này, họ đã tìm thấy một tay lái cụ thể gần giống với ý tưởng thiết kế. Có giá trị cho dự án và họ cần số hóa 3d để họ có thể sửa đổi và sản xuất nó bởi một vật liệu nhẹ. Để bắt đầu công việc, họ đã quét 3D và thiết kế ngược bằng phần mềm Geomagic Design X.

Thông thường, khách hàng sẽ mô hình hóa 3d theo hai phương pháp. As-built (chính xác 100% theo mẫu) hoặc Design-intent (hợp lý chế tạo sản xuất). Kết hợp cả hai khái niệm này để mang lại kết quả mô hình CAD 3D có cả tính năng kích thước chuẩn cũng như bề mặt NURB có độ chính xác cao.

Sử dụng chiến lược này, họ đã hoàn thành mô hình trong vòng 1,5 giờ và được chuyển trực tiếp sang SOLIDWORKS dưới dạng CAD.

Tạo mẫu

AM – Sản xuất bồi đắp đã được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và ô tô. Để tạo ra các mẫu đúc bốc hơi (đúc mẩu chảy) trong nhiều thập kỷ. Với những tiến bộ gần đây trong in 3D. Các nguyên mẫu ở cấp độ công nghiệp có thể được in bằng sáp hoặc polymer với chi phí thấp. Hoạt động trơn tru trong quá trình đúc mẫu chảy hay còn gọi là đúc vỏ mỏng.

3D System nhìn thấy sự chấp nhận nhiều hơn của việc sản xuất nguyên mẫu ít phụ thuộc công cụ. Hãng tiếp tục phát triển công nghệ sao cho dễ tiếp cận hơn, nhanh hơn và chính xác hơn.

Sau khi hoàn thiện sản phẩm in, chúng tôi đã sử dụng cùng một máy quét 3D để quét hai mẫu in. Hệ thống máy quét 3d cho phép tham chiếu hình dạng bề mặt. Và đồng thời màu sắc trên sản phẩm (màu sáp xanh lục, màu trắng vật liệu đỡ) cho phép kỹ thuật viên quét của chúng tôi có thể chụp 3d các mô hình một cách trơn tru bằng cách sử dụng Geometry + Texture alignment.

Phần mềm Geomagic Control X, cho phép nhập trực tiếp dữ liệu 3D gốc và dữ liệu scan 3d để kiểm tra từng sản phẩm. Các yếu tố kiểm tra như: dung sai kích thước, dung sai hình học, bề dày.

Biết rằng chúng tôi sẽ quét 3d và kiểm tra lặp đi lặp lại nhiều lần đối với cùng một sản phẩm. Thế nên, để tối ưu hoá quy trình, chúng tôi có thể thiết lập một chương trình mẫu scan 3d tự động trên máy C500. Và một chương trình mẫu kiểm tra chi tiết bằng Geomagic Control X. Cả hai chương trình làm việc đều được liên kết trực tiếp đến một folder lưu dữ liệu trên máy chủ.

Hệ thống sẽ tự động theo dõi folder máy chủ, tự động thu nhặt dữ liệu scan 3d mới và thả từng tệp STL mới vào Geomagic Control X và quá trình kiểm tra đánh giá sẽ tự động tiếp tục, theo đó các báo cáo lặp lại, chất lượng cao.

Chúng tôi thấy rằng, nói chung, tất cả các khu vực có độ lệch gia công đều nằm trong dung sai đúc. Nhưng các khu vực bề mặt dạng tự do (freeform) có xu hướng nằm ngoài dải dung sai. Chúng tôi tin rằng điều này tương quan đúng với các giả định của chúng tôi rằng các khu vực bề dày lớn sẽ giữ nhiệt và có khả năng biến dạng khi làm mát.

Phân tích toàn diện bằng Control X trong giai đoạn này đã giúp chúng tôi rút ra một số kết luận. Rằng in 3D với mẫu sáp không chỉ hiệu quả hơn về chi phí mà còn đảm bảo kích thước sau khi xử lý nguội.

– Sử dụng vật liệu đã giảm khoảng 35%.
– Chi phí vật liệu đã giảm khoảng 27%.
– Sự tuân thủ tổng thể với dung sai đã tăng khoảng 10%
– In 3d infill dễ đạt dung sai kích thước hơn
– In 3d solid wax khó đạt dung sai kích thước hơn
– Nhưng sự ổn định kích thước dài hạn ở nhiệt độ phòng, thì tốt hơn đối với in 3d solid wax.

Đúc

Đúc mẫu chảy là một phương pháp sản xuất đáng tin cậy có từ 5.000 năm trước. Và đã được khởi động trong ngành sản xuất công nghiệp toàn cầu. Kể từ buổi bình minh của cuộc cách mạng công nghiệp vài trăm năm trước.

Các khách hàng tích cực tham gia thử nghiệm kết quả. Và lặp lại quy trình có thể mong đợi đạt được đầu ra chất lượng cao hơn đáng kể. Họ điều chỉnh hình dạng sản phẩm của họ để đạt tính ổn định cao trong quá trình đúc.

Co ngót là kết quả được biết đến của quá trình đúc. Thông thường, một xưởng đúc cung cấp cho khách hàng một số hướng dẫn để bù cho độ co ngót đã biết đối với một vật liệu cụ thể. Do sự phức tạp hình học và được kết hợp bởi quá trình đúc vật lý, người ta thường thấy sự co rút không đồng đều với hầu hết các bộ phận.

Trong quá trình đúc cho khớp tay lái, chúng tôi đã nghiên cứu tỷ lệ hao hụt phù hợp với mô hình và vật liệu. Sau khi tham khảo ý kiến với cơ sở đúc, tỷ lệ đồng nhất 2% được đề xuất để tạo ra một sản phẩm chính xác. Để nghiên cứu ảnh hưởng của việc quét 3D và hệ số tỷ lệ chính xác có thể có đối với độ chính xác của sản phẩm cuối. Chúng tôi đã tạo ra một mẫu sáp với hệ số tỷ lệ 2% như được tư vấn và cung cấp cho xưởng đúc.

Kiểm soát chất lượng

Thông qua chức năng kiểm tra nhanh toàn diện bề mặt. 3D SYSTEM tiếp tục kiểm tra các vật đúc để xác minh hệ số co rút nào sẽ đạt được dung sai kích thước.

Bên cạnh đó, việc kiểm tra kỹ hơn bằng công cụ so sánh mặt cắt trong Geomagic Control X. Đã chỉ ra một số khu vực rõ ràng trong đó, việc áp dụng tốt hơn hệ số co rút có thể cải thiện độ chính xác tổng thể của sản phẩm hoàn thiện.

Với sự kiểm tra cuối cùng về mẫu bù chính xác, chúng tôi có thể rút ra một số kết luận về quy trình từ nguyên mẫu đến thành phẩm (pattern-to-part):

– Hệ số co rút chính xác cung cấp kết quả vượt quá mong đợi của xưởng đúc.
– Rút ngắn thời gian, số lần điều chỉnh đúc (hệ số co rút). Hiệu suất tăng 14%.
– Cắt giảm ít nhất một nguyên công gia công sau đúc, bởi sự gia tăng độ chính xác.
– Tổng chi phí sản xuất trên một thành phẩm đã giảm.
– Chúng ta có thể phân tích trong tương lai để xem liệu có thể nâng cao độ chính xác hơn nữa. Để giảm gia công sau đúc hay không.

Kết luận

Hiệu quả là chìa khóa để duy trì lợi nhuận và giảm phế phẩm trong chu kỳ sản xuất. Với máy quét 3d Solutionix C500 và Geomagic Control X, chúng tôi có thể cải thiện chất lượng tổng thể của sản phẩm được sản xuất. Bằng cách phân tích từng giai đoạn trong quy trình với các chu kỳ điều chỉnh và lặp lại tối thiểu nhất. Giảm làm lại và phỏng đoán, tiết kiệm thời gian và tiền bạc.

Thời gian nhanh hơn để tiếp thị sản phẩm ra thị trường là những lợi ích chính của việc sử dụng một giải pháp kiểm tra 3d tổng thể. Mà trong đó, phần mềm đo lường công nghiệp và quét 3D chất lượng cao chiếm vai trò quan trọng.

3D SYSTEM Hoa Kỳ
Biên dịch 3D Smart Solutions