In 3D vs Gia công truyền thống

Giữa in 3D vs gia công truyền thống đã và đang là đề tài tranh luận trên toàn thế giới. In 3d có bản chất trái ngược với phương pháp gia công truyền thống trước đây bằng cách tạo ra các mô hình 3d bằng phương pháp chồng từng lớp nguyên liệu lên nhau. Theo nhu cầu phát triển của xã hội hiện đại, công nghệ in 3D đã và đang phát triển mạnh trong khoảng 10 năm trở lại đây, biến nhiều thứ tưởng chừng như không thể thành có thể và theo cách đơn giản nhất.

Tại sao lại là in 3D ?

Công nghệ in 3D áp dụng nguyên lý đắp chồng lớp để tạo sản phẩm. Nó cho phép các nhà thiết kế có thể tạo ra các mẫu thí nghiệm vật lý chính xác từ mô hình 3D CAD chỉ trong vài giờ đồng hồ. Bên cạnh đó, Công nghệ in 3D cho phép các nhà thiết kế tự do sáng tạo các chi tiết có độ phức tạp cao với chi phí thấp hơn nhiều so với các phương pháp khác.

Công nghệ SLA có khả năng tạo ra các mô hình có độ phân giải cao, sắc nét và chính xác. Tiết kiệm được nguyên liệu so với các phương pháp gia công truyền thống.

Sự trỗi dậy của Công nghệ in 3D vs gia công truyền thống

Từ năm 2012 đến hiện tại – Nhóm công nghệ chế tạo cắt gọt truyền thống: số lượng sáng chế vẫn tăng đều và ổn định, số lượng đạt 80.456 sáng chế, tăng gấp 1,3 lần so với giai đoạn đầu. Nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ này vẫn được quan tâm, nhưng với tốc độc phát triển trong lĩnh vực chế tạo mẫu hiện nay, công nghệ truyền thống vẫn chưa đáp ứng được hết nhu cầu nghiên cứu và ứng dụng của con người. – Nhóm công nghệ in 3D: giai đoạn này có sự phát triển mạnh về số lượng sáng chế, số lượng đạt 18.729 sáng chế, tăng gấp 40 lần so với giai đoạn đầu, chiếm gần 97% tổng số lượng sáng chế của công nghệ chế tạo này. Đặc biệt, số lượng sáng chế các năm 2015 đến năm 2017 tăng rất cao, số lượng sáng chế cao nhất là năm 2017 với 7.141 sáng chế cao gần gấp đôi so với năm 2016 và gấp 03 lần so với năm 2015. Qua đó, chứng tỏ công nghệ in 3D đang là hướng nghiên cứu đang được quan tâm trong giai đoạn hiện nay.

Truyền thống thì có gì sai ?

Các quy trình gia công truyền thống, theo sự phát triển của nhân loại, đã chiếm được chỗ đứng vững chắc là phương pháp tối ưu nhất khi sản xuất với số lượng lớn sản phẩm. Vai trò của sản xuất truyền thống là rất to lớn, và không thể thiếu cho sự phát triển của bất kì quốc gia nào.

Vậy thì, tại sao phải thay đổi ?

Vai trò của ngành sản xuất là không thể bàn cãi. Tuy nhiên, thực trạng ngành sản xuất nói chung đang đối mặt với những thách thức, khó khăn to lớn:

• Hao phí lên đến hơn 90% so với khối lượng vật liêu gốc.
• Không thể hoặc mất nhiều thời gian thiết kế những sản phẩm có độ phức tạp cao, rủi ro dẫn đến sai số.
• Cần nhiều nỗ lực và vật chất để thiết kế, chỉnh sửa lại sản phẩm mẫu khi cần thiết.
• Một lượng lớn nhân lực, thời gian để hoàn thành quy trình sản xuất.

Đó là lí do Công nghệ in 3D được sinh ra

Công nghệ in 3D đang thay đổi cách nhìn nhận thế giới của chúng ta, đập nát mọi giới hạn bằng những ưu thế vượt trội như:

Tốc độ của in 3d vs gia công truyền thống

“Tập đoàn sản xuất đồ gia dụng Sunhouse nếu muốn đưa ra một sản phẩm nồi cơm điện mới thường mất khoảng 1 tháng, tốn 30-50 triệu đồng cho công đoạn tạo sản phẩm mẫu để đánh giá màu sắc, kích thước, kiểu dáng, công năng… trước khi quyết định có sản xuất hàng loạt hay không; còn nếu in 3D, họ chỉ tốn 3 ngày và 3-5 triệu đồng cho một mẫu nồi thử nghiệm” – Theo chuyên gia phân tích.

Tạo mẫu nhanh

Trong giai đoạn tạo mẫu thử, công nghệ này đem lại sự tiết kiệm về thời gian, chi phí và nguồn lực trong khi các phương pháp sản xuất truyền thống phải đầu tư vào máy móc dây chuyền và lập nên những quy trình lắp ráp.

Nếu mẫu thử yêu cầu những tinh chỉnh trong thiết kế, kỹ sư thiết kế có thể chỉnh sửa lại, đưa vào máy in 3D và tạo ra mẫu mới với tốc độ tương đối nhanh, so với cách gia công truyền thống, cần rất nhiều thời gian để trang bị lại dây chuyền lắp ráp chỉ để tháo hoặc chỉnh sửa một ít của nguyên mẫu, điều đó dẫn tới lãng phí thời gian, vật chất và lao động.

Có thể thấy, khi nhu cầu về chế tạo mẫu thử giới hạn của một bộ phận xuất hiện, in 3D có một lợi thế vượt trội so với việc lắp ráp lên toàn bộ dây chuyền sản xuất của gia công truyền thống.

Giảm lãng phí

Giai đoạn cắt gọt bằng phương pháp gia công truyền thống có thể gây ra hao phí lên đến hơn 90% so với khối lượng vật liệu gốc. Ngược lại, công nghệ in 3D khả năng có thể tạo ra được các hình dạng phức tạp và nó hoàn toàn sử dụng máy móc tự động con người không cần phải can thiệp quá sâu vào quá trình sản xuất.

Rõ ràng, với công nghệ mới này, chúng ta có cơ hội tạo ra các khuôn mẫu và tùy chỉnh công cụ đem lại sự linh hoạt, tiết kiệm thời gian cũng như giảm chi phí và rủi ro thường gặp trong sản xuất truyền thống. Thay vì dành thời gian và tiền bạc để mua máy rồi chế tạo khuôn và các công cụ, chúng ta có thể dễ dàng in chúng bằng cách sử dụng nhiều loại vật liệu hiệu suất cao.

Cá nhân hóa

Ưu điểm của in 3D được thể hiện rất rõ trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khoẻ với vô vàn ứng dụng. Công nghệ in 3D rất hữu ích trong sản xuất các mô hình sinh học (các mô hình bộ phận con người như xương, răng, tai giả…).  Trong ngành giải phẫu, mỗi bệnh nhân là một cá thể riêng biệt và duy nhất, mô hình sinh học 3D cho phép bác sỹ thực hiện phẫu thuật thuận lợi hơn do có được sự hiểu biết sâu hơn về cơ thể bệnh nhân và các chẩn đoán được chính xác hơn. Nhờ đó, kế hoạch phẫu thuật được chi tiết hơn, các thử nghiệm, diễn tập phẫu thuật hay hướng dẫn trong ca mổ được đảm bảo về độ chính xác và chất lượng. Công nghệ in 3D còn hỗ trợ các thử nghiệm phương pháp và công nghệ y tế mới, tăng cường nghiên cứu y khoa, giảng dạy và đào tạo đội ngũ y bác sỹ.

Một trong những ứng dụng thú vị nhất của in 3D là chế tạo mô và các cơ quan của con người, mà người ta hay gọi là In sinh học – Bioprinting. Nhờ vào công nghệ này, hệ thống tế bào mô của con người có thể được in theo lớp bằng mực sinh học – mực thu được qua xử lý đặc biệt các tế bào con người và các chất khác. Những tiến bộ đáng kể đã được ghi nhận với mô người và các cơ quan hứa hẹn những cơ hội quý báu cho phát triển thuốc y tế, phương pháp điều trị thử nghiệm, nghiên cứu y học, chữa lành vết thương, và cả cấy ghép. Nếu các cơ quan này được tạo ra từ các tế bào gốc của bệnh nhân, nó sẽ ít có nguy cơ bị đào thải bởi hệ miễn dịch của người đó.

Nhược điểm của in 3d vs gia công truyền thống

Cũng như bất kì các phát minh khác, công nghệ in 3D có một mặt tối và không phải lúc nào cũng là lựa chọn phù hợp để phát triển sản phẩm cho dự án phát triển của bạn. Máy 3D vẫn chứa những mối nguy hiểm tiềm tàng. Hơn nữa, các tác động của nó đến kinh tế, chính trị, xã hội và môi trường của Việt Nam và một số nước vẫn chưa được nghiên cứu rộng rãi. Một số các khuyết điểm của công nghệ in 3D có thể kể đến như:

• Hạn chế khả năng sản xuất quy mô lớn.
• Hạn chế về độ đa dạng của vật liệu.
• Giá thành còn cao.
• Độ hoàn thiện sản phẩm chưa hoàn hảo so với gia công truyền thống
• Hành lang pháp lý chưa hoàn thiện.

Lựa chọn giữa in 3d vs gia công truyền thống

Trong khi các quy trình gia công truyền thống là tuyệt vời cho độ phức tạp thấp, không pha trộn, sản xuất khối lượng lớn của các thiết bị điện tử kém tiên tiến, in 3d cung cấp cho các nhà sản xuất và nhà thiết kế sản phẩm một lựa chọn thay thế để sản xuất các sản phẩm mới với hỗn hợp và độ cá nhân hóa cao, cũng như có sản lượng thấp.

Những ứng dụng thực tế của cả 2 phương pháp

Sản xuất gia công truyền thống, sản xuất theo dây chuyền nhờ những ưu thế về: Hiệu suất cao, độ thành thục trong thao tác của công nhân cao, kế hoạch làm việc đơn giản, đảm bảo chất lượng sản phẩm và giá thành thấp đã chiếm được chỗ đứng vững chắc trong thị trường, và là phương pháp tối ưu nhất khi sản xuất với số lượng lớn sản phẩm.

Ví dụ của loại hình sản xuất này là sản xuất trong ngành cơ khí, dệt may, điện dân dụng, đồ gỗ nội thất, sản phẩm cơ khí, điện tử chuyên dùng…

Trong khi đó, Các ngành công nghiệp sản xuất đã trở thành đối tượng sử dụng máy in 3D nhiều nhất. Lý do chính vì nó cho phép sản xuất các mô hình có hình dạng phức tạp, cắt giảm phế liệu, tạo nhanh sản phẩm thử nghiệm theo yêu cầu. Vì vậy, in 3D mở ra tiềm năng về lợi thế tốc độ, cải tiến quy trình và phát triển sản phẩm mới cho các nhà cung cấp.

Công nghệ in 3D cũng là một phần của ngành tạo mẫu nhanh mockup, bên cạnh CNC và handmade, in 3D đang ngày càng phổ biến, linh hoạt và giá rẻ hơn. Những đơn vị đứng đầu thế giới ngành in 3d công nghiệp có thể kể đến:

1. Stratasys, USD$405.5
2. EOS, USD$240.4M
3. GE Additive, USD$145.9M
4. 3D Systems, USD$123.3M
5. HP, USD$97.3M

Ngoài ra, những cái tên vượt ngoài top 5 như MakerBot, Ultimaker, Formlabs . Tuy doanh số bán ra không quá 20 ngàn sản phẩm trong năm. Nhưng nên nhớ, giá bán lẻ của các máy in 3D này luôn ở mức trên 2000 USD! Xét về số lượng sản phẩm, họ ở top 10, nhưng xét về tổng doanh thu, những cái tên ở top 5 bên trên sẽ phải cúi đầu!

Lời kết

Nhìn chung, sự đột phá của công nghệ in 3D sẽ không hoàn toàn thay thế ngành sản xuất truyền thống trong thời gian ngắn.

Các nhà sản xuất và nhà thiết kế cần tư duy rằng công nghệ in 3D là một bước tiến lớn, tối ưu và đột phá trong việc hỗ trợ cho ngành sản xuất truyền thống.