Brose Tận Dụng Công Nghệ SLA và SLS Để Tăng Cường Sản Xuất Ô Tô
Mỗi ba chiếc xe mới ra khỏi dây chuyền lắp ráp hiện nay đều có ít nhất một bộ phận do Brose sản xuất – một trong năm nhà cung cấp ô tô gia đình lớn nhất thế giới. Ra đời hơn một thế kỷ trước tại Berlin bởi Max Brose, công ty đã chuyển mình từ một doanh nghiệp kinh doanh phụ tùng ô tô thành một nhà tiên phong trong lĩnh vực hệ thống cơ điện tử. Các sản phẩm của Brose, chủ yếu là các cụm ghế ngồi, cửa cốp và cửa được thiết kế và sản xuất cho những thương hiệu ô tô danh tiếng nhất như BMW, Volvo, Ford, Mercedes, Jeep và nhiều hơn nữa.
Sự tăng trưởng bền vững và các mối quan hệ hợp tác lâu dài với các nhà sản xuất ô tô lớn của Brose phần lớn nhờ vào cam kết không ngừng đổi mới và cải tiến. Công nghệ in 3D đóng vai trò cốt lõi trong nhiều sáng kiến thiết kế và sản xuất của Brose, giúp công ty thích ứng nhanh chóng với những thay đổi không ngừng của ngành ô tô.
Chúng tôi đã đến thăm trụ sở chính của Brose Bắc Mỹ tại Auburn Hills, Michigan và nhà máy sản xuất lớn Brose New Boston để tìm hiểu cách họ ứng dụng công nghệ in 3D stereolithography (SLA) và selective laser sintering (SLS) vào quy trình sản xuất. Matthias Schulz, Giám đốc Tiêu chuẩn hóa Bộ phận Ghế ngồi và là người dẫn đầu về công nghệ in 3D tại khu vực này, đã chia sẻ với chúng tôi về cách Brose tận dụng in 3D trong toàn bộ chuỗi giá trị, từ thiết kế đến sản xuất, nhằm đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu của các nhà sản xuất ô tô.
“Ngành công nghiệp ô tô đang trải qua những thay đổi chóng mặt, đặc biệt trong 5 năm trở lại đây. Thời gian phát triển sản phẩm mới ngày càng ngắn lại. Để đáp ứng yêu cầu này, chúng tôi cần phải hành động quyết liệt hơn – đó là tăng cường ứng dụng công nghệ in 3D. Việc này không chỉ giúp rút ngắn thời gian sản xuất khuôn mẫu mà còn hỗ trợ chúng tôi giao hàng nhanh hơn trong quá trình sản xuất hàng loạt.”
Matthias Schulz, Manager, Seat Prototyping, Brose North America
Nội dung chính
Khi nguyên mẫu tiến tới sản xuất hàng loạt
In 3D là công nghệ lý tưởng để tạo ra các mẫu sản phẩm đa dạng và chính xác. Brose, một công ty hàng đầu trong ngành, đã tận dụng tối đa công nghệ này bằng cách sử dụng nhiều loại máy in 3D khác nhau. Điều đáng chú ý là số lượng nguyên mẫu mà họ sản xuất cho mỗi dự án thường rất lớn, có thể lên tới hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn sản phẩm
Schulz chia sẻ: “Chúng tôi sử dụng in 3D với quy mô lớn hơn. ‘Tạo mẫu sản phẩm’ đối với chúng tôi có nghĩa là sản xuất hàng trăm đến hàng ngàn bộ phận, chủ yếu phục vụ cho các thử nghiệm. Không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn nội bộ và bên ngoài, chúng tôi còn phải tuân thủ các quy định của liên bang. Điều này đòi hỏi chúng tôi phải sản xuất một lượng lớn bộ phận, thường là từ 700 đến 800 bộ phận cho mỗi mẫu sản phẩm.
Để đáp ứng số lượng lớn đơn hàng xuất khẩu thì SLA là lựa chọn tốt nhất: Bộ giảm chấn điều chỉnh độ dài ghế ngồi bằng cao su
Những nguyên mẫu này là những bộ giảm chấn nhỏ được chế tạo để giảm tiếng ồn và cảm giác khi bộ phận lắp ráp ghế kim loại va chạm với khung ghế. Việc đặt hàng chúng từ nước ngoài yêu cầu số lượng đặt hàng tối thiểu là vài triệu chiếc, vì vậy Schulz và nhóm của ông đã in chúng trên máy in Dòng Form để thử nghiệm.
Trong quá trình phát triển một mẫu sản phẩm mới, nhóm thiết kế cần một loại giảm chấn silicon mềm để lắp vào cụm ghế ngồi. Bộ phận này có vai trò hấp thụ âm thanh và cải thiện cảm giác khi ghế di chuyển. Do số lượng đặt hàng tối thiểu từ nhà cung cấp của Brose là quá lớn, con số lên tới hàng triệu sản phẩm nên phương án này dường như không khả thi. Trong khi Brose chi cần vài trăm chiếc để sử dụng trong thử nghiệm thiết kế sơ bộ.
Giải pháp được đưa ra là sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra nhanh chóng các bộ phận giảm chấn từ bản thiết kế CAD sẵn có. Với máy in 3D Form 4, nhóm đã sản xuất được vài trăm sản phẩm chỉ trong một tuần. Nhờ đó, dự án không chỉ tiết kiệm được chi phí và thời gian mà còn giảm thiểu lãng phí nguyên vật liệu.
“Việc in các bộ phận này trên máy Form 4 đã giúp chúng tôi tiết kiệm chi phí đáng kể so với phương án vận chuyển từ nước ngoài và đặt hàng số lượng lớn. Yêu cầu đặt hàng tối thiểu lên tới hàng triệu sản phẩm khiến cho phương án truyền thống trở nên không khả thi. Nhờ công nghệ in 3D, chúng tôi đã có thể sản xuất nhanh chóng các bộ phận cần thiết mà không phải chờ đợi thời gian giao hàng.”
Matthias Schulz, Manager, Seat Prototyping, Brose North America
Tận dụng SLA và SLS cho sản xuất nguyên mẫu số lượng lớn
Khi độ phức tạp, kích thước và số lượng thành phần tăng lên, Brose đã chuyển sang sử dụng hệ thống máy in 3D SLS Fuse Series gồm ba máy để sản xuất nguyên mẫu và linh kiện cuối cùng. Công nghệ in 3D SLS với khay in tự đỡ cho phép xây dựng các khối sản xuất với mật độ cao, độ bền cùng các tính chất cơ học của nylon nung kết khiến công nghệ này trở nên lý tưởng cho các linh kiện sử dụng trực tiếp.
Trong một dự án gần đây, team Additive của Brose đã kết hợp cả công nghệ SLA và SLS để tạo mẫu tấm giảm sóc ghế ngồi. Các bộ phận trong suốt, linh hoạt được in bằng nhựa Durable Resin trên máy in 3D SLA Form Series, trong khi ống nối được in bằng bột Nylon 12 GF trên máy in Fuse Series. Để thử nghiệm toàn bộ cụm ghế, team đã lắp ráp tổng cộng 150 tấm giảm sóc hoàn chỉnh, mỗi tấm gồm 6 bộ phận SLS và 3 bộ phận SLA.
Với các công cụ tạo mẫu nhanh tại chỗ, Brose đã có thể thiết kế, thử nghiệm và cải tiến một thành phần quan trọng của cụm ghế ngồi mà không cần đến khuôn đúc hay dịch vụ gia công bên ngoài. Theo Schulz, “Việc kết hợp cả SLA và SLS là giải pháp tối ưu cho tấm giảm sóc ghế ngồi này. Thay vì sử dụng khuôn đúc đắt tiền và phức tạp, chúng tôi đã thiết kế các bộ phận SLS có thể lắp ráp với dây và xử lý nhiệt các bộ phận SLA ngay trên dây.”
 Tấm giảm xóc ghế này có cả bộ phận SLA (Nhựa bền, vật liệu mờ) và bộ phận SLS (Bột Nylon 12 GF, vật liệu xám đậm). Cần 150 cụm lắp ráp hoàn chỉnh như vậy để thử nghiệm, bao gồm 900 bộ phận SLS và 450 bộ phận SLA. |
 Nguyên mẫu và các phiên bản sản xuất cuối cùng (như hình trên) đều trải qua quá trình kiểm tra độ bền mỏi mô phỏng nhiều năm sử dụng. |
Các công cụ hỗ trợ sản xuất tăng cường hiệu quả sản xuất
Công nghệ in 3D không chỉ đơn thuần là công cụ tạo mẫu nhanh tại Brose. Họ đang tích hợp công nghệ này vào mọi khâu sản xuất, biến toàn bộ nhà máy thành một trung tâm ứng dụng in 3D từ năm 2022. Ngành công nghiệp ô tô đòi hỏi sự chính xác và liên tục cao, vì vậy mọi quy trình đều được tối ưu hóa để đạt hiệu quả, đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm tốt nhất.
In 3D thiết bị kẹp hàn robot theo yêu cầu chỉ trong một ngày với Form 4L
Form 4L cho phép sản xuất các bộ phận định dạng lớn trong cùng một ngày, như gá lắp hàn này được in bằng nhựa mẫu nhanh.
Trong quá trình sản xuất ô tô, các bộ phận kim loại được kết nối với nhau chủ yếu bằng phương pháp hàn. Tại công ty Brose North America, nơi chuyên sản xuất các bộ phận ô tô, các robot hàn đóng một vai trò rất quan trọng. Tuy nhiên, công ty gặp phải một vấn đề: mỗi khi muốn sản xuất một loại ghế ô tô mới, các robot hàn lại phải được lập trình lại hoàn toàn. Việc lập trình lại này rất tốn kém thời gian và chi phí, vì cần phải sử dụng những mẫu kim loại đặc biệt để hướng dẫn robot.
Để giải quyết vấn đề này, công ty Brose đã tìm ra giải pháp sử dụng công nghệ in 3D. Nhờ công nghệ này, họ có thể nhanh chóng tạo ra những mẫu kim loại chính xác với chi phí thấp hơn nhiều so với phương pháp truyền thống. Điều này giúp cho quá trình lập trình lại robot hàn trở nên dễ dàng và tiết kiệm thời gian hơn.
Vào một buổi sáng, đội ngũ của Brose đã rất hào hứng khi mở hộp và lắp ráp máy in 3D khổ lớn Form 4L mới của mình. Quá trình lắp đặt diễn ra nhanh chóng, chỉ mất khoảng 30 phút. Ngay sau đó, họ đã sử dụng máy in này để tạo ra các bộ phận lớn dùng cho việc hàn. Loại nhựa được sử dụng để in các bộ phận này là Fast Model Resin.
 Bộ phận ghế này được in trên Form 4L bằng nhựa Fast Model , rửa, xử lý nhiệt và lắp ráp lên máy hàn robot trong vòng chưa đầy ba giờ. Điều này cho phép nhóm nhanh chóng dạy các chuyển động cho robot. |
 Các gá lắp như thế này giúp nhóm hàn chuyển đổi nhanh chóng và hiệu quả giữa các dòng sản phẩm. Chúng có độ chính xác cao, giá cả phải chăng và có thể sao chép vô hạn trong trường hợp cần thay đổi hoặc thay thế. |
Các bộ phận in ra có kích thước khá lớn, gần như chiếm hết không gian in của máy. Dù vậy, máy in Form 4L vẫn hoàn thành việc in chỉ trong vòng chưa đầy 2 giờ. Sau khi làm sạch và xử lý bề mặt, các bộ phận này đã được lắp vào robot hàn chỉ trong vòng 45 phút.
“Máy in 3D Formlabs 4L mới cho phép chúng tôi sản xuất các bộ phận lớn một cách nhanh chóng. Ví dụ, thay vì phải chờ qua đêm, chúng tôi có thể sử dụng máy in 4L để tạo ra các bộ phận cần thiết cho quá trình hàn chỉ trong vài giờ. Nhờ đó, các chuyên gia hàn của Brose có thể lập trình cho robot trước khi các bộ phận kim loại được đưa đến. Với loại nhựa Fast Model mới, chúng tôi không chỉ đạt được độ chi tiết cao mà còn đảm bảo được độ cứng cần thiết trong thời gian ngắn hơn trước đây rất nhiều.”
Matthias Schulz, Manager, Seat Prototyping, Brose North America
Tại Brose New Boston, hàng nghìn thanh ray ghế( như hình trên), được hàn lại với nhau để tạo thành phần đế của bộ phận lắp ráp ghế. Kiểm tra các thông số hàn là một phần không thể thiếu trong quá trình sản xuất.
Những thông số hàn mà chúng tôi đã xác định được tại trụ sở chính của Brose ở Bắc Mỹ, dựa trên các mẫu thử nghiệm và các bộ phận thiết lập được in 3D sẽ được áp dụng để sản xuất hàng loạt khung ghế ô tô bằng phương pháp hàn. Cụ thể, các thanh ray ghế (là một phần của khung ghế) sẽ được lắp ráp tại nhà máy Brose ở New Boston, sử dụng các máy hàn robot công suất lớn.
Kết nối cuối dòng (EOL) giảm chi phí hoạt động tại Brose New Boston
Tại nhà máy New Boston của Brose, cách trung tâm Detroit khoảng 30 phút về phía Tây, đội ngũ sản xuất đang tận dụng công nghệ in 3D để tạo ra những công cụ hỗ trợ sản xuất rất đặc biệt. Những công cụ này được thiết kế riêng cho từng công đoạn sản xuất, giúp cho quá trình lắp ráp diễn ra trơn tru và hiệu quả hơn.
Trước khi đưa vào sử dụng, các bộ phận in 3D phải trải qua quá trình kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng. Sau khi được chấp thuận, chúng giúp giảm thiểu lãng phí vật liệu, rút ngắn thời gian sản xuất và đảm bảo máy móc luôn hoạt động ổn định.
 |
 |
 |
 |
Phần kết nối cuối dòng (EOL) này đã được triển khai ở giai đoạn cuối cùng trong quá trình lắp ráp ghế. Sau khi kỹ thuật viên kết nối khung ghế với nguồn điện và thực hiện kiểm tra cuối cùng, họ tháo nó ra để chuyển sang giai đoạn xử lý tiếp theo. Nhiều lần, các kỹ thuật viên quên kết nối điện và khi tháo ghế họ làm đứt dây cáp, gây thiệt hại vài trăm đô la cho dây chuyền lắp ráp và tạm dừng sản xuất.
Một ví dụ điển hình là đường dây kết nối từ tính mà đội ngũ đã phát triển. Nó giúp cố định các dây cáp một cách chắc chắn nhưng lại rất dễ tháo rời khi cần thiết. Điều này giúp giảm thiểu hư hỏng và tăng tốc độ sản xuất.
Ông Schulz, một thành viên của đội ngũ, cho biết: “Chúng tôi sử dụng các công cụ hỗ trợ sản xuất in 3D để giảm thiểu việc máy móc bị mòn và hư hỏng. Nhờ đó, chúng tôi có thể sửa chữa nhanh chóng hơn, giảm thiểu thời gian ngừng sản xuất và tăng năng suất chung.”
Sản xuất khe hở nối tiếp cho linh kiện Ô Tô cuối cùng
Brose sẽ in 3D 250.000 chiếc kẹp này cho lắp ráp ghế trong BMW X7.
Như ông Schulz đã chia sẻ, ngành công nghiệp ô tô đang thay đổi rất nhanh, đặc biệt là trong 5 năm gần đây. Sự xuất hiện của xe điện, nhu cầu cá nhân hóa ngày càng tăng và những lo ngại về chuỗi cung ứng đã khiến các nhà sản xuất ô tô phải đầu tư mạnh hơn vào công nghệ in 3D như một giải pháp sản xuất đáng tin cậy.
Ông Schulz cho biết: “Chúng tôi nhận được ngày càng nhiều yêu cầu từ khách hàng về việc sử dụng công nghệ in 3D. Công nghệ này cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa của khách hàng cuối cùng, vì họ muốn chiếc xe của mình có những đặc điểm riêng biệt. Do đó, các nhà sản xuất ô tô đang ngày càng ưa chuộng công nghệ in 3D.”
Việc sử dụng in 3D để sản xuất trực tiếp các bộ phận ô tô, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô có quy định chặt chẽ, không phải lúc nào cũng dễ dàng. Tuy nhiên, đội ngũ sản xuất của Brose đã đảm bảo rằng họ chỉ chuyển sang sản xuất hàng loạt bằng công nghệ in 3D khi chất lượng của vật liệu và máy móc đủ tốt để tạo ra các bộ phận có hiệu suất cao và ổn định.
“Chúng tôi đã quyết định sử dụng công nghệ của Formlabs. Lý do là chất lượng vật liệu và độ chính xác của các sản phẩm in 3D đã được cải thiện đáng kể, cho thấy công nghệ này đã đủ trưởng thành để áp dụng trong ngành ô tô. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn còn lo ngại về độ an toàn và độ bền của các sản phẩm in 3D, đặc biệt là đối với các nhà sản xuất ô tô lớn. Chúng tôi đang cố gắng giải quyết vấn đề này. Và bằng cách hợp tác với Formlabs, chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể sản xuất các bộ phận bằng công nghệ in 3D và lắp đặt chúng vào những chiếc xe như BMW X7.”
Matthias Schulz, Manager, Seat Prototyping, Brose North America
 |
Ứng dụng: Thành phần ghế BMW X7 Quy trình: Quét 3D, lặp lại, sau đó in 3D trên máy in SLS 3D Dòng Fuse để sản xuất cuối cùng. Khối lượng: 250.000 Chi tiết xây dựng:
Tại sao in 3D?
|
Brose đang tận dụng công nghệ in 3D để sản xuất các bộ phận trực tiếp, thay thế phương pháp sản xuất truyền thống vốn tốn kém thời gian và chi phí. Nhờ in 3D, Brose có thể nhanh chóng tạo ra các bộ phận theo yêu cầu của khách hàng, ngay cả những bộ phận phức tạp hoặc cần thay đổi thiết kế đột ngột. Để làm được điều này, Brose sử dụng kỹ thuật quét và phân tích 3D để tạo ra bản thiết kế số cho quá trình in.
 |
Ứng dụng: Phát hành Bowden Quy trình: Quét 3D, lặp lại, sau đó in 3D trên máy in 3D SLS Dòng Fuse để sản xuất cuối cùng. Khối lượng: 20.000 Chi tiết Xây dựng:
Tại sao chọn In 3D?
|
Brose thường quét các thành phần hiện có hoặc các lần lặp trước đó để họ có thể thực hiện các thay đổi trong CAD và in 3D phiên bản cập nhật trong cùng một ngày.
Thành phần này, được gọi là bộ phận Bowden release, sẽ được sản xuất hàng loạt với số lượng lên đến 20.000 chiếc bằng công nghệ in 3D SLS trên các máy in của Brose. Những bộ phận này sau đó sẽ được lắp vào ghế của một hãng ô tô lớn, rất nổi tiếng.
Brose đã chọn công nghệ in 3D SLS của Formlabs vì nó cho phép sản xuất nhanh chóng và giảm thiểu các công đoạn xử lý sau in so với công nghệ in 3D khác (SLA). Điều này đặc biệt quan trọng khi sản xuất số lượng lớn như vậy, đáp ứng được nhu cầu sản xuất các bộ phận thay thế hoặc các bộ phận tùy chỉnh theo yêu cầu của khách hàng.
Với ba máy in 3D SLS hoạt động liên tục để sản xuất các mẫu thử, công cụ sản xuất và hàng loạt bộ phận cuối cùng, độ tin cậy và tính nhất quán là những yếu tố hàng đầu. Brose sử dụng loại bột nylon đặc biệt (Nylon 12 GF) vì nó có độ chính xác cao và các tính chất cơ học rất giống với nhựa đúc thông thường. Quá trình bảo trì máy in cũng rất nhanh chóng và đơn giản, giúp đảm bảo sản xuất liên tục.
Ông Schulz, đại diện của Brose, chia sẻ: “Formlabs đã thiết kế ra những máy in rất dễ bảo trì và hoạt động ổn định. Chúng tôi hầu như không gặp phải bất kỳ lỗi in nào, điều này giúp chúng tôi tự tin hơn trong việc sản xuất số lượng lớn các bộ phận và đáp ứng được các yêu cầu sản xuất.”
Máy in 3D là tương lai trong ngành Ô tô
Brose luôn nỗ lực không ngừng để cải tiến và hoàn thiện hơn. Chính vì vậy, công ty đã đầu tư mạnh vào các công nghệ mới như sản xuất gia tăng (hay còn gọi là in 3D) và tự động hóa để tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó mang đến những giải pháp sáng tạo và hiệu quả hơn cho khách hàng.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ in 3D tại Brose, những chuyên gia như Schulz đang không ngừng tìm kiếm những cách thức mới để tận dụng tối đa ưu điểm của công nghệ này, đặc biệt là khả năng sản xuất nhanh chóng và tiết kiệm chi phí.
Nhờ các máy in 3D hiện đại như Form 4, Form 4L và dòng Fuse, thời gian sản xuất các mẫu sản phẩm, công cụ hỗ trợ sản xuất và cả các linh kiện cuối cùng đã được rút ngắn đáng kể, chỉ còn tính bằng giờ hoặc ngày thay vì hàng tuần hay hàng tháng. Ông Schulz chia sẻ: “Formlabs là đối tác lý tưởng của chúng tôi. Chúng tôi cần một giải pháp toàn diện có thể sản xuất số lượng lớn sản phẩm với ít sự can thiệp của con người hơn. Phần mềm, hỗ trợ kỹ thuật và máy in của Formlabs đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đó.”
Để tìm hiểu sâu hơn về vai trò của in 3D trong ngành ô tô, mời bạn truy cập trang web của chúng tôi. Nếu muốn trải nghiệm chất lượng của sản phẩm in 3D bằng công nghệ SLA hoặc SLS, hãy liên hệ để đặt mẫu thử nghiệm.
