Cách Công Nghệ In 3D SLS Đã Giúp Hiện Thực Hóa Sản Xuất Hàng Loạt Robot Giao Đồ Ăn Chỉ Trong Sáu Tháng

Savewo, một công ty có trụ sở tại Hồng Kông chuyên thiết kế, phát triển và sản xuất sản phẩm, được thành lập vào năm 2020 nhằm chế tạo thiết bị y tế phục vụ công tác phòng chống COVID-19 tại thành phố đảo này. Trong ba năm kể từ khi thành lập, Savewo đã trở thành một trong những đối tác phát triển và sản xuất được săn đón và đáng tin cậy nhất của các công ty tại Hồng Kông trong các lĩnh vực như robot, thiết bị y tế và nhiều ngành khác.

Savewo kết hợp các kỹ thuật sản xuất truyền thống và hiện đại để giúp các đối tác của mình chuyển đổi từ thiết kế đến sản xuất hàng loạt. Gần đây, Savewo đã đạt được một thành tựu đáng kinh ngạc khi hợp tác với Rice Robotics để tăng tốc độ sản xuất từ một nguyên mẫu đơn lẻ lên hàng trăm robot, bao gồm hàng nghìn linh kiện sử dụng công nghệ in 3D phục vụ cho mục đích sử dụng cuối, chỉ trong vòng sáu tháng.

Để đạt được điều đó, Savewo sử dụng một loạt máy in SLS (Selective Laser Sintering) Fuse 1+ 30W cùng hệ thống xử lý sau in Fuse Sift. Công nghệ in 3D SLS mang lại chu kỳ thiết kế hiệu quả hơn, sự tự do thiết kế cao hơn, độ chính xác và kiểm soát dung sai vượt trội, cùng các đặc tính cơ học tối ưu khi sử dụng vật liệu bột Nylon 12. Bằng cách chứng minh khả năng mở rộng sản xuất hàng loạt cho một sản phẩm công nghệ cao như vậy, Savewo đã vượt lên trước các đối thủ và đang hướng đến việc mở rộng năng lực của mình.

Biến Những Vấn Đề Sản Xuất Thành Cơ Hội

Rice Robotics, cũng là một công ty có trụ sở tại Hồng Kông, chuyên thiết kế và sản xuất các hệ thống robot phục vụ trong các lĩnh vực giao đồ ăn, khử trùng và kiểm tra. Mặc dù những thiết kế sáng tạo của họ đã được triển khai ở quy mô nhỏ, nhưng khi Rice bắt đầu tìm kiếm giải pháp sản xuất hàng loạt, họ đã gặp phải nhiều vấn đề.

Các yếu tố như: kiểm soát chất lượng kém, sự đứt gãy trong giao tiếp giữa Rice và nhà sản xuất theo hợp đồng lớn trước đó, cũng như sự khác biệt giữa thiết kế ban đầu và sản phẩm đúc hoàn chỉnh, tất cả đã khiến Rice quyết định tìm một đối tác sản xuất tại Hồng Kông có thể hợp tác chặt chẽ cùng họ. Tuy nhiên, có một trở ngại lớn: thời gian vô cùng gấp rút, nhà sản xuất mới chỉ có sáu tháng để chuyển từ thiết kế đầu tiên sang giai đoạn sản xuất hàng loạt.

In 3D SLS: “Vị Cứu Tinh” Trong Sáu Tháng

Chỉ với nửa năm để biến sản phẩm của Rice từ bản thiết kế thành sản phẩm hoàn thiện, Savewo hiểu rằng quy trình phát triển sản phẩm truyền thống sẽ không khả thi. Họ đã tận dụng tối đa dàn máy in SLS dòng Fuse trong mọi giai đoạn phát triển và sản xuất, từ thiết kế thử nghiệm lặp lại, kiểm tra chức năng, cho đến in các linh kiện sử dụng trực tiếp trong các mẫu robot sản xuất cuối cùng.

Tốc Độ Phát Triển

Đối với nhiều công ty trong lĩnh vực robot, đặc biệt là ở Hồng Kông và Trung Quốc đại lục, nơi các nhà sản xuất khuôn mẫu có mặt khắp nơi và chi phí thấp, việc đặt hàng dụng cụ và sử dụng công nghệ ép nhựa để làm nguyên mẫu là một phương pháp phát triển lặp lại khả thi. Tuy nhiên, trong một thời gian biểu ngắn như vậy, Savewo biết rằng chỉ có in 3D mới là con đường duy nhất để hoàn thành mọi việc đúng hạn. Bốn máy in Fuse 1+ 30W của họ hoạt động suốt ngày đêm, không ngừng nghỉ.

“Các phương pháp sản xuất công nghiệp truyền thống mất rất nhiều thời gian. Với Fuse 1+ 30W, chúng tôi có thể in trực tiếp và khi cần thay đổi, chúng tôi chỉ cần sửa thiết kế rồi in lại ngay. Điều này giúp tăng tốc đáng kể toàn bộ quá trình phát triển và linh kiện in ra có thể được lắp trực tiếp lên robot để kiểm tra.”
Kỹ sư R&D Mr. Feng, Savewo

Tự Do Thiết Kế

Khi Savewo quyết định đầu tư hoàn toàn vào in 3D SLS, một loạt khả năng mới đã được mở ra. Các máy in dòng Fuse sử dụng bể bột tự đỡ, cho phép in ra các chi tiết có kết cấu phức tạp như phần nhô ra, phần lõm vào, kênh dẫn bên trong hay các đặc điểm thiết kế khác mà phương pháp sản xuất truyền thống thường gặp khó khăn hoặc rất tốn kém để thực hiện.

Nhờ việc in 3D những chi tiết phức tạp này, Savewo không chỉ có thể tạo ra các phiên bản sửa đổi chỉ sau một đêm, mà còn có thể mở rộng phạm vi và chức năng của các bộ phận robot thông qua việc thiết kế sáng tạo và mang tính hữu cơ.

“Một số chi tiết không thể sản xuất với chi phí thấp bằng phương pháp truyền thống thì nay hoàn toàn có thể thực hiện dễ dàng và chính xác với sự trợ giúp của công nghệ in 3D SLS”
Ông Zhong, Kỹ sư cơ khí cao cấp bộ phận R&D tại Savewo

Độ Chính Xác Cao và Kiểm Soát Chặt Chẽ Xuyên Suốt Quy Trình

Một trong những vấn đề lớn mà Rice từng gặp phải khi làm việc với đối tác sản xuất trước đó là sự thiếu nhất quán giữa các giai đoạn: từ thiết kế, nguyên mẫu, thử nghiệm beta cho đến các linh kiện đúc sử dụng thực tế. Sự thiếu chính xác về kích thước giữa các giai đoạn này phần lớn xuất phát từ việc sử dụng nhiều công nghệ khác nhau và sự thiếu giao tiếp rõ ràng từ phía nhà sản xuất.

Bên cạnh đó, trong suốt quá trình thiết kế, các chi tiết còn phải được điều chỉnh nhẹ để thích ứng với những thay đổi về nhiệt độ, thời gian và độ giãn nở xảy ra trong quy trình ép phun công nghiệp. Những điều chỉnh này đã dẫn đến việc các linh kiện thành phẩm khác biệt so với thiết kế ban đầu.

Quy mô nhỏ hơn và khả năng giao tiếp minh bạch, trực tiếp của Savewo đã tạo điều kiện để các kỹ sư của Rice dễ dàng trao đổi yêu cầu, thậm chí tham gia trực tiếp vào quá trình in ấn nếu cần. Các chi tiết có thể được tái thiết kế một cách linh hoạt cho phù hợp với phương pháp in cộng dồn (additive manufacturing), việc thiết kế lại linh kiện để phù hợp với in 3D trở nên dễ dàng, vì Rice có thể trực tiếp sử dụng máy in Fuse trong quá trình sản xuất.

Hơn thế nữa, Rice không cần phải tính toán đến các yếu tố liên quan đến ép khuôn trong quá trình thiết kế, nên thiết kế của các bộ phận có thể được duy trì nhất quán trong suốt toàn bộ quy trình, từ nguyên mẫu in 3D cho đến sản phẩm hoàn chỉnh cuối cùng.

Sản Xuất Linh Kiện Thành Phẩm Với Bột Nylon 12

Nhiều bộ phận cuối cùng trong sản phẩm của Rice đã được in trực tiếp phục vụ cho mục đích sử dụng thực tế bằng các máy in dòng Fuse. Độ bền và độ dẻo dai của các chi tiết làm từ bột Nylon 12 khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho những ứng dụng yêu cầu độ chắc chắn cao như trong lĩnh vực robot. Nylon là một vật liệu quen thuộc đối với các kỹ sư và các đặc tính cơ học của nó cũng đã được hiểu rõ. Đối với Rice, tuy họ đã phải đặt niềm tin rằng Savewo có thể đạt sản lượng sản xuất hàng loạt, nhưng họ hoàn toàn yên tâm rằng các linh kiện nylon cuối cùng sẽ có đặc điểm tương tự như các chi tiết nhựa được ép khuôn.

Robot thường yêu cầu các cụm chi tiết chức năng được lắp ráp từ nhiều linh kiện riêng lẻ, bao gồm các khớp chuyển động hoặc bản lề được cố định bằng vít. Trước đây, công nghệ in 3D chưa thật sự đáp ứng được yêu cầu tạo ra các linh kiện đủ mạnh để chịu được lực kéo, áp suất, mô-men xoắn và ma sát liên tục trong quá trình vận hành. Tuy nhiên, các chi tiết in bằng công nghệ SLS thì hoàn toàn có thể đáp ứng điều đó. Các bộ phận được in bằng bột Nylon 12 trên máy Fuse 1+ 30W có thể được tích hợp sẵn ren trong thiết kế hoặc có thể được xử lý sau bằng cách gắn ren bằng nhiệt.

Savewo đã tận dụng triệt để khả năng này để kết nối nhiều bộ phận khác nhau, chứng minh tính linh hoạt của cả phương pháp chế tạo lẫn vật liệu sử dụng.

“Bột Nylon 12 có độ cứng, độ bền dẻo và đặc tính cơ học rất tốt. Hầu hết các linh kiện in 3D của chúng tôi đều có ren. Khi sử dụng bột Nylon 12 để in trực tiếp các chi tiết này, chúng tôi không cần phải siết hoặc tháo vít quá nhiều lần”
Ông Chen, Giám đốc Bộ phận Nghiên cứu và Phát triển tại Savewo

Trên mẫu Rice 2, một robot giao đồ ăn hoạt động trong nhà, các bộ phận kết nối giữa khung xương và lớp vỏ ngoài đều được in bằng máy Fuse 1+ 30W. Những kết nối này phải chịu được độ rung liên tục mà robot tạo ra trong quá trình “di chuyển”, đồng thời giúp ổn định khung và vỏ máy. Tính linh hoạt của bột Nylon 12 khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho những chi tiết đóng vai trò ổn định này. Các bộ phận sử dụng công nghệ SLS khác trên Rice 2 bao gồm: mô-đun phun sương (gồm toàn bộ bo mạch PCB, quạt cánh, chốt nối), cửa thoát khí và bộ cố định cho hệ thống xử lý trung tâm và hệ thống giảm xóc.

Sản Xuất 50 Robot Mỗi Tuần Trong Khi Vẫn Liên Tục Phát Triển

Nhà máy nội bộ của Savewo, được trang bị bốn máy in SLS Fuse 1+ 30W cùng một trạm xử lý sau in Fuse Sift, có khả năng sản xuất đủ các linh kiện sử dụng cuối để lắp ráp 50 robot Rice 2 mỗi tuần. Quan trọng hơn, việc in 3D các bộ phận trên máy Fuse 1+ 30W còn mang lại cơ hội tối ưu hóa liên tục, mà không cần tốn chi phí và thời gian để làm lại các dụng cụ đắt tiền như trong quy trình ép khuôn truyền thống.

Nếu phải áp dụng mô hình nhà máy truyền thống sử dụng khuôn ép nhựa, bao gồm các công đoạn như lên lịch sản xuất, kiểm tra mẫu, sửa đổi khuôn, v.v…, thì thời gian chờ cho mỗi linh kiện hoặc mỗi lần điều chỉnh sẽ kéo dài từ 45 đến 60 ngày. Trong dự án này, những khoảng thời gian dài và chi phí cao như vậy là rủi ro không thể chấp nhận.

Các kỹ sư của Savewo đã phân loại những yếu tố “chắc chắn” và “không chắc chắn” trong thiết kế sản phẩm. Đối với các bộ phận lớn và đã ổn định trong thiết kế của Rice 2, họ tiến hành thiết kế khuôn và áp dụng phương pháp sản xuất truyền thống bằng ép nhựa. Còn đối với những bộ phận có khả năng sẽ thay đổi nhiều trong quá trình phát triển, họ sử dụng công nghệ in 3D để duy trì sự linh hoạt và rút ngắn thời gian phản hồi khi cần điều chỉnh.

Hòn Đảo Nhỏ, Khác Biệt Lớn

Tại Hồng Kông, bất động sản không hề rẻ và các tòa nhà, doanh nghiệp thường phát triển theo chiều cao thay vì chiều ngang. Kích thước nhỏ gọn và quy mô linh hoạt của các máy in dòng Fuse Series đã cho phép Savewo mở rộng sản xuất mà không cần chuyển đổi mặt bằng hoặc đầu tư lớn vào không gian sử dụng. Sau khi mua chiếc máy đầu tiên, họ nhanh chóng bổ sung thêm ba máy nữa để tăng tốc năng lực sản xuất. Hiện tại, với bốn máy Fuse 1+ 30W và một trạm xử lý Fuse Sift, đội ngũ R&D và sản xuất của Savewo có thể vận hành quy trình thiết kế một cách nhanh chóng và hiệu quả ở mọi giai đoạn.

Toàn bộ quá trình, từ việc tái thiết kế robot Rice 2 đến khi sản xuất hàng loạt linh kiện sử dụng thực tế trong thời gian cực kỳ ngắn, không chỉ giúp Savewo củng cố niềm tin nội bộ vào mô hình sản xuất kết hợp (hybrid manufacturing) của họ, mà còn giúp công ty khẳng định vị thế là lựa chọn hàng đầu cho các doanh nghiệp đổi mới sáng tạo tại Hồng Kông.

“Chúng tôi hy vọng rằng Savewo có thể trở thành cái nôi của đổi mới và công nghệ tại Hồng Kông, góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghiệp 4.0 tại đây. Và cuối cùng, chúng tôi mong rằng Savewo sẽ làm cho thương hiệu ‘Sản xuất tại Hồng Kông’ được biết đến rộng rãi ở nước ngoài một lần nữa.”
Ông Ding, CEO của Savewo

Máy in Fuse 1+ 30W có thể giúp các công ty nhỏ hiện thực hóa những mục tiêu lớn. Hệ thống SLS với chi phí hợp lý này mang lại một quy trình làm việc dễ tiếp cận, dễ sử dụng, thư viện vật liệu quen thuộc và đáng tin cậy, cùng với độ chính xác và dung sai tương đương với các linh kiện ép khuôn truyền thống. Savewo đã tận dụng khả năng mở rộng linh hoạt của dòng máy này để thành công trong một thị trường khốc liệt và cạnh tranh gay gắt.