CÁCH FORD PHÁT TRIỂN MẪU EXPLORER MỚI SỬ DỤNG MÁY IN 3D SLA VÀ SLS CỦA FORMLABS

Ngành công nghiệp ô tô đang trải qua sự chuyển đổi nhanh chóng khi cảm nhận của người tiêu dùng và các yêu cầu quy định ngày càng tạo ra áp lực lớn trong việc chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang xe điện. Ford đang dẫn đầu xu hướng này, giống như cách họ đã làm với việc sản xuất mẫu xe Model T và giới thiệu dây chuyền lắp ráp hơn 100 năm trước, và kế hoạch chỉ bán xe điện tại châu Âu vào năm 2030.

Công ty Ford Motor là nhà sản xuất ô tô lớn thứ sáu trên thế giới, sản xuất hơn 4 triệu xe mỗi năm và tạo việc làm cho hơn 175.000 nhân viên trên toàn cầu. Trung tâm hoạt động chính của Ford tại châu Âu là Ford Cologne, được thành lập vào năm 1930 và nổi tiếng với việc lắp ráp mẫu xe Ford Fiesta.

Liền kề với nhà máy, PD Merkenich đóng vai trò là trung tâm phát triển, chịu trách nhiệm thiết kế tất cả các mẫu xe du lịch cho thị trường châu Âu từ đầu, bao gồm các mẫu thành công như Fiesta, Focus, Kuga, và gần đây là Explorer hoàn toàn chạy điện, mẫu xe điện đầu tiên cho thị trường châu Âu, vừa bắt đầu sản xuất hàng loạt tại nhà máy lắp ráp Cologne. Đội ngũ này cũng hỗ trợ phát triển các phương tiện thương mại, hợp tác với Trung tâm Kỹ thuật Dunton của Ford tại Anh.

Vậy, làm thế nào mà Ford giữ vững được sự cạnh tranh mạnh mẽ và chu kỳ phát triển ngày càng ngắn lại? Hãy tiếp tục đọc để khám phá Trung tâm Công nghệ Nhanh PD Merkenich, nơi đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các mẫu thử nhanh cho việc phát triển sản phẩm.

Các Công Cụ Sản Xuất Nguyên Mẫu Ô Tô Toàn Quy Mô

“Việc tạo nguyên mẫu rất quan trọng trong quá trình phát triển. Nó cho phép kỹ sư kiểm tra thiết kế. Nếu bạn cần phải sửa lại công cụ đúc nhựa hay công cụ sản xuất sau này, điều này sẽ rất tốn kém. Nó cần nhiều thời gian, và trong trường hợp xấu nhất, sản xuất sẽ bị ngừng. Điều này có thể tránh được khi sử dụng nguyên mẫu và áp dụng tất cả các công nghệ hiện có,” ông Sandro Piroddi, Giám sát viên Trung tâm Công nghệ Nhanh tại Ford, cho biết.

Sản xuất nguyên mẫu xe ô tô toàn quy mô đòi hỏi một loạt các công cụ khác nhau. Trung tâm Công nghệ Nhanh là một cơ sở rộng lớn, được trang bị các phương pháp chế tạo tiên tiến nhất: nó có các máy ép nhựa, công cụ tạo hình và một loạt các công cụ gia công cắt gọt. Ví dụ: máy phay có thể xử lý các tấm khung xe lớn nhất.

Tất nhiên, danh sách này không thể thiếu công nghệ sản xuất bổ sung. PD Merkenich thực sự là xưởng đầu tiên ở châu Âu sử dụng máy in 3D công nghệ stereolithography (SLA) vào năm 1994 và kể từ đó đã mở rộng đội ngũ máy in 3D với công nghệ fused deposition modeling (FDM), SLA và selective laser sintering (SLS) dùng cho nhựa, cũng như máy in 3D kim loại.

Mặc dù các mô hình khái niệm ban đầu vẫn được phát triển từ đất sét, nhưng khi quá trình phát triển sản phẩm tiến vào các giai đoạn sau và mỗi thành phần trở nên gần với hình dạng cuối cùng, việc kiểm tra cả hình thức lẫn chức năng với các vật liệu và quy trình gần giống sản xuất thực tế ngày càng trở nên quan trọng.

Công nghệ sản xuất bổ sung rất quan trọng trong quá trình phát triển. Nó giúp bạn sản xuất các bộ phận rất nhanh chóng, hiệu quả và giảm chi phí. Bạn cũng có khả năng phản ứng ngay lập tức. Khi nhìn vào sự phát triển theo hướng điện hóa, thời gian phát triển ngày càng ngắn lại, điều này có nghĩa là thời gian bạn có để phát triển và kiểm tra các bộ phận của xe cũng rút ngắn, vì vậy, công nghệ này trở nên rất quan trọng trong quá trình phát triển. Nó giúp bạn cạnh tranh hơn so với các đối thủ.

Ông Sandro Piroddi, Giám sát viên Trung tâm Công nghệ Nhanh, Ford

Do các lịch trình phát triển ngày càng bị nén lại, Trung tâm Công nghệ Nhanh liên tục tìm kiếm các tiến bộ trong lĩnh vực sản xuất bổ sung để có thể đẩy nhanh việc cung cấp các thành phần.

Phát Triển Nguyên Mẫu Thiết Kế Với In 3D SLA

Máy in 3D SLA chủ yếu được sử dụng trong xưởng để tạo nguyên mẫu thiết kế, yêu cầu chất lượng bề mặt tốt và cần được sản xuất nhanh chóng để thử nghiệm nhanh. Máy in 3D Formlabs đầu tiên của PD Merkenich là Form 2, nhưng họ nhanh chóng mở rộng đội máy của mình với nhiều đơn vị máy để bàn và một máy in 3D SLA kích thước lớn Form 3L. Gần đây, họ là một trong những công ty đầu tiên sở hữu máy Form 4, máy in 3D MSLA mới nhất của Formlabs.

“Form 4 rất nhanh, tôi nghĩ đây là máy tốt nhất mà tôi đã thấy cho đến nay về tốc độ. Đây thực sự là một nâng cấp rất tốt so với các mẫu trước. Nó dễ vận hành hơn, vì vậy các nhân viên trong xưởng của chúng tôi dễ dàng học cách làm việc với máy và tạo ra các bộ phận có chất lượng tốt,” ông Bruno Alves, Chuyên gia Sản xuất Bổ sung và Chuyên gia Công cụ tại Ford, chia sẻ.

“Làm việc với Form 4, thật sự là một bước ngoặt. Tốc độ của máy in sẽ thay đổi quy trình làm việc của chúng tôi. Chúng tôi có thể giao nhiều bộ phận hơn, năng suất cao hơn. Chúng tôi linh hoạt hơn nếu có yêu cầu khẩn cấp. Bây giờ chúng tôi có thể làm được điều này nhờ Form 4,” ông Sandro Piroddi, Giám sát viên Trung tâm Công nghệ Nhanh tại Ford, cho biết.

“Một vài năm trước, việc in 3D mất vài ngày, nhưng giờ chúng tôi chỉ in các bộ phận trong vài phút. Vì vậy, các kỹ sư không còn sợ phải tạo ra thiết kế mới, các phiên bản thử nghiệm mới, vì họ biết rằng họ sẽ nhận được các bộ phận rất nhanh,” Alves bổ sung.

Tốc độ in nhanh hiện nay giúp đội ngũ RTC hoàn thành nhiều yêu cầu trong vòng chưa đầy 24 giờ — ngay cả những yêu cầu từ Anh, nơi họ có thể giao các bộ phận nhanh chóng qua vận chuyển qua đêm.

Với mẫu Explorer mới, đội ngũ đã tận dụng in 3D SLA để kiểm tra thiết kế của nhiều bộ phận ngoại thất và nội thất.

“Form 3L giúp chúng tôi in được các bộ phận lớn, ví dụ như các bộ phận thân xe. Chúng tôi đã in nắp gương này để kiểm tra thiết kế. In 3D rất phù hợp với ứng dụng này vì nó nhanh và chúng tôi có thể đạt được chất lượng rất tốt so với các bộ phận sản xuất hàng loạt,” Alves nói.

Kiểm Tra Các Bộ Phận Cơ Khí Với In 3D SLS

Xưởng cũng vận hành một loạt các máy in 3D SLS lớn được sử dụng để kiểm tra các bộ phận cơ khí.
“Chúng tôi luôn cố gắng thử nghiệm và xác nhận các vật liệu giống với những vật liệu được sử dụng trong sản xuất hàng loạt. Máy Fuse 1+ sử dụng vật liệu PA-12 [nylon], rất giống với các bộ phận sản xuất hàng loạt qua đúc nhựa,” ông Alves chia sẻ.

Mặc dù đội ngũ cũng có các máy in 3D SLS kích thước lớn có thể in các tấm thân xe lớn, nhưng họ ưu tiên sử dụng máy Fuse 1+ 30W cho bất kỳ bộ phận nào có thể phù hợp với dung tích xây dựng của máy.

“Máy Fuse 1+ nhanh hơn nhiều so với các đối thủ. Nó cũng rất dễ vận hành đối với công nhân của chúng tôi. Cuối cùng, điều quan trọng đối với chúng tôi là nó giúp giao các bộ phận nhanh hơn,” ông Bruno Alves, Chuyên gia Sản xuất Bổ sung và Chuyên gia Công cụ tại Ford, cho biết.

Đội ngũ này cũng là một trong những người thử nghiệm beta cho giải pháp làm sạch và đánh bóng tự động Fuse Blast, hoàn thiện quy trình làm việc SLS và đơn giản hóa công đoạn hậu xử lý.
“Máy Blast giúp chúng tôi đẩy nhanh quy trình rất nhiều vì người vận hành không cần phải làm sạch các bộ phận thủ công nữa. Họ chỉ cần cho chúng vào trong hộp và bắt đầu máy. Trước đây, họ phải làm thủ công và điều đó rất mất thời gian. Bây giờ, trong khoảng thời gian đó, các công nhân có thể làm việc khác, giúp chúng tôi tăng tốc quy trình,” Alves cho biết.

Tính tự hỗ trợ của in 3D SLS giúp dễ dàng sản xuất các thiết kế phức tạp. Đối với mẫu Explorer mới, đội ngũ đã sử dụng máy Fuse 1+ 30W để sản xuất các bộ phận và lắp ráp cơ khí khác nhau.
“Đối với nắp sạc này, việc sử dụng SLS là rất quan trọng vì chúng tôi cần một bộ phận có chức năng giúp kiểm tra cơ chế hoạt động. Đây là một thiết kế rất phức tạp mà chúng tôi không thể sản xuất bằng cách khác. Chúng tôi không thể phay bộ phận này. Chúng tôi cũng không thể sử dụng đúc nhựa để sản xuất chỉ một vài mẫu. Vì vậy, cách tốt nhất là in bộ phận này bằng vật liệu mà chúng tôi có thể kiểm tra thực tế,” Alves nói.

Đúc Nhựa Tại Chỗ Với Phụ Kiện Khuôn In 3D

Việc sở hữu các công nghệ đa dạng tại chỗ cũng giúp Trung tâm Công nghệ Nhanh tạo ra các quy trình làm việc kết hợp, ví dụ như kết hợp các quy trình sản xuất truyền thống với công cụ nhanh in 3D.

Tùy thuộc vào ứng dụng mong muốn, đội ngũ có thể chọn quy trình sản xuất và vật liệu phù hợp nhất, với mục tiêu tối ưu hóa chi phí, tốc độ và hiệu quả tổng thể của quy trình làm việc. Trong các thử nghiệm va chạm, ví dụ, các bộ phận phải được chế tạo từ cùng một vật liệu và quy trình như trong sản xuất hàng loạt. Đối với các bộ phận nhựa, quy trình này thường bao gồm đúc nhựa, một quy trình truyền thống đòi hỏi công cụ kim loại đắt đỏ và tốn thời gian.

“Chúng tôi thấy rất nhiều tiềm năng khi sử dụng phụ kiện khuôn in 3D cho đúc nhựa, vì chúng tôi có thể lặp lại thiết kế rất nhanh. Chúng tôi in các buồng khuôn và lõi, sau đó có thể thay đổi chúng trong công cụ và đúc các bộ phận,” ông Alves chia sẻ.

Đối với mẫu Explorer mới, đội ngũ đã sản xuất các bộ phận cao su cho bộ lắp ráp tay nắm cửa bằng phụ kiện khuôn in 3D trong máy đúc nhựa tại chỗ của họ.

“Đây là một quy trình phức tạp vì chúng tôi sử dụng nhiều phụ kiện khuôn và cũng có nhiều thiết kế khác nhau có thể có nhiều phiên bản thử nghiệm. Thông thường, đúc nhựa ngoài sẽ mất khoảng hai đến ba tháng. Nhưng khi sử dụng sản xuất bổ sung nội bộ, chúng tôi có thể rút ngắn quy trình xuống còn khoảng hai tuần, ba tuần tối đa. Với dự án này, nếu phải sử dụng công cụ bên ngoài, sẽ tốn rất nhiều thời gian và chúng tôi sẽ không thể giao bộ phận đúng hạn,” Alves cho biết.

Đẩy Mạnh Hướng Tới Điện Hóa

Cam kết của Ford về một dòng xe hoàn toàn điện vào năm 2030 đặt ra một lộ trình đầy tham vọng cho cơ sở PD Merkenich. Để đạt được các mục tiêu cần thiết, công ty sẽ phải tiếp tục tìm kiếm các công nghệ tiên tiến và thử nghiệm các quy trình làm việc sáng tạo. Để duy trì tính cạnh tranh, họ cần phải vượt qua giới hạn và tích hợp các vật liệu, quy trình, và máy móc mới như công cụ sản xuất tại chỗ và in 3D.

“Các đối thủ của chúng tôi đang tăng tốc quy trình phát triển. Chúng tôi cũng cần phải tăng tốc. Vì vậy, giải pháp là thử nghiệm các vật liệu mới, quy trình mới và máy móc mới ra thị trường. Hiện tại, nếu chúng tôi không có quyền truy cập vào công nghệ sản xuất bổ sung, chúng tôi sẽ không thể cạnh tranh với các đối thủ, chúng tôi sẽ không thể nhanh chóng như vậy. In 3D cho phép chúng tôi, trong thời gian ngắn hơn, có được sản phẩm tốt nhất mà chúng tôi có thể cung cấp cho khách hàng,” ông Alves chia sẻ.