Cách In 3D Nguyên Mẫu, Đồ Gá và Đồ Kẹp Giúp UbeCube Đưa Hoạt Động Sản Xuất Trở Lại Mỹ

Đối với UbeCube, một công ty khởi nghiệp chuyên tạo ra các hệ thống lưu trữ có thể gấp gọn, xếp chồng và mô-đun cho nhiều môi trường và ứng dụng khác nhau thì hiệu quả chi phí và thời gian đưa sản phẩm ra thị trường là yếu tố then chốt. Để đạt được mục tiêu này, họ không chỉ đưa quy trình tạo nguyên mẫu chức năng lớn về nội bộ mà còn đang chuyển toàn bộ hoạt động sản xuất sang Mỹ.

“Chúng tôi hiện đang trong quá trình chuyển đổi từ sản xuất ở nước ngoài sang nhà máy sản xuất của mình tại Grand View, bang Missouri. Việc tạo mẫu đang trở nên quan trọng hơn bao giờ hết khi chúng tôi có thể chế tạo công cụ với tốc độ nhanh hơn.”
Isaiah Tarwater, Nhà thiết kế công nghiệp, UbeCube

Từ các nguyên mẫu có thể vận hành đến các đồ gá và đồ kẹp phục vụ sản xuất, các bộ phận cần được tạo ra nhanh chóng và phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật khắt khe. Với máy in 3D Form 4L của Formlabs, UbeCube có thể nhanh chóng in 3D các nguyên mẫu chắc chắn mà họ cần, đồng thời tạo ra các đồ gá và đồ kẹp giúp tự động hóa nhà máy mới tại Mỹ của họ.

Đưa Việc Tạo Mẫu Kích Thước Lớn Về Nội Bộ

Khi nhà thiết kế công nghiệp Isaiah Tarwater bắt đầu làm việc tại UbeCube, phòng in nội bộ chỉ có hai máy in 3D nhựa giá rẻ. Anh đã mang về hai máy in 3D công nghệ FDM Bambu Lab P1S, nhưng các nguyên mẫu lớn cần được in bằng công nghệ SLA thì vẫn phải thuê ngoài, thường là từ Trung Quốc hoặc nếu cần thời gian giao hàng nhanh hơn thì phải thuê các đơn vị in 3D tại Mỹ. Dù chi phí in ở nước ngoài rẻ hơn so với in 3D thuê tại Mỹ thì thời gian giao hàng lại lâu hơn gấp bốn lần. Tarwater nhận ra tác động tiềm năng mà một máy in SLA cỡ lớn, đáng tin cậy và nhanh chóng có thể mang lại nếu được triển khai ngay tại chỗ.

 

“Trước khi chúng tôi có Form 4L, chúng tôi phải tạo mẫu cho các bộ phận lớn và cần chúng ngay lập tức. Có khi một lô linh kiện mất đến một tháng mới chuyển đến Mỹ và tiêu tốn khoảng 3.000 – 4.000 đô la. Còn nếu in tại một công ty in 3D trong nước thì còn đắt hơn tầm 5.000–6.000 đô. Ở thời điểm đó, việc đầu tư Form 4L không phải là một chiến lược dài hạn nữa, nó tự hoàn vốn chỉ sau hai lần in.”
Isaiah Tarwater, Nhà thiết kế công nghiệp, UbeCube

Tarwater, người đã từng sử dụng các dòng máy in Form trước đó, chọn Form 4L vì dung tích in lớn, độ tin cậy cao và thư viện vật liệu đa dạng của Formlabs.

“Máy in nhựa của Formlabs là loại ít phải canh chỉnh và đáng tin cậy nhất. Độ tin cậy đó, cùng với việc không phải lo khắc phục sự cố, giúp chúng tôi tiết kiệm rất nhiều thời gian, nhiều đến mức khó tin.”
Isaiah Tarwater, Nhà thiết kế công nghiệp, UbeCube

Công nghệ in FDM được dùng cho các nguyên mẫu ban đầu, kiểm tra độ khớp và thử nghiệm cảm giác cầm nắm.

“Ngay khi chúng tôi cần nguyên mẫu có chất lượng gần như ảnh chụp hoặc khi cần xem xét kỹ các góc thoát khuôn và đo lường một cách chính xác, lúc đó chúng tôi chuyển sang dùng Form 4L. Và nếu đó là một bộ phận cần hoạt động giống hệt như khi được sản xuất bằng ép phun, tôi sẽ chọn công nghệ SLA.”
Isaiah Tarwater, Nhà thiết kế công nghiệp, UbeCube

Khi tạo mẫu với Form 4L, loại nhựa Black Resin V5 (thuộc dòng nhựa đa dụng) được sử dụng cho các bộ phận không chịu lực căng hoặc xoắn, nhưng có thể cần xoay một góc tư để lắp ráp. Tarwater chia sẻ: “Với mức giá đó, hoàn toàn hợp lý.” Một loại nhựa đa dụng khác, Clear Resin V5, được sử dụng để tạo mẫu thị giác cho các nắp sẽ được sản xuất bằng polycarbonate.

Các Mối Ghép Gài Với Nhựa Tough 1500 Resin V2

“Phần lớn sản phẩm của chúng tôi được làm từ polypropylene, và Tough 1500 Resin V2 cho phép chúng tôi mô phỏng chất liệu đó một cách chính xác.”
Isaiah Tarwater, Nhà thiết kế công nghiệp, UbeCube

Đối với việc tạo mẫu chức năng, UbeCube sử dụng Tough 1500 Resin V2. Phần lớn khuôn mẫu của công ty là loại hai phần, không có thanh trượt, vì vậy họ tập trung vào khả năng tháo khuôn từ trước ra sau và các mối ghép gài. Do đó, việc có thể tạo các góc thoát khuôn và mối ghép gài chính xác trên nguyên mẫu là rất quan trọng, cũng như khả năng sản xuất nhanh các nguyên mẫu lớn, bản thử nghiệm duy nhất chỉ sau một đêm.

Tough 1500 Resin V2 là một loại vật liệu bền chắc, dẻo dai và đàn hồi, có đặc tính tương đương với polypropylene. Tarwater từng sử dụng phiên bản V1 của loại nhựa này, nhưng nhận thấy rằng công thức mới đã được cải thiện đáng kể, có thể chịu được các chu trình thử nghiệm lặp lại mà không bị nứt gãy hay biến dạng.

Các nguyên mẫu được in bằng Tough 1500 Resin V2 đủ bền để trải qua các chu trình kiểm thử liên tục cần thiết và có hình thức giống như sản phẩm cuối cùng được ép phun.

Hộp Đựng Đồ Nghề (The Tackle Box)

Tackle Box của UbeCube là một sản phẩm có kích thước khoảng 12,5 x 12,5 x 4 inch, được tạo mẫu trên máy Form 4L bằng nhựa Tough 1500 Resin V2. Chiếc hộp này tận dụng toàn bộ dung tích in 13,9 x 7,7 x 13,8 inch (tương đương 24,2 lít) của Form 4L, điều mà trước đây không thể thực hiện được nếu chỉ dựa vào hệ thống nội bộ. Việc in bằng Tough 1500 Resin V2 đồng nghĩa với việc đây là một nguyên mẫu chức năng thực thụ.

Phần nắp của hộp có một điểm dừng giữa chừng, giúp giữ nắp mở ở tư thế lưng chừng trước khi mở hoàn toàn. Việc có một nguyên mẫu vận hành thực tế cho phép Tarwater “kiểm tra độ ma sát và phần gờ chặn đó trong từng vòng thử nghiệm. Một sai số chỉ 0,25 mm cũng có thể quyết định việc nắp có đứng yên hay không, bị rơi xuống hoặc trở nên quá khó mở hoàn toàn. Đó chính là điều mà chúng tôi đang tinh chỉnh ngay lúc này thông qua các bản in 3D.”

Sản Xuất Tiết Kiệm và Hiệu Quả Tại Mỹ Với Các Đồ Gá In 3D

Tackle Box sẽ là sản phẩm đầu tiên của UbeCube được phát triển và sản xuất hoàn toàn tại Hoa Kỳ. Sản phẩm sẽ được sản xuất bằng phương pháp ép phun tại cơ sở sản xuất mới của UbeCube, sử dụng các đồ gá và đồ kẹp cũng được in 3D bằng Form 4L.

“Chúng tôi không có thời gian để chờ đợi 9 tháng đến 1 năm chỉ để một bộ khuôn được hoàn thành tại nhà máy nước ngoài. Chúng tôi cần nó càng sớm càng tốt. Vì vậy, chúng tôi sẵn sàng đầu tư thêm công sức ban đầu nếu điều đó giúp tiết kiệm chi phí và đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn.”
Isaiah Tarwater, Nhà thiết kế công nghiệp, UbeCube

UbeCube hiện đang triển khai việc đưa sản xuất về Mỹ, xây dựng tại một cơ sở ngay bên cạnh. Trong sản xuất tại Mỹ, chi phí lao động là yếu tố đắt đỏ nhất, nên UbeCube đang tự động hóa nhiều công đoạn nhất có thể.

“Nếu chúng tôi phải thuê nhiều lao động tại Mỹ cho việc lắp ráp và giám sát máy móc, thì về mặt tài chính sẽ không hiệu quả, chúng tôi thà tiếp tục sản xuất ở nước ngoài, kể cả phải chịu thuế nhập khẩu. Một trong những động lực lớn nhất, cũng là lý do khiến chúng tôi mất nhiều thời gian để đạt được sản xuất hoàn toàn tại Mỹ là vì chúng tôi đang xây dựng một quy trình sản xuất gần như tự động hoàn toàn. Chúng tôi sử dụng rất nhiều đồ gá định vị và các bộ phận đặt khí nén. Với Rigid 4000 Resin, chúng tôi có thể in ra những linh kiện đáng tin cậy có thể chịu được hàng trăm chu trình.”
Isaiah Tarwater, Nhà thiết kế công nghiệp, UbeCube

Quá trình xây dựng hệ thống tự động hóa này bao gồm việc in các đồ gá và đồ kẹp có khả năng chịu đựng hàng trăm chu kỳ sử dụng. Với những chi tiết như vậy, Tarwater lựa chọn Rigid 4000 Resin, một loại nhựa pha thủy tinh có độ cứng tương đương với các nhựa kỹ thuật như PEEK và PEKK, đồng thời có khả năng kháng nhiệt và kháng hóa chất rất cao.

Tăng Tốc Đưa Sản Phẩm Ra Thị Trường

Đối với một công ty khởi nghiệp linh hoạt như UbeCube, việc đưa sản phẩm ra thị trường càng nhanh càng tốt là yếu tố then chốt. Bên cạnh khả năng tạo mẫu nhanh các sản phẩm chức năng và giống thực tế, Tarwater còn đang nghiên cứu cách thêm kết cấu bề mặt cho các bộ phận, mô phỏng hiệu ứng của chất tạo bọt thường được dùng để tạo bề mặt cho các sản phẩm ép phun.

“Việc có thể tạo ra một sản phẩm trông như sản phẩm thực thụ thay vì chỉ là nguyên mẫu in 3D thực sự rất quan trọng,” Tarwater chia sẻ. Với một nguyên mẫu có hình thức giống sản phẩm thật, có thể chụp ảnh quảng bá ngay cả khi sản phẩm chưa sẵn sàng giao hàng, từ đó rút ngắn thời gian đưa ra thị trường.

In 3D các đồ gá và đồ kẹp trên máy Form 4L cũng góp phần giúp UbeCube tăng tốc, hỗ trợ quá trình tự động hóa sản xuất tại Mỹ, đồng thời tiết kiệm chi phí lao động và thời gian chờ đợi để có khuôn mẫu sản xuất.

Bằng cách đưa công nghệ in 3D về nội bộ, UbeCube có thể kiểm soát tiến độ, tăng hiệu quả chi phí và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.