Có Ngay Linh Kiện Chất Lượng Trên Tay Chỉ Trong Vài Giờ: Câu Chuyện Form 4L Tại H2scan

“Chất lượng của Form 4L thực sự ở một đẳng cấp khác, nó thật sự đáng kinh ngạc.” Bennet Monnie, Kỹ sư Quy trình Cấp cao, H2scan

Trong suốt 25 năm qua, H2scan đã sản xuất các loại cảm biến hydro phục vụ cho mọi doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực năng lượng hydro. Tất cả các cảm biến đều được thiết kế, sản xuất và hiệu chuẩn ngay tại nhà máy (in-house), đảm bảo sản phẩm cuối cùng luôn an toàn và bền bỉ.

Năm nay, họ ra mắt Hy-Guard, dòng sản phẩm sở hữu lớp vỏ hoàn toàn bằng nhựa, được in 3D trên máy in khổ lớn Formlabs Form 4L. Đặc biệt, họ sử dụng vật liệu Color Resin (nhựa màu) được tùy chỉnh để đồng bộ hoàn toàn với nhận diện thương hiệu. Bằng việc in trực tiếp ra sản phẩm có màu sắc hoàn thiện, H2scan không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn nhiều so với phương pháp ép phun truyền thống.

Christian Thompson, Giám đốc Kỹ thuật Cơ khí chia sẻ:

“Chúng tôi đã gửi mẫu sản phẩm đến nhiều triển lãm thương mại khác nhau. Phản ứng chung của mọi người đều là sự ngỡ ngàng: ‘Chà, cái này là in 3D thật sao? Làm thế nào các anh tạo ra được bề mặt nhám (texture) như thế này trên máy in 3D?’.

Khi chúng tôi hỏi liệu họ có muốn thay đổi chi tiết nào không, họ hoàn toàn không tìm thấy bất kỳ lỗi nào. Khách hàng thực sự ấn tượng với những tính năng mà chúng tôi đạt được trên một sản phẩm được sản xuất hoàn toàn bằng in 3D.”

Kể từ dòng máy Form 2, máy in 3D resin của Formlabs đã trở thành một phần không thể thiếu trong quy trình phát triển sản phẩm tại H2scan. Giờ đây, Form 4L đã thúc đẩy mạnh mẽ cả khâu tạo mẫu và sản xuất, trao quyền cho các kỹ sư khả năng tạo mẫu nhanh, làm khuôn nhanh (rapid tooling) và sản xuất các linh kiện cuối cùng (end-use parts) cho các lô hàng thực tế.

Trong đội ngũ này, Christian Thompson chịu trách nhiệm thiết kế các thành phần kim loại, vỏ máy và cụm cơ khí cho cảm biến H2scan, sử dụng in 3D để tạo mẫu và phát triển các bộ phận chứa thiết bị điện tử. Trong khi đó, Bennet Monnie tập trung vào việc cải thiện hiệu quả quy trình hiệu chuẩn và lắp ráp cảm biến.

H2scan hiện đang vận hành 10 máy in từ nhiều hãng khác nhau, bao gồm cả máy in FDM cho những ý tưởng sơ bộ (như Thompson gọi là “quick and dirty concepts”) và các dòng máy in resin chi phí thấp. H2scan bắt đầu sử dụng máy in Formlabs từ năm 2020 với Form 2, nhưng chính Form 4L mới là thiết bị tạo nên cuộc cách mạng về tiến độ công việc của họ.

Bennet Monnie giải thích:

“Tại sao lại là Formlabs? Vì sự dễ sử dụng. Nó cực kỳ thân thiện với người dùng. Bạn không cần phải là một kỹ sư mới biết cách vận hành máy in, nó thật sự tuyệt vời và có tính lặp lại rất cao (repeatable). Chúng tôi có thể đào tạo kỹ thuật viên cách in và khai thác tối đa công năng của thiết bị. Đó chính là lý do giữ chân chúng tôi ở lại với Formlabs.”

Form 4L: Khác biệt một trời một vực

Christian Thompson, Giám đốc Kỹ thuật Cơ khí tại H2scan hào hứng chia sẻ:

“Form 4L khác biệt hoàn toàn so với Form 3, cứ như đi trước cả vài năm ánh sáng vậy. Chúng tôi đang sản xuất liên tục với tốc độ cao. Tốc độ của Form 4L thực sự làm tôi choáng ngợp. Mọi người trong team tranh nhau sử dụng máy Form 4L vì họ có thể cầm chi tiết trên tay chỉ sau 2 tiếng thay vì phải đợi 6 tiếng. Ai cũng mê chiếc máy này. Nếu Form 3 in được một hoặc hai mẻ, thì Form 4L có thể hoàn thành tới 10 mẻ trong cùng khoảng thời gian.”

Dòng máy in 3D Form 4 Series có tốc độ nhanh gấp 2-5 lần so với dòng Form 3, cho phép các kỹ sư thực hiện nhiều lần tinh chỉnh thiết kế trong một ngày, hoặc hoàn thiện các chi tiết lớn ngay trong ngày.

Để so sánh, dòng Form 3+ có bàn in kích thước 5.7 x 5.7 inch và thể tích in 4.05 L. Trong khi đó, Form 4L sở hữu bàn in lên tới 13.9 x 7.7 inch cùng thể tích in khổng lồ 24.2 L (thậm chí còn lớn hơn cả dòng Form 3L trước đây).

Sức mạnh này đến từ công nghệ MSLA (Masked Stereolithography) trên dòng Form 4. Công nghệ này cho phép phơi sáng toàn bộ một lớp in cùng lúc. Điều này nghĩa là dù bạn in một chi tiết hay xếp đầy kín bàn in, thời gian hoàn thành vẫn y hệt nhau, giúp tăng năng suất lên đáng kể.

Không chỉ vượt trội về tốc độ và sản lượng, Form 4L còn mang lại độ chính xác tuyệt đối với các chi tiết sắc sảo.

Bennet Monnie, Kỹ sư Quy trình Cấp cao cho biết:

“Chúng tôi in các bộ phận có sẵn ren. Thỉnh thoảng chúng tôi dùng mũi ta-rô vặn lại thử cho vui thôi, chứ thực ra chúng bước ra từ máy in gần như đã hoàn hảo. Chúng tôi có thể sử dụng chúng ngay lập tức.”

Bên cạnh các chi tiết ren, một số bộ phận còn được tạo nhám (texture) có chủ đích. Thompson nhận định rằng các máy in resin khác thường gặp khó khăn khi tái tạo các vân nhám mịn trên cả bề mặt phẳng lẫn bề mặt cong, nhưng Form 4L lại xử lý rất mượt mà.

Monnie bổ sung thêm rằng lớp vân nhám này không chỉ tạo độ bám tốt hơn mà còn mang lại cảm giác cao cấp khi cầm nắm, điều mà theo ông: “chúng tôi sẽ rất chật vật mới có thể đạt được nếu sử dụng phương pháp ép phun.”

Cầm trên tay linh kiện chỉ sau ba giờ

Bennet Monnie chia sẻ về giá trị của tốc độ:

“Khả năng tinh chỉnh thiết kế chỉ trong vòng ba giờ là vô giá. Chúng tôi không còn phải đợi hàng tuần để nhận linh kiện mới, hay phụ thuộc vào các xưởng gia công bên ngoài. Yếu tố thời gian khi in trên Form 4L đã tăng tốc đáng kể quy trình phát triển sản phẩm mới của chúng tôi.”

Tốc độ in chính là yếu tố cốt lõi của việc tạo mẫu nhanh (rapid prototyping) đúng nghĩa. Nếu các dòng máy in 3D thế hệ trước giúp đưa quy trình tạo mẫu vào nội bộ (in-house), giảm thời gian chờ từ nhiều tuần xuống vài ngày, thì Form 4L tiếp tục rút ngắn khoảng cách đó xuống chỉ còn vài giờ.

Nếu không có khả năng tự in 3D, Thompson sẽ phải tốn thời gian đặt hàng linh kiện hoặc tìm đến các đơn vị gia công khuôn ép nhanh. Ông ngán ngẩm nhớ lại: “Mỗi đơn đặt hàng như thế đều cần phải giải trình và làm chậm tiến độ công việc vì cần tới năm người phê duyệt.” Với Form 4L, ông có thể đi thẳng từ bản vẽ trên màn hình ra máy in.

Christian Thompson hào hứng:

“Chúng tôi có thể trao sản phẩm tận tay các bên liên quan ngay lập tức. Thay vì vài tuần, giờ đây chỉ mất vài giờ để chúng tôi nói: ‘Đây là phiên bản tiếp theo’.

Cảm giác nhìn một vật thể trên màn hình khác xa hoàn toàn so với việc được trực tiếp cầm nắm và cảm nhận nó. Vì vậy, trong các cuộc họp hàng tuần, chúng tôi có thể bày ra 6 phiên bản khác nhau của một sản phẩm để mọi người đánh giá. Và trái tim của quy trình đó chính là Form 4L.”

Đối với cả Monnie và Thompson, việc có sản phẩm trên tay chỉ sau vài giờ mang lại một quyền năng rất lớn.

Khả năng cho các bên liên quan và khách hàng xem một mẫu vật trông giống hệt thành phẩm ngay cả khi nó chưa hoàn thiện, đảm bảo rằng họ biết chính xác mình sẽ nhận được gì và nó sẽ tích hợp vào hệ thống của họ ra sao. Điều này xóa bỏ mọi sự ngỡ ngàng hay hiểu lầm không đáng có từ phía khách hàng.

Monnie cho biết nhiều khách hàng khi nhìn thấy sản phẩm thậm chí không tin rằng nó được in 3D, bởi chất lượng bề mặt tương đương với đúc ép khuôn. “Nó cho phép chúng tôi mang lại trải nghiệm khách hàng thực sự xuất sắc,” ông khẳng định.

Làm khuôn in 3D cho công nghệ đúc áp lực thấp

Một trong những công cụ đắc lực mà Monnie sử dụng là máy đúc áp lực thấp (low-pressure molding machine). Ông chia sẻ:

“Chúng tôi vốn sử dụng khuôn thép mềm (mild steel) cho quy trình này, nhưng gần đây đã thử nghiệm dùng nhựa Rigid 10K Resin in trên Form 4L để làm khuôn cho các lô sản xuất nhỏ, và kết quả thực sự thành công.”

Rigid 10K Resin là loại vật liệu được gia cường hàm lượng lớn sợi thủy tinh (glass-filled), có khả năng chịu nhiệt cao, chuyên dùng cho các chi tiết đòi hỏi độ chính xác kích thước và sự ổn định dưới áp suất và nhiệt độ lớn.

Khi kết hợp vật liệu này với bàn in kích thước lớn (Build Platform L) của Form 4L, Thompson nhận định: “Kích thước bàn in lớn cho phép chúng tôi thiết kế và bố trí khuôn hiệu quả hơn hẳn. Bạn có thể in được nhiều chi tiết khuôn cùng lúc trong một lần chạy thay vì chỉ in lẻ tẻ từng cái.”

Bennet Monnie nhấn mạnh sự thay đổi trong tư duy sản xuất:

“Form 4L và Rigid 10K Resin thực sự thay đổi cách chúng tôi tư duy về quy trình thiết kế lặp lại (iterative design). Chúng tôi không cần phải tốn tiền đặt làm khuôn mẫu thử nghiệm bên ngoài nữa.

Chúng tôi có thể thực hiện toàn bộ việc tạo mẫu ngay tại nhà máy trước khi quyết định có chuyển sang sản xuất số lượng lớn hay không. Điều này thực sự đã tăng tốc quy trình làm việc của chúng tôi lên rất nhiều.”

Trước khi sử dụng Rigid 10K Resin, Thompson từng dùng High Temp Resin, nhưng gặp một số hạn chế:

“Chúng tôi nhận thấy vật liệu chịu nhiệt cũ (High Temp Resin) khá giòn, nên khuôn không dùng được lâu. Dù chúng tôi có máy in để in lại cái mới bất cứ lúc nào, nhưng việc chuyển sang Rigid 10K Resin đã mang lại những bộ khuôn hữu dụng hơn, cứng cáp hơn và có vòng đời sử dụng cao gấp 5 lần.”

Việc sở hữu một vật liệu bền bỉ, không bị nứt vỡ (chipping) và có bề mặt in sắc nét là yếu tố then chốt. Nó giúp giảm thiểu công đoạn hậu kỳ, tiết kiệm thời gian và nhân lực, đồng thời tối đa hóa hiệu suất sử dụng, từ đó kéo giảm chi phí trên mỗi sản phẩm. Thêm vào đó, khả năng tự in khuôn nội bộ giúp rút ngắn thời gian quy trình lên tới vài tuần lễ.

Sản xuất linh kiện cuối cùng: Vỏ nhựa in 3D hoàn thiện

Năm nay, H2scan chính thức ra mắt Hy-Guard, dòng sản phẩm ứng dụng công nghệ cảm biến hydro cốt lõi của hãng trong một kiểu dáng hoàn toàn mới, nhằm tăng cường độ an toàn cho các ứng dụng giám sát pin. Điều đáng nói là phần lớn các chi tiết trên lớp vỏ lớn của sản phẩm này đều được in trên máy Form 4L.

Thompson chia sẻ: “Sản phẩm này rất đặc biệt vì chúng tôi kết hợp nhiều loại nhựa Formlabs khác nhau để mang lại vẻ ngoài tinh tế và hoàn thiện nhất.”

Nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất cho sản phẩm mới, Monnie bắt đầu bằng việc in các cụm ống dẫn khí (manifolds) bằng vật liệu Tough 2000 Resin, loại nhựa có độ bền và độ cứng tương đương nhựa ABS.

“Tôi có thể in một bộ vỏ tùy chỉnh kèm theo gioăng làm kín bề mặt (face seal), thực hiện quy trình hiệu chuẩn và tinh chỉnh kiểu dáng liên tục để tìm ra kết quả tốt nhất.”

Đối với Monnie, dung sai chặt chẽ của các chi tiết in từ Form 4L đồng nghĩa với việc ông có thể in xong và mang đi kiểm tra ngay lập tức. Và nếu cần thay đổi thiết kế, mọi việc chỉ mất vài giờ thay vì vài ngày hay vài tuần.

Bennet Monnie so sánh chi phí một cách thực tế:

“Chỉ riêng với Hy-Guard, chúng tôi đang in 8 bộ phận khác nhau. Nếu chọn phương pháp ép phun truyền thống, chi phí đầu tư khuôn mẫu sẽ cao gấp 5 lần, đó là chưa kể các chi phí phát sinh liên tục và thời gian chờ hàng (lead time) kéo dài.”

H2scan đã đầu tư hai máy in Form 4L cùng bộ máy rửa Wash L và máy sấy Cure L, với tổng chi phí chỉ bằng số tiền họ thường chi cho một bộ khuôn ép phun. Với Form 4L, họ có được cả ba yếu tố: tốc độ, sự linh hoạt và tiết kiệm chi phí.

“Tôi không còn phải chạy đến các xưởng gia công, sửa đi sửa lại 3 lần rồi mòn mỏi đợi 8 tuần mới bắt đầu được thử nghiệm. Máy in này thực sự đã định nghĩa lại cách chúng tôi tư duy về phát triển sản phẩm mới và cải tiến quy trình sản xuất.” Bennet Monnie nhấn mạnh.

Ban đầu, vỏ của Hy-Guard dự kiến được in bằng Tough 2000 Resin, sau đó sẽ qua các bước sơn và phủ bảo vệ. Thompson cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng ngay cả khi cộng thêm các bước sơn phủ, việc in bằng Tough 2000 vẫn rẻ hơn so với ép phun. Chi phí ép phun quá đắt đỏ, tạo ra rào cản lớn để chúng tôi đưa sản phẩm mới này gia nhập thị trường.”

Đúng lúc đó, dòng nhựa màu Color Resin của Formlabs ra mắt. Formlabs đã sử dụng bảng màu Pantone để tạo ra các tùy chọn màu sắc sát nhất với yêu cầu của H2scan.

“Chúng tôi chọn màu ưng ý nhất, họ gửi đúng loại nhựa đã pha màu đó, và từ đó đến nay chúng tôi đã đặt hàng chục lít vật liệu này cho các đợt sản xuất đầu tiên,” Thompson kể. Với Color Resin, “Tất cả những gì chúng tôi cần làm là gỡ bỏ cấu trúc hỗ trợ (support), xử lý bề mặt đơn giản, chà nhám và làm sạch là xong.”

Phản ứng của các bên liên quan và khách hàng đối với Hy-Guard là sự ngạc nhiên và thán phục khi biết lớp vỏ được in 3D. Thompson tự hào: “Khi trao cho họ một sản phẩm mà họ có thể cầm nắm, sờ tận tay, giá trị mang lại là cực lớn. Điều đó đã tạo nên tiếng vang rất tốt cho dòng sản phẩm Hy-Guard.”

Sẵn sàng trưng bày với vật liệu Clear Resin

Christian Thompson chia sẻ về bí quyết tiếp thị sản phẩm:

“Bình thường, bạn sẽ không nhìn thấy được ‘nội thất’ hay các phần tử cảm biến thực sự bên trong sản phẩm. Vì thế, chúng tôi đã tạo ra hàng loạt phiên bản vỏ trong suốt để có thể phô diễn những gì chúng tôi thực sự đang bán – chính là phần lõi công nghệ bên trong. Vật liệu Clear Resin gần đây đã hỗ trợ cực kỳ hiệu quả cho việc bán hàng của chúng tôi.”

Clear Resin là loại vật liệu có độ trong suốt vượt trội và màu sắc trung tính. Khi được in trên dòng máy Form 4 Series, độ quang học cao và bề mặt láng mịn của nó có thể sánh ngang với bề mặt hoàn thiện của nhựa Acrylic (mica). Điều này biến nó thành lựa chọn tối ưu cho các chi tiết như vỏ máy, nơi khả năng nhìn xuyên thấu là yếu tố then chốt.

Rút ngắn tiến độ và mở rộng khả năng ứng dụng vật liệu

Từ việc sản xuất vỏ máy thương mại đến chế tạo khuôn mẫu, ứng dụng in 3D trên Form 4L đã giúp Thompson và Monnie rút ngắn đáng kể tiến độ công việc. Thiết bị này cho phép họ tạo ra đa dạng các sản phẩm: từ mẫu thử ngoại quan (looks-like prototypes), mẫu trưng bày, các cụm ống dẫn khí (manifolds) cho đến những bộ vỏ máy hoàn thiện để sử dụng thực tế.

Tận dụng ưu điểm thay thế vật liệu dễ dàng trên Form 4L, Thompson và Monnie đã biến việc thử nghiệm các loại nhựa mới thành cơ hội sáng tạo. Họ khai thác thể tích in lớn của máy để in khuôn bằng Rigid 10K Resin, đồng thời triển khai Color Resin, dòng nhựa đa năng cho phép tùy chỉnh màu sắc theo ý muốn.

Với thư viện vật liệu phong phú trong tay, đội ngũ H2scan giờ đây có thể linh hoạt lựa chọn loại nhựa tối ưu nhất cho từng ứng dụng cụ thể, bất kể đó là sản xuất linh kiện cuối cùng, làm khuôn mẫu hay tạo mẫu nhanh.