“Nhà máy ảo” tối ưu quy trình in 3D

156

In 3D đã cách mạng hóa ngành sản xuất, cắt giảm thời gian từ thiết kế đến sản xuất thương mại, còn Virfac lại cách mạng hóa quá trình in 3D.

Những công nghệ hiện đại như in 3D cho phép kỹ sư cắt giảm chi phí và thời gian sản xuất nguyên mẫu. Ảnh: GE Additive.

Để có một lá thư hoàn chỉnh, ta cũng thường phải cẩn thận chỉnh sửa từng câu, từng chữ trước khi in. Tương tự với in 3D, các kỹ sư mất rất nhiều thời gian để tinh chỉnh mô hình in trên máy tính để có mẫu thiết kế tốt nhất. Với văn bản, thứ ta cần là một công cụ soạn thảo xịn, còn với in 3D, thứ các chuyên gia cần là một phần mềm tinh xảo, có thể mô phỏng mọi tình huống để giúp họ hoàn thiện thiết kế. Ít có người nào am hiểu về loại công cụ kỹ thuật số này như Laurent D’Alvise và Michel Delanaye, cha đẻ của Virfac.

Virfac là một hệ thống phần mềm cho phép kỹ sư mô phỏng những tình huống giả lập, giúp họ dự trù kinh phí, cắt giảm chi phí và lên kế hoạch thời điểm ra mắt thị trường. Trong khi hình thức thử nghiệm thực tế có thể tốn nhiều thời gian và tiền bạc, “giải pháp mô phỏng sẽ giúp bạn làm điều tương tự một cách dễ dàng trên máy tính”, theo D’Alvise.

Virfac xử lý cực tốt những quy trình sản xuất phức tạp như sản xuất đắp lớp, trong đó có in 3D. Các kỹ sư có thể sử dụng công cụ này để kiểm tra những biến dạng hình thái tiềm ẩn của các chi tiết “in” bằng nhựa và kim loại, cũng như các chi tiết cụ thể tương tự loại dùng cho máy bay chở khách.

In 3D vốn đang được GE áp dụng rộng rãi trong sản xuất linh kiện động cơ máy bay, tua-bin khí, máy chụp y tế và nhiều thiết bị khác. Công ty rất thích ý tưởng tối ưu hóa quy trình của Virfac, vì vậy, họ đã mua lại cả phần mềm cùng công ty sản xuất ra nó là GeonX vào tháng 11 năm ngoái.

GE bắt đầu kinh doanh sản xuất đắp lớp vào năm 2016. Hãng đi theo xu hướng đổi mới là giảm bớt dây chuyền lắp ráp và gia tăng sản xuất linh kiện có độ tùy biến cao. Xu hướng này từng bị xem là quá đắt đỏ hoặc quá phức tạp để theo đuổi, nhưng mọi chuyện đã thay đổi nhờ có những công nghệ hiện đại như in 3D. Các kỹ thuật tân tiến này giúp kỹ sư tiết kiệm thời gian và chi phí chế tạo nguyên mẫu hơn bao giờ hết.

Suối nguồn sáng tạo lại không có điểm dừng. Từ nền tảng in 3D, những công cụ mô phỏng như Virfac có thể cắt giảm thêm nhiều thời gian và chi phí sản xuất nguyên mẫu. Nó giúp các chuyên gia tính toán hàng nghìn thông số để cho ra đời thiết kế tối ưu nhất trước khi tiến hành in sản phẩm.

Công nghệ này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ – lĩnh vực đang ứng dụng in 3D rộng rãi. Một trong những thành tựu lớn in 3D mang đến cho ngành này là giúp GE Aviation kết hợp 855 chi tiết động cơ máy bay thành 12 mảng linh kiện.

Tuy nhiên, các chi tiết càng phức tạp, các kĩ sư thiết kế càng phải loại bỏ nhiều ứng suất và lực tác động hiếm gặp. Ví dụ, một chi tiết khớp nối có thể bị gãy nứt trong thực tế hoặc một chi tiết có hình dạng cầu kỳ thường làm chậm cả quá trình thiết kế. “Bạn sẽ phải làm lại linh kiện đó từ đầu,” D’Alvise nói về những trường hợp đó. Mô phỏng khâu thiết kế và in ấn có thể giúp xử lý vấn đề này. Cụ thể, Virfac cho phép người dùng phát hiện những rủi ro tiềm ẩn, dễ làm hỏng sản phẩm trước khi tiến hành in mẫu vật thực tế.

Đa số công nghệ GeonX sử dụng là công nghệ độc quyền, nhưng phần mềm Virfac lại đang chạy trên bộ xử lý đồ họa cho các ứng dụng điện toán đa dụng (General-purpose computing on graphics processing unit –GPGPU). Thiết kế này cho phép GeonX có thể “làm nhiều việc cùng lúc” bằng công nghệ điện toán, xử lý hàng trăm nghìn thông số biến thiên như nhiệt độ, sức căng của vật liệu và phát hiện vị trí dễ hư hỏng.

Trong lĩnh vực phát triển phần mềm khoa học và mô phỏng, ít có chuyên gia nào như D’Alvise. Ông có bằng tiến sĩ về phương pháp sản xuất và tính toán của trường Ecole des Mines de Paris, Pháp và đã hoàn thành chương trình nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ở Thụy Sĩ.

Bắt đầu sự nghiệp vào năm 1997, D’Alvise đã áp dụng mô hình số (numerical modeling) và công nghệ mô phỏng vào lĩnh vực địa chất và khai thác mỏ. Sau đó, ông tập trung vào kỹ thuật hàng không và các công nghệ mô phỏng hàn cao cấp tại Vương quốc Anh. D’Alvise đã gặp Delanaye, đối tác đồng sáng lập GeonX, tại trung tâm nghiên cứu Cenaero ở Bỉ. Tại đây, họ bắt tay phát triển phần mềm mới để nâng cao phép mô phỏng quy trình vào năm 2004 – một nỗ lực khởi nguồn cho sự ra đời của GeonX sau này.

Họ chính thức thành lập GeonX vào năm 2012. Ý tưởng ban đầu là bán và phát triển phần mềm dự báo, định hướng cho những công ty sử dụng phương thức sản xuất truyền thống như hàn, tiện cơ khí. Tuy nhiên, khách hàng của GeonX bắt đầu đề cập đến in 3D trong các cuộc họp vài năm sau đó, nên hai nhà đồng sáng lập công ty đã lên kế hoạch để chuyển mình theo hướng phát triển này.

Họ trang bị cho Virfac thêm chức năng mới, giúp các hãng sản xuất sử dụng nó để mô phỏng quá trình in 3D. Từ đó, sản xuất đắp lớp trở thành một trong những lĩnh vực tăng trưởng nhanh nhất trong dịch vụ của công ty, D’Alvise cho hay.

“Giúp khách hàng tiết kiệm kinh phí là điều thú vị nhất,” D’Alvise nói. “Chỉ trong một thời gian ngắn, ta có thể thấy mối liên hệ trực tiếp giữa kết quả của các phép mô phỏng và sản phẩm in ra. Khách hàng có thể tiết kiệm chi phí, tăng tốc quá trình thiết kế và đẩy nhanh tiến độ ra mắt thị trường”.

Theo P.D. Olson

 

BÌNH LUẬN CỦA BẠN