Những tiến bộ gần đây trong công nghệ và khoa học vật liệu đã mở ra những cơ hội mới, trong đó sản xuất cộng thêm (additive manufacturing) ngày càng phổ biến hơn mỗi ngày. Một ví dụ tiêu biểu là Enigma-DED ( https://www.enigma-ded.com/), một nhà tiên phong trong công nghệ sản xuất cộng thêm tiên tiến. Công ty này áp dụng các kỹ thuật DED (Phương pháp lắng đọng năng lượng định hướng) và thúc đẩy việc ứng dụng phương pháp này trong ngành sản xuất cộng thêm. Cuộc cách mạng do máy in 3D mang lại cho ngành khoa học vật liệu hỗ trợ việc điều chỉnh bề mặt tính chất cơ học của vật liệu, giúp các nhà khoa học thay đổi đặc tính, thành phần và ứng dụng của nhiều loại vật liệu. Công nghệ dùng trong sản xuất cộng thêm để cải tiến và phát triển vật liệu mới đang gia tăng nhanh chóng. Các vật liệu mới này có tiềm năng ứng dụng vô hạn trong nhiều ngành công nghiệp.
Sản xuất cộng tính có danh tiếng xứng đáng là một trong những công nghệ sáng tạo và tiên tiến nhất, chủ yếu nhờ khả năng và tiềm năng phi thường của nó trong việc cách mạng hóa việc tạo ra vật liệu mới. Lĩnh vực khoa học vật liệu đã bị giới hạn trong việc tạo ra, nghiên cứu và cải tiến vật liệu mới do thiếu phương tiện để sử dụng. Trong nhiều năm, sản xuất truyền thống áp dụng cách tiếp cận đồng nhất đối với vật liệu. Cách tiếp cận này khiến việc pha trộn vật liệu trong sản xuất truyền thống trở nên khó khăn. Các chiến lược trong cách tiếp cận mới được áp dụng trong khoa học vật liệu truyền thống đã cách mạng hóa lĩnh vực này và mở ra những cơ hội mới.
Ngày nay, các cải tiến và thay đổi đối với sản xuất gia tăng vẫn đang tiếp tục được thực hiện. Một lợi ích quan trọng của sản xuất gia tăng là khả năng xử lý các bố trí phức tạp và dày đặc của nhiều loại kim loại khác nhau cũng như tối ưu hóa quy trình sản xuất. Hơn nữa, việc lai tạo kim loại mở ra cánh cửa cho thiết kế vật liệu kỹ thuật sáng tạo.
Lấy Enigma-DED làm ví dụ về sản xuất cộng thêm; công nghệ này có khả năng tạo ra các hệ vật liệu kỹ thuật mới gọi là "vật liệu có độ phân cấp chức năng", được cung cấp dưới dạng một khối duy nhất. Người ta có thể đạt được các mức độ khác nhau, theo kiểu biến thiên liên tục, của các tính chất cấu trúc và chức năng quan trọng như độ cứng, khả năng chịu nhiệt và độ dẫn nhiệt và/hoặc điện. Ví dụ, một bộ phận ở giữa có thể gồm lõi gốm chịu nhiệt bao bọc bởi lớp kim loại linh hoạt bên ngoài. Cách tiếp cận thiết kế cá nhân hóa này đáp ứng các mục tiêu kỹ thuật khắt khe và chuyên biệt, chẳng hạn như trong ngành hàng không vũ trụ và thiết bị y tế, đặc biệt là các kim loại nhẹ, bền và tương thích sinh học. Sản xuất cộng thêm cho phép chúng ta thoát khỏi giới hạn của các quy trình và vật liệu sản xuất truyền thống.
Quá trình thiết kế và lặp lại đi kèm với việc phát triển một vật liệu kỹ thuật mới thường rất phức tạp và gian nan. Thông thường, các quy trình này bao gồm những chu kỳ kỹ thuật sản phẩm kéo dài, chứa đầy những khoảng thời gian lãng phí và những chu kỳ lao động tốn kém. Sản xuất cộng tính loại bỏ những khoảng thời gian lãng phí và chu kỳ lao động này thông qua quy trình tạo mẫu nhanh và kiểm tra theo nhu cầu, giúp luồng công việc trở nên cực kỳ hiệu quả.
Tại Enigma-DED, chúng tôi sử dụng sản xuất cộng tính để kiểm tra hiệu năng của các kim loại hoặc vật liệu gốm mới chỉ trong vài ngày thay vì vài tuần, và chúng tôi thực hiện điều này trên các lô sản xuất nhỏ. Chúng tôi đánh giá hiệu năng của vật liệu về độ bền, khả năng chống ăn mòn và độ ổn định nhiệt. Hơn nữa, chúng tôi có thể nhanh chóng mô phỏng và sản xuất các thành phần vật liệu đã được điều chỉnh.
Khả năng lặp lại nhanh chóng này giúp xác định các lỗi thiết kế từ sớm và tích hợp các điều chỉnh hiệu quả. Nhờ các công nghệ in 3D tiên tiến như DED của Enigma-DED, thời gian cần thiết cho một chu kỳ phát triển đầy đủ của vật liệu được giảm đáng kể. Các mẫu thử bị loại bỏ gây lãng phí nguyên vật liệu, nhưng điều này được giảm thiểu nhờ in 3D, đồng thời cũng làm giảm tổng chi phí của chu kỳ phát triển vật liệu.
Hiệu suất của một vật liệu là kết quả của sự kết hợp giữa nhiều yếu tố: đặc tính của vật liệu, cấu trúc của nó và kiến trúc của cấu trúc đó ở cấp độ vi mô và mạng tinh thể. Hiểu được điều này, tại Enigma-DED, chúng tôi sử dụng in 3D để thiết kế và sản xuất các hệ thống in kim loại 3D mà người dùng cuối có thể kiểm soát, từ đó tạo ra các vật liệu. Nhờ khả năng kiểm soát này, chúng tôi có thể tạo ra các vi cấu trúc tinh vi và phức tạp với các hạt liên kết nhằm tăng độ bền lên 30% so với kim loại được rèn bằng các phương pháp truyền thống hơn.
Một trong những lợi ích chính của sản xuất cộng tính là khả năng kiểm soát độ xốp của cấu trúc kim loại. Ví dụ, sản xuất cộng tính có thể tạo ra các kim loại bền, nhẹ và có các lỗ rỗng cực nhỏ phân bố đều — đặc tính này rất được ưa chuộng trong ngành ô tô và hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, cấu trúc kim loại cũng có thể được thiết kế hoàn toàn đặc, điều này hữu ích cho các thiết bị cấy ghép y tế và các bộ phận hàng không vũ trụ yêu cầu độ kín tuyệt đối. Việc kiểm soát độ xốp như vậy giúp nâng cao hiệu suất và chức năng của vật liệu. Các cấu trúc nhẹ, bền và dẻo dai do Enigma-DED sản xuất cho khách hàng minh chứng rõ ràng cho những lợi ích này.
Enigma-DED áp dụng công nghệ sản xuất cộng tính nhằm giảm thiểu chất thải. Trong sản xuất truyền thống, vật liệu bị lãng phí ở mọi bước của quy trình. Lượng vật liệu bị lãng phí trong quy trình của Enigma-DED làm tăng chi phí.
Khác với các loại thử nghiệm vật liệu khác, việc thử nghiệm của Enigma-DED có tỷ lệ phế thải thấp hơn 5%. Các phương pháp thử nghiệm khác có tỷ lệ phế thải từ 50% trở lên. Các phương pháp truyền thống tiêu tốn rất nhiều vật liệu, đặc biệt là những nguyên tố đắt tiền như hợp kim titan và gốm cao cấp. Phương pháp Enigma-DED giúp tiết kiệm chi phí và các nguồn lực khác bằng cách loại bỏ các mẫu thử sau khi hoàn tất việc kiểm tra.
Hơn nữa, việc chuyển đổi từ giai đoạn chế tạo mẫu thử cho kim loại hoặc gốm mới sang sản xuất hàng loạt bằng công nghệ sản xuất cộng tính trở nên mượt mà hơn. Việc sử dụng vật liệu diễn ra một cách nhất quán và đồng đều. Không cần phải dự trù thừa lượng vật liệu để bù đắp cho các tổn thất do thiếu hiệu quả. Ví dụ, khi sản xuất các hợp kim titan mới dành cho linh kiện hàng không vũ trụ, không cần áp dụng bất kỳ quy trình sản xuất cộng tính nào để cắt gọt vật liệu. Điều này góp phần bảo tồn quá trình phát triển vật liệu mới và làm giảm tổng chi phí cho các nhà nghiên cứu.
Hợp kim siêu bền, kim loại và gốm giòn là những vật liệu tiên tiến. Trong một thời gian dài, các ứng dụng chuyên biệt sử dụng vật liệu tiên tiến buộc phải được gia công theo phương pháp truyền thống. Sản xuất cộng thêm (additive manufacturing) hiện đang thay đổi cách thức gia công các vật liệu tiên tiến.
Enigma-DED sử dụng sản xuất cộng thêm để xử lý gốm giòn—loại vật liệu thường nứt vỡ trong quá trình gia công thông thường. Nhờ kiểm soát nhiệt độ tối ưu, in từng lớp và các cơ chế ngăn ngừa nứt, sản xuất cộng thêm giải quyết được vấn đề này, giúp gốm giòn giờ đây có thể được sử dụng.
Hơn nữa, sản xuất gia tăng cũng cho phép thiết kế và sản xuất các kim loại chống bức xạ dành cho ngành công nghiệp hạt nhân cũng như các siêu hợp kim chịu nhiệt dành cho hàng không vũ trụ. Trong ngành công nghiệp hạt nhân, các kim loại được sử dụng phải có khả năng tồn tại trong điều kiện bức xạ nghiêm trọng trong thời gian dài; còn các siêu hợp kim dùng trong hàng không vũ trụ phải duy trì được độ bền cấu trúc khi vận hành ở nhiệt độ cao và chịu được thời tiết khắc nghiệt. Sản xuất gia tăng giải quyết một loạt lớn vấn đề trong việc sản xuất vật liệu chuyên dụng và xử lý những thách thức vốn tồn tại trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ và sản xuất thiết bị y tế.
Tin nóng2025-06-30
2025-07-04
2025-07-01
EN
