Các hãng ôtô như Ford và Rivian đang đẩy mạnh ứng dụng công nghệ in 3D để giảm chi phí, rút ngắn thời gian chế tạo linh kiện và dụng cụ phục vụ sản xuất.
Công nghệ này đã xuất hiện từ nhiều thập niên trước, nhưng ngày càng phổ biến trong ngành ôtô. Máy in 3D hiện có thể chế tạo nhiều sản phẩm, từ linh kiện, phụ kiện xe đến dụng cụ lắp ráp và thiết bị thử nghiệm tại các phòng nghiên cứu, phát triển.
“Đến thời điểm này, chúng tôi không còn lựa chọn nào khác ngoài việc mở rộng quy mô và đưa công nghệ này vào mọi bộ phận của Rivian. Chúng tôi sẽ phổ cập in 3D trong toàn công ty”, Jared Beck, phụ trách bộ phận in 3D của Rivian, nói với CNBC trong chuyến tham quan cơ sở in 3D quy mô lớn của hãng ở ngoại ô Detroit.
In 3D giúp giảm chi phí, rút ngắn thời gian sản xuất
In 3D là phương pháp tạo ra vật thể từ bản thiết kế trên máy tính bằng cách đắp vật liệu thành từng lớp cho đến khi hoàn thành sản phẩm. Thay vì dùng mực như máy in thông thường, thiết bị sử dụng nhiều loại vật liệu như nhựa, vật liệu tổng hợp, gốm và kim loại.
Giá máy in 3D dao động từ vài trăm USD đối với thiết bị nhỏ phục vụ cá nhân đến hàng trăm nghìn USD đối với máy chuyên dụng. Mức giá phụ thuộc vào kích thước sản phẩm và loại vật liệu sử dụng. Máy có thể in từng chi tiết riêng lẻ hoặc hàng trăm linh kiện nhỏ trong một lần, bằng vật liệu dạng bột hoặc nhựa lỏng.
Rivian cho biết đã đầu tư hơn 5 triệu USD vào máy in 3D. Chi phí vật liệu cho hoạt động này hiện vào khoảng 1,7 triệu USD mỗi năm.
Theo Beck, dù chi phí đầu tư ban đầu khá lớn, các máy in thường giúp hãng thu hồi vốn trong vòng một năm. Công nghệ này giúp giảm chi phí đặt mua khuôn và dụng cụ từ nhà cung cấp, giảm chi phí vận chuyển, đồng thời rút ngắn thời gian chế tạo linh kiện từ vài tuần xuống còn vài ngày, thậm chí vài giờ.
“Khoản tiết kiệm đã lên tới hàng triệu USD, nhưng điều quan trọng nhất đối với Rivian là tốc độ,” Beck nói.
Trong đợt mở rộng mới nhất, Rivian bổ sung các máy có thể in linh kiện silicon mềm, đồng thời lắp đặt một khu vực gồm nhiều máy in 3D tại nhà máy ở Normal, bang Illinois. Nhân viên có thể sử dụng máy để tự in linh kiện khi cần, thay vì phải chờ đặt hàng từ nhà cung cấp.
“Máy in 3D cần sẵn sàng cho mọi kỹ sư, để họ có thể thiết kế một linh kiện và cầm sản phẩm trong tay sớm nhất có thể,” Beck cho biết.
Rivian đã dùng công nghệ này để chế tạo mô hình động cơ điện phục vụ thử nghiệm dòng chảy chất lỏng, bộ phận dẫn hướng vít, chi tiết thay thế cho khuôn dập và một số linh kiện dùng trong sản xuất.
Ford và GM đưa máy in 3D vào nhà máy
Các hãng xe lâu đời hơn như Ford và đối thủ cùng thành phố General Motors (GM) cũng đang mở rộng ứng dụng công nghệ này. Cả hai đã sử dụng máy in 3D trong nhiều năm, kể cả tại các nhà máy lắp ráp quy mô lớn.
Khác với Rivian, Ford bố trí các bộ phận in 3D tại nhiều nhà máy để chế tạo và cung cấp linh kiện theo nhu cầu, thay vì tập trung máy móc ở một khu vực riêng. Một ví dụ mới là máy cấp phát tự động các chi tiết in 3D phục vụ dây chuyền sản xuất xe bán tải F-150, đặt gần trụ sở Ford tại Dearborn, bang Michigan.
“Khi có máy cấp phát này, tất cả trưởng nhóm đều có thể lấy những chi tiết cần thiết. Chúng tôi có thể bổ sung linh kiện vào máy thay vì để nhiều món chất đống trong phòng thí nghiệm. Điều đó tạo ra khác biệt rất lớn,” Gregory Foresi, kỹ sư cơ khí từng phụ trách phòng thí nghiệm in 3D của Ford tại nhà máy từ năm 2024 đến tháng trước, cho biết.
Foresi từng quản lý khoảng 24 máy in, dùng để chế tạo hàng nghìn dụng cụ. Một số dụng cụ do chính nhân viên thiết kế, như đầu tuýp siết bu lông, dụng cụ nâng nắp ca-pô và dụng cụ cầm tay để làm phẳng lớp keo dán.
Nhân viên có thể dùng ứng dụng để yêu cầu in linh kiện hoặc dụng cụ cần thiết. Nhóm in 3D của Ford hỗ trợ hoàn thiện thiết kế và xác định thứ tự sản xuất. Tùy độ phức tạp, một chi tiết có thể mất từ vài giờ đến vài ngày, thậm chí vài tuần để hoàn thành.
Theo Foresi, in 3D giúp Ford chế tạo những dụng cụ có thiết kế riêng, nhận sản phẩm nhanh hơn và trong nhiều trường hợp với chi phí thấp hơn.
Ford còn dùng linh kiện in 3D để tránh gián đoạn sản xuất. Foresi cho biết có lần hãng cần thay một bánh xe gia công cỡ lớn để duy trì hoạt động của dây chuyền lắp ráp. Ford đã in một chi tiết thay thế tạm thời trong lúc chờ nhà cung cấp giao bộ phận mới.
“Những chi tiết in 3D không hoạt động tốt bằng linh kiện gốc và không thể thay thế hoàn toàn sản phẩm chúng tôi vẫn mua. Tuy nhiên, chúng giúp nhà máy tiếp tục vận hành,” ông nói.
Ford dự kiến mở phòng thí nghiệm in 3D tại hơn 23 nhà máy vào cuối năm nay. Chương trình hiện có hơn 200 máy in, chưa kể những thiết bị nằm ngoài chương trình chính thức.
GM cũng sử dụng linh kiện in 3D cho một số mẫu xe sản xuất số lượng ít, hoạt động nghiên cứu, phát triển và tại các nhà máy. Gần đây, hãng mở rộng sử dụng máy in công nghiệp của Stratasys. Tùy mục đích sử dụng, yêu cầu đào tạo và chứng nhận, mỗi máy có thể có giá hàng trăm nghìn USD.
Mẫu Cadillac Celestiq, dòng xe được chế tạo theo yêu cầu riêng của khách hàng, hiện có 135 chi tiết in 3D. GM cũng sử dụng công nghệ này để sản xuất một số bộ phận cho các mẫu sedan hiệu suất cao Cadillac Blackwing, trong đó có chi tiết trang trí riêng trên núm cần số của phiên bản số sàn. Fadi Abro, giám đốc toàn cầu phụ trách lĩnh vực ôtô và giao thông tại công ty in 3D Stratasys, cho rằng GM là ví dụ điển hình về cách doanh nghiệp có thể chuẩn hóa quy trình rồi mở rộng ứng dụng công nghệ này.
“Đặc tính vật liệu đã được cải thiện đáng kể, nhờ đó công nghệ có thể được sử dụng trong nhiều trường hợp hơn,” ông nói. Abro cho biết Stratasys đang hợp tác với hầu hết các hãng ôtô lớn. “Về mặt sản phẩm, chúng ta cần làm cho công nghệ này nhanh hơn và rẻ hơn.”
Quá trình phát triển vô-lăng mới cho mẫu SUV R2 của Rivian, từ bản in 3D đến thiết kế hoàn chỉnh phục vụ sản xuất tại cơ sở của hãng ở Plymouth, bang Michigan. Ảnh: CNBC
Gregory Foresi, kỹ sư cơ khí của Ford, giới thiệu dụng cụ in 3D dùng để gắn lại logo trên xe bán tải F-150 tại nhà máy River Rouge ở Dearborn, bang Michigan. Ảnh: CNBC
