Công nghệ quét 3D hiễn đã trở thành một phần quan trọng trong hoạt động kinh doanh của nhiều ngành nghề khác nhau, tuy nhiên nguồn gốc của nó bắt đầu từ lĩnh vực sản xuất.
Việc tạo ra các thiết kế mới một cách hiệu quả và chính xác để đáp ứng nhu cầu thị trường luôn đi kèm với những thách thức riêng, và ngoài ra còn có nhiều dự án khác cũng cần đến các giải pháp có độ chính xác cao.
Chẳng hạn, trong ngành sản xuất ô tô, các công ty có thể đối mặt với những yêu cầu như:
- Thiết kế một chi tiết vừa vặn với một vị trí cụ thể trên xe,
- Hoặc số hóa và lưu trữ các chi tiết cũ (legacy parts) nhằm duy trì sản xuất và hỗ trợ bảo trì lâu dài.
Hãy cùng xem công nghệ quét 3D mang đến những giải pháp như thế nào để vượt qua các thách thức này.
Thiết kế khung gầm ô tô tùy chỉnh
Ví dụ đầu tiên đưa chúng ta đến Paramount, California, nơi Tekk Consulting chuyên thiết kế khung gầm hiệu suất cao cho các xe tải đua địa hình (off-road race trucks).
Đội ngũ của họ có hơn 10 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực này, và với mỗi thiết kế, mục tiêu mà họ luôn hướng tới là tỷ lệ tối ưu giữa độ bền và trọng lượng.
Tekk Consulting đã chứng minh được năng lực của mình và xây dựng được danh tiếng là những người luôn hoàn thành công việc xuất sắc. Chính vì vậy, khi khối lượng công việc ngày càng tăng, họ bắt đầu tìm kiếm giải pháp để nâng cao năng suất làm việc, nhưng vẫn đảm bảo chất lượng và độ an toàn cao.
Hai người điều hành công ty, Jason Heard và Jack Fisher, nhận ra rằng họ cần thay đổi quy trình làm việc hiện tại để duy trì lợi thế cạnh tranh. Họ bắt đầu nghiên cứu cách tối ưu quy trình, giúp làm việc nhanh và chặt chẽ hơn, mà không làm mất đi chất lượng vốn là điểm mạnh của mình.
Jack Fisher quét 3D khung sau của ô tô Ford F450 với Artec Eva
Một trong những điều đầu tiên mà họ xem xét kỹ lưỡng là cách đo đạc thân xe, các bộ phận và linh kiện ô tô.
Phương pháp truyền thống như dùng thước kẹp, thước dây và thước đo từng là tiêu chuẩn đo lường trước đây, nhưng quy trình đo thủ công rất tốn thời gian có thể mất nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày cho mỗi dự án.
Jason Heard đang quét bên trong khoang cabin của chiếc Toyota Tacoma 2020 bằng máy quét Artec Eva
Qua quá trình nghiên cứu chuyên sâu, họ phát hiện ra rằng các xưởng xe tương tự đang tiết kiệm hàng giờ cho mỗi dự án nhờ thay thế việc đo thủ công bằng công nghệ quét 3D.
Chiếc Artec Eva – với thiết kế nhỏ gọn, cầm tay và độ chính xác cao – nhanh chóng thu hút sự chú ý của họ. Ngay sau đó, họ đã sắp xếp một buổi demo thực tế tại xưởng, tập trung vào những khu vực khó và tốn thời gian khi đo thủ công, nhằm kiểm chứng khả năng vượt trội của thiết bị.
Ảnh chụp màn hình phần mềm Artec Studio trong quá trình quét bằng máy quét Artec Eva.
Hình dựng kỹ thuật số của mẫu Ford ’33 cùng động cơ và các bộ phận — được quét bằng Artec Eva.
Trong trường hợp xấu chiếc xe bị lật hoặc va chạm nghiêm trọng, điều quan trọng là phải có đủ khoảng cách an toàn giữa người lái và khung gầm. Với Eva, họ đã có thể tối ưu hóa yếu tố này đến mức tối đa.
Một góc nhìn bên trong chiếc Toyota Tacoma với bộ khung gầm tùy chỉnh được lắp đặt chắc chắn.
Cải thiện hiệu suất nhờ dữ liệu và mô phỏng
Tại TriMech, các kỹ sư của chúng tôi luôn đầy hứng khởi với những công nghệ mà chúng tôi mang đến cho khách hàng.
Một trong những Kỹ sư Ứng dụng cao cấp, Ryan Zeck, đã đam mê đua xe từ khi còn nhỏ và niềm đam mê ấy đã thôi thúc anh không ngừng cải tiến.
Trong dự án cá nhân của mình với chiếc Thunder Roadster, Ryan đặt mục tiêu duy nhất: khiến nó chạy nhanh hơn. Để hiện thực hóa điều đó, anh đã tận dụng nhiều công cụ trong danh mục sản phẩm của TriMech, bắt đầu với bước đầu tiên là quét 3D toàn bộ chiếc xe.
Các nhà cung cấp phụ tùng cho những mẫu xe như Thunder Roadster rất hạn chế, vì vậy thiết kế linh kiện ô tô an toàn và có hiệu suất cao chính là điều Ryan hướng tới.
Nhờ sử dụng máy quét 3D Artec, Ryan đã có thể tạo ra mô hình 3D có kết cấu và độ chính xác cao của chiếc Roadster, từ đó tùy chỉnh và nâng cấp các bộ phận quan trọng theo ý muốn.
Với Geomagic Design X, Ryan đã xây dựng được bộ dữ liệu chi tiết và chính xác nhất cho mô hình có thể chỉnh sửa trực tiếp trong SOLIDWORKS, cho phép anh đánh giá, tinh chỉnh và kiểm chứng các thay đổi để đạt hiệu suất tối ưu thông qua SOLIDWORKS Flow Simulation.
Phần mềm này mang lại cho anh khả năng phân tích động lực học chất lưu (CFD) mạnh mẽ, giúp Ryan hiểu rõ cách luồng không khí di chuyển trên nắp capo của xe ở nhiều tốc độ đua khác nhau.
Mô phỏng thử nghiệm hốc gió của nắp capo trong SOLIDWORKS
Mối quan tâm chính của Ryan là luồng không khí đi vào khe hút gió trên nắp capo động cơ, vì vậy anh quyết định chỉ tiến hành mô phỏng ở phần đầu của chiếc Roadster. Cách làm này giúp giảm thời gian và tài nguyên cần thiết cho quá trình phân tích, nhưng vẫn mang lại kết quả chính xác tương đương như khi mô phỏng toàn bộ chiếc xe.
Sau khi xác nhận luồng khí trên nắp capo hoạt động đúng như mong muốn, bước tiếp theo là thiết kế các cửa dẫn khí (guide inlets) để đảm bảo không khí đi qua khe hút gió được dẫn thẳng đến ống nạp của động cơ.
Anh sử dụng SOLIDWORKS CAD để thực hiện thiết kế này, và chọn máy in 3D để tạo mẫu thử, nhằm kiểm chứng rằng thiết kế có thể chịu được điều kiện khắc nghiệt trong môi trường đua xe thực tế.
Trước khi in toàn bộ cửa dẫn khí (inlet), Ryan cần kiểm tra độ khớp chính xác của thiết kế. Bước tạo mẫu thử (prototype) này giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và vật liệu trong quá trình phát triển sản phẩm.
Đây là một dự án tuyệt vời minh chứng cho sức mạnh của công nghệ quét và in 3D, cho thấy cách chúng có thể được ứng dụng để nâng cấp thiết kế tùy chỉnh, và hoàn toàn có thể mở rộng ra quy mô sản xuất lớn hơn trong công nghiệp.
Rút ngắn quy trình
Trong ví dụ cuối cùng này, chúng ta sẽ xem xét nhu cầu số hóa và lưu trữ dữ liệu các bộ phận đã ngừng sản xuất. Điều này đặc biệt hữu ích cho những ai đang trong quá trình phục chế xe cổ, khi họ không còn có thể tìm mua được các linh kiện nguyên bản.
Taylor Attachments – một công ty tại Vương quốc Anh chuyên thiết kế và sản xuất giá chuyển đổi đầu nối (headstock conversion brackets) cho máy kéo – đã phải tìm ra cách đo đạc và tái tạo chính xác các thiết bị cũ của khách hàng một cách nhanh chóng.
Trước đây, toàn bộ quy trình này hoàn toàn thủ công, đòi hỏi từ 7 đến 12 giờ làm việc liên tục để vẽ bản thiết kế bằng thước, compa, bút và giấy, rồi dò theo hình dạng linh kiện trên bìa cứng, sau đó mới tiến hành chế tạo mô hình thử nghiệm để kiểm tra và điều chỉnh lại lần hai.
Toàn bộ quy trình này đòi hỏi rất nhiều bước đối chiếu và kiểm tra chéo, mất trung bình từ 2–3 tuần cho mỗi chi tiết. Và vì được thực hiện hoàn toàn thủ công nên độ chính xác không cao, buộc phải chỉnh sửa tinh chỉnh nhiều lần trước khi bản sao có thể sẵn sàng để giao cho khách hàng.
Taylor Attachments hiểu rằng cần phải có một giải pháp tối ưu hơn để thu thập dữ liệu này, và họ đã hợp tác cùng Artec. Hiện nay, công ty đang sử dụng máy quét 3D Artec Eva, giúp cải thiện đáng kể quy trình làm việc hằng ngày và tạo lợi thế cạnh tranh vượt trội nhờ vào công nghệ đo lường tiên tiến và độ chính xác cao hơn hẳn so với các đối thủ.
Theo lời Mark Taylor, chủ sở hữu của Taylor Attachments:
“Eva thực sự đã giúp chúng tôi tiết kiệm hàng ngày, thậm chí hàng tuần làm việc – và đó không phải là phóng đại. Trước đây, chúng tôi phải tốn rất nhiều thời gian để tạo mẫu thử và chỉnh sửa liên tục cho đến khi đạt độ hoàn hảo. Giờ đây, với Eva, chúng tôi có thể đạt được sự chính xác tuyệt đối ngay từ lần đầu tiên – và lần nào cũng vậy.”
Công nghệ quét 3D đã rút ngắn đáng kể thời gian xử lý trong việc sản xuất đầu nối thay thế (headstock) của Taylor, giúp công ty mở rộng khối lượng công việc mà vẫn duy trì chất lượng vượt trội trong từng sản phẩm.
“Giờ đây, với máy quét Eva, chúng tôi chỉ mất khoảng 20 phút để quét toàn bộ phần đầu nối (headstock), sau đó thêm 20 phút xử lý dữ liệu trong phần mềm Artec Studio. Từ đó, mô hình 3D được gửi sang đội thiết kế nội bộ, nơi họ sử dụng plugin Xtract3D cho SOLIDWORKS để tạo ra mô hình 3D có độ chính xác cao, sẵn sàng 100% cho sản xuất.
Ngay sau đó, dữ liệu được chuyển đến đối tác cắt laser, tất cả đều làm việc theo tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.
Tính tổng thời gian cho một dự án riêng lẻ với Eva? Từ đầu đến cuối chưa đến 24 giờ. So sánh với 7 ngày đến 2–3 tuần trước đây khi còn làm thủ công, thì rõ ràng là chúng tôi không thể quay lại cách cũ nữa.”