Nhắc tới in 3D kim loại, hình ảnh đa số người nghĩ tới là loại thiết bị chuyên dụng bọc trong tủ, trên bàn tạo hình chùm tia quét từng chút qua bột kim loại. Phương án FANUC đưa ra gần đây không phải vậy: hãng đẩy robot đa khớp thẳng đứng sáu trục dòng M-800 lên tuyến đầu, cho cánh tay máy cầm đầu tạo hình lắng đọng năng lượng định hướng (DED), dùng laser làm nóng chảy bột kim loại hoặc dây, “chồng” ra chi tiết từng lớp một. Độ chính xác tuyệt đối của thân robot tăng khoảng 10 lần so với trước, đạt ±0,1 mm; độ chính xác quỹ đạo đường thẳng và cung tròn cũng tới ±0,1 mm. Miền nhắm tới, là những chi tiết cỡ lớn, hình dạng phức tạp mà thiết bị chuyên dụng với không tới.
Trước hết, sắp thẳng các điểm chính:
- FANUC lấy robot gia công dòng M-800 làm lõi dựng hệ thống AM kim loại (sản xuất bồi đắp); công cụ DED dùng sản phẩm của hãng khác, cung cấp cho khách hàng dưới dạng phương án hệ thống trọn gói;
- Độ chính xác tuyệt đối của thân robot tăng khoảng 10 lần so với trước lên ±0,1 mm; độ chính xác quỹ đạo thẳng và cung tròn cũng ±0,1 mm;
- So với thiết bị chuyên dụng bị giới hạn bởi kích thước bàn tạo hình, robot có vùng chuyển động lớn, đánh mạnh vào chi tiết cỡ lớn, hình dạng phức tạp;
- Công cụ tạo hình nằm trong tay nhà cung ứng bên ngoài, còn độ chính xác, độ cứng vững và điều khiển là của riêng FANUC — ai gác cổng chất lượng toàn hệ thống, chính là tâm điểm chiến lược;
- Nâng độ chính xác chỉ là tiền đề chứ không phải bảo đảm: tốc độ tạo hình, chất lượng lắng đọng và độ ổn định vật liệu vẫn phải kiểm chứng trên chi tiết thật.
Từ “loại bỏ” sang “bồi chồng”: cuộc đổi nghề của một robot gia công
Xuất thân của M-800 đáng nói một câu. Nó vốn là robot gia công cắt gọt và mài, làm mấy chục năm nghề “loại bỏ” vật liệu — bào đi phần thừa trên phôi. Lần này FANUC cho nó đổi nghề, làm chuyện theo chiều ngược lại: “chồng” vật liệu lên từng lớp. Phía công cụ, đầu tạo hình DED — dùng laser làm nóng chảy bột kim loại (powder) hoặc dây (wire), lắng đọng từng lớp — đến từ hãng khác; việc FANUC làm là cho cánh tay robot mang đầu tạo hình này đi ra quỹ đạo đủ chuẩn, rồi đóng gói cả bộ thành phương án hệ thống.
Biên độ nâng hiệu năng thân máy không nhỏ. Theo FANUC, nhờ phương pháp phân tích tự có, cộng thêm kỹ thuật hiệu chuẩn (calibration) nắm và bù được sai khác cá thể của từng robot, hãng đạt độ cứng vững cao cùng độ chính xác tuyệt đối ±0,1 mm — khoảng 10 lần sản phẩm trước đây. Giải thích của Giám đốc điều hành thường vụ Kenichiro Abe: “Chỉ cần nhập số liệu là hoàn tất teaching đơn giản; kể cả chi tiết hình dạng phức tạp cũng hoàn thành AM kim loại với độ chính xác cao.”
Độ chính xác tuyệt đối và độ lặp lại: khác nhau đúng một chữ, mà chữ ấy then chốt nhất
Robot dùng cho gia công, điểm yếu dai dẳng từ lâu chính là độ chính xác. Cánh tay đa khớp khó tránh cong võng; giữa vị trí lệnh yêu cầu và vị trí nó thực sự tới luôn có độ lệch. Ở đây cần phân biệt hai từ hay bị dùng lẫn: độ lặp lại, đo khả năng tái hiện khi lặp lại cùng một động tác; độ chính xác tuyệt đối, đo đầu công cụ thực sự lại gần tọa độ lệnh đến đâu. Để robot “ra tay trúng đích” dựa vào cái sau. Độ chính xác tuyệt đối càng cao, robot càng chuyển động trực tiếp theo số trị trên bản vẽ, khỏi phải đối chiếu vật thật mà chỉnh đi chỉnh lại. Mức tăng khoảng 10 lần cộng hiệu chuẩn bù trừ từng máy, nghĩa là lượng điều chỉnh độ lệch quỹ đạo giảm mạnh, lối teaching “nhập số liệu là ra tay” mới đứng vững được.
Nhưng phải nói cho trọn: đây mới là nửa độ chính xác đưa đầu công cụ tới vị trí đích. Kích thước và chất lượng tạo hình của chi tiết thành phẩm phụ thuộc vào khâu công nghệ DED — quá trình nóng chảy, đông đặc, chồng tầng từng lớp. Độ chính xác định vị chỉ là một trong các điều kiện cần của AM kim loại chất lượng cao, không phải điều kiện đủ; một mình nó không quyết định được chất lượng cuối cùng của chi tiết.
Vì sao chọn robot, không chọn thiết bị chuyên dụng
Bộ tải chủ lưu của AM kim loại, là loại thiết bị chuyên dụng có kích thước bàn tạo hình bị “đóng trần”: chất lượng tạo hình ổn định, nhưng cỡ chi tiết bị khoét chết trong buồng máy. Robot thì ngược lại — vùng chuyển động của cánh tay lớn, độ tự do tư thế cao; chi tiết to bao nhiêu, bề mặt hướng phức tạp biến đổi ra sao, cánh tay đổi tư thế là áp sát đi được. FANUC lấy miền cỡ lớn, hình dạng phức tạp — nơi thiết bị chuyên dụng không mạnh — làm chiến trường chính, túm đúng khe hở kích thước ấy.
Phía thị trường cũng có thể trợ lực. Theo dự báo của METI Nhật Bản, đến 2040 quy mô thị trường AM kim loại sẽ mở rộng khoảng 4-10 lần so với năm 2025: kịch bản thấp khoảng 14,9 tỷ euro (tương đương 2.700 tỷ yên, 135 tỷ NDT), kịch bản cao khoảng 42,5 tỷ euro. Cần lưu ý, AM kim loại không nhằm thay thế toàn bộ cắt gọt, đúc, dập, mà tiếp nhận những chi tiết hình dạng phức tạp, sản lượng nhỏ mà các công nghệ này khó tạo hình; robot giành lấy, là trong đó mảng cỡ lớn, giá trị gia tăng cao, sản lượng nhỏ mà thiết bị chuyên dụng vì kích thước không với tới. Mặt ứng dụng đang đi từ sản xuất thử sang chi tiết thật — công ty con của Sodick (Nhật Bản) đã phát triển hệ thống dùng AM kim loại để xử lý bề mặt phanh ô tô.
Công cụ ở ngoài, độ chính xác ở trong: bài toán tích hợp hệ thống, ai sẽ giải
Trong cục diện này, điểm trọng yếu nhất mà cũng dễ bị nhìn sót nhất: chính FANUC không nắm công cụ DED. Công nghệ lõi của nóng chảy và bồi chồng giao cho nhà cung ứng bên ngoài; FANUC tạo giá trị bằng các sở trường nhà mình — độ chính xác, độ cứng vững và điều khiển — rồi tổ hợp hai bên thành phương án tổng thể cung cấp ra ngoài. Lợi là mỗi bên làm cái mình giỏi nhất; nguy cũng rõ như vậy — công cụ then chốt quyết định chất lượng tạo hình không nằm trong tay mình, vậy ai chịu trách nhiệm rà cho khớp hai bên, bảo đảm chất lượng cả hệ thống? Độ chính xác robot nâng cao đến mấy, một mình cũng không quyết định được hiệu năng tổng thể và chất lượng tạo hình của hệ thống AM kim loại. Lời giải của bài toán này sẽ quyết định thẳng: trong mắt khách hàng, bộ phương án kia là sản phẩm, hay là một công trình.
Với người dùng M-800 hiện hữu, còn một đề tài thực tế: về nguyên lý, cùng một robot có kỳ vọng kéo dài từ cắt gọt sang AM kim loại. Nhưng việc này có điều kiện — phải lắp thêm công cụ DED, phải tích lũy tham số công nghệ tạo hình; tài sản thiết bị dùng cho cắt gọt chưa chắc chuyển dụng trực tiếp được. Nói là lợi thế nhặt được, thà nói là một đề tài còn chờ kiểm chứng.
Điểm ngắm kế tiếp: độ chính xác quỹ đạo có trở thành chất lượng thành phẩm ổn định được không
Cách DED có thực dụng hay không, cuối cùng xem ba việc: tốc độ tạo hình, chất lượng lắng đọng, chủng loại vật liệu dùng được. Dù độ chính xác tuyệt đối của robot lên cao, công nghệ tạo hình kèm nóng chảy và đông đặc có ổn định được không, dao động chất lượng giữa các chi tiết nén nhỏ được đến đâu, vẫn phải xem bảng điểm trên chi tiết thật. Tiêu điểm là ba điểm tốc độ, chất lượng, vật liệu — mà không điểm nào do robot một mình quyết định, phụ thuộc biểu hiện tổ hợp của nó với công cụ DED. ±0,1 mm là một tấm vé vào cửa đẹp, nhưng trận đấu mới chỉ bắt đầu. Với chúng tôi — người làm robot cũ và bảo trì — trước hết ghi lại một điều: nếu bộ tổ hợp này thành thế, trong các chiều đánh giá robot gia công, chẳng bao lâu nữa sẽ phải thêm một chỉ số tên “độ chính xác tuyệt đối”. Bài đọc liên quan: Bán robot đã qua sử dụng, FANUC × NVIDIA lấp khoảng trống mô phỏng.
Đọc thêm
- Chạy điều khiển máy thật trong mô phỏng: FANUC × NVIDIA
- Kawasaki, FANUC, Yaskawa liên thủ dựng nền dữ liệu
- Độ phủ thương hiệu và tài liệu dòng máy
