Ford và Rivian tăng cường ứng dụng công nghệ in 3D để giảm chi phí

Các nhà sản xuất ô tô Mỹ, bao gồm Ford Motor và Rivian Automotive, đang chuyển hướng sang một hình thức dây chuyền sản xuất mới: in 3D. Theo các nhà sản xuất, công nghệ này giúp họ giảm chi phí và đẩy nhanh tiến độ. Dù đã xuất hiện từ nhiều thập kỷ trước, công nghệ in 3D đang ngày càng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô. Các máy in 3D hiện được sử dụng để tạo ra mọi thứ, từ linh kiện và phụ kiện xe hơi, các công cụ phục vụ nhà máy lắp ráp, cho đến các mẫu thử nghiệm dành cho các phòng nghiên cứu và phát triển (R&D).

Ông Jonathan Dankenbring, quản lý cấp cao phụ trách sản xuất nguyên mẫu tại Rivian, cho biết sẽ phổ cập hóa công nghệ in 3D trên toàn công ty. Còn được gọi là sản xuất bồi đắp, công nghệ in 3D công nghiệp cho phép tạo ra các vật thể ba chiều từ các thiết kế kỹ thuật số bằng cách xếp chồng từng lớp vật liệu, tương tự như cách máy in truyền thống phun mực lên giấy. Thay vì mực, các thiết bị này sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau như nhựa, vật liệu composite, gốm sứ và thậm chí cả kim loại.

Các loại máy in 3D rất đa dạng, từ những thiết bị đơn giản dành cho người sở thích với giá vài trăm USD, cho đến các loại máy chuyên dụng trị giá hàng trăm nghìn USD, tùy thuộc vào kích thước sản phẩm và loại vật liệu cần sử dụng. Công nghệ này có thể tạo ra từng chi tiết đơn lẻ hoặc hàng trăm linh kiện nhỏ cùng lúc từ các loại bột và nhựa chuyên dụng.

Rivian cho biết họ đã đầu tư hơn 5 triệu USD vào các máy in 3D, với chi phí vật liệu tiêu hao hàng năm lên tới khoảng 1,7 triệu USD.

Ông Dankenbring cho biết, bất chấp chi phí đầu tư ban đầu, các thiết bị này thường hoàn vốn chỉ trong vòng một năm. Ông nhấn mạnh rằng công nghệ này giúp giảm chi phí chế tạo khuôn mẫu từ các nhà cung cấp, tối ưu hóa chi phí logistics, đồng thời rút ngắn thời gian sản xuất linh kiện từ vài tuần xuống còn vài ngày, thậm chí chỉ vài giờ.

Ông Dankenbring khẳng định Rivian tiết kiệm được hàng triệu USD nhưng yếu tố quan trọng nhất đối với công ty này chính là tốc độ. Việc mở rộng ứng dụng công nghệ in 3D mới nhất tại công ty sản xuất xe thuần điện này bao gồm việc bổ sung các loại máy mới có khả năng tạo ra những chi tiết bằng silicon linh hoạt, đồng thời lắp đặt một hệ thống máy in tại nhà máy ở Normal, Illinois, cho phép nhân viên in các linh kiện theo yêu cầu.

Rivian cũng đã sử dụng công nghệ này để chế tạo các mô hình động cơ điện phục vụ thử nghiệm chất lỏng, tạo ra các thanh dẫn vít cho công cụ sản xuất, các chi tiết chèn cho khuôn dập, cũng như một số linh kiện thành phẩm, bao gồm các chi tiết ốp dùng để lấp đầy khoảng trống trên những chiếc xe được sản xuất trong giai đoạn đầu.

Một nỗ lực tương tự cũng đang diễn ra tại các nhà sản xuất ô tô lớn, lâu đời hơn như Ford và đối thủ cạnh tranh trực tiếp General Motors (GM). Cả hai doanh nghiệp này đều đã ứng dụng công nghệ in 3D từ nhiều năm nay, bao gồm cả việc triển khai tại các nhà máy lắp ráp quy mô lớn của họ.

Thay vì tập trung các máy in 3D vào một khu vực riêng biệt như tại Rivian, Ford thiết lập các bộ phận chuyên trách tại nhiều nhà máy để chế tạo và phân phối các linh kiện cần thiết. Điển hình là việc lắp đặt một thiết bị giống như "máy bán hàng tự động" dành riêng cho các linh kiện in 3D phục vụ quá trình sản xuất xe bán tải F-150, đặt gần trụ sở chính của công ty này tại Dearborn, Michigan.

Ông Gregory Foresi, một kỹ sư cơ khí tại Ford từng điều hành phòng thí nghiệm in 3D của doanh nghiệp này tại nhà máy từ năm 2024 cho đến tháng trước, cho biết việc lắp đặt chiếc máy này giúp tất cả các trưởng nhóm đều có thể tiếp cận linh kiện khi cần. Thay vì để linh kiện nằm rải rác khắp phòng thí nghiệm, doanh nghiệp có thể tập trung lưu trữ chúng tại đây và điều này thực sự mang lại hiệu quả rất lớn.

Foresi đã sử dụng khoảng hai chục cỗ máy để in hàng ngàn công cụ, trong đó có nhiều món do chính nhân viên thiết kế. Nhân viên có thể sử dụng một ứng dụng để yêu cầu in các linh kiện hoặc công cụ cụ thể. Các đội ngũ chuyên trách về in 3D tại Ford sẽ hỗ trợ phát triển hoặc xác định những gì cần sản xuất tiếp theo, vì thời gian in cho mỗi loại linh kiện có thể kéo dài từ vài giờ, vài ngày, thậm chí là vài tuần.

Theo ông Foresi, việc sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các công cụ giúp doanh nghiệp có thể thiết kế linh hoạt theo nhu cầu thực tế, nhận được sản phẩm nhanh hơn và trong nhiều trường hợp, chi phí còn thấp hơn so với các phương thức khác.

Ford cũng tận dụng các linh kiện in 3D để duy trì hoạt động sản xuất. Ông Foresi cho biết từng có thời điểm cần một bánh xe cơ khí cỡ lớn để duy trì dây chuyền lắp ráp; công ty này đã kịp thời in 3D linh kiện này để sử dụng tạm thời cho đến khi nhận được linh kiện thay thế chính thức từ nhà cung cấp.

Ford dự kiến sẽ triển khai các phòng thí nghiệm in 3D tại hơn 23 nhà máy vào cuối năm nay. Theo Ford, chương trình in 3D hiện tại của họ bao gồm hơn 200 thiết bị, chưa kể các máy in khác nằm ngoài chương trình chính thức này.

GM đã sử dụng các linh kiện in 3D cho một số dòng sản phẩm có sản lượng thấp, cũng như trong các hoạt động nghiên cứu, phát triển và vận hành tại nhà máy. Gần đây, hãng còn mở rộng việc sử dụng các máy in công nghiệp từ Stratasys - loại thiết bị có thể tiêu tốn hàng trăm nghìn USD tùy thuộc vào mục đích sử dụng, yêu cầu đào tạo và chứng nhận.

GM sử dụng 135 linh kiện in 3D cho mẫu xe Cadillac Celestiq phiên bản tùy chỉnh, cũng như các linh kiện khác cho dòng sedan hiệu suất cao Cadillac Blackwing – bao gồm cả một chi tiết trang trí độc đáo trên núm cần số sàn. Ông Fadi Abro, Giám đốc cấp cao toàn cầu phụ trách mảng ô tô và di chuyển tại công ty in 3D Stratasys, nhận định rằng GM là một ví dụ điển hình về cách các doanh nghiệp có thể “tiêu chuẩn hóa rồi mở rộng quy mô” công nghệ in 3D./.