GE và những bước tiến mới trong ngành sản xuất đắp lớp

	Tuabin HA của GE xác lập Kỷ lục Guinness thứ 2 cho nhà máy điện hiệu suất cao nhất thế giới
	Giai thoại về một kỹ sư thiết kế động cơ phản lực của GE
	Dòng tuabin khí HA của GE đạt 30.000 giờ vận hành

Công nhân đang kiểm tra một chi tiết được in 3D với máy M2 của GE

Nhà máy GE Hải Phòng chuyên sản xuất máy phát điện cho tuabin gió và các linh kiện hệ thống điều khiển điện đang ứng dụng công nghệ AM tiên tiến nhất hiện nay. Trong vòng 10 năm hoạt động, nhà máy đã xuất khẩu hơn 6.000 hệ thống máy phát điện và đóng góp tích cực cho GE Renewable Energy, công ty góp phần sản xuất 400GW năng lượng trên toàn cầu với doanh thu hàng năm vượt 10 tỷ đô la.

GE Hải Phòng là một trong năm nhà máy thông minh của hãng trên toàn thế giới, ứng dụng những công nghệ tiên tiến hàng đầu thế giới hiện nay như phân tích dữ liệu chuyên sâu, IoT và robot. Một nhà máy thông minh khác của hãng tại khu vực châu Á-Thái Bình Dương là nhà máy sản xuất thiết bị y tế tại Hino, Nhật Bản.

GE đang hoạt động tại 15 quốc gia tại khu vực châu Á - Thái Bình Dương với 23 nhà máy sản xuất. Tuy nhiên, chỉ có nhà máy ở Hải Phòng và Hino được xây dựng theo 4 trụ cột mới của tập đoàn: sản xuất tinh gọn, hiệu suất kỹ thuật số cao, sản xuất tiên tiến và sản xuất đắp lớp.

Những nhà máy khác của hãng trong khu vực cũng có định hướng phát triển như nhà máy tại Hải Phòng và Hino nhưng điều này không hề dễ dàng. “Xây dựng nhà máy thông minh là một chặng đường dài đầy thách thức,” bà Trang Vũ, Tổng giám đốc Nhà máy GE Hải Phòng chia sẻ.

Máy M2 của GE

Nhanh hơn, rẻ hơn và tốt hơn

Nhờ tối ưu hóa sản xuất, một nhà máy thông minh có thể tiết kiệm tới 50% thời gian hoàn tất đơn hàng, giảm lượng hàng tồn kho tới 20% trong khi nâng cao năng suất thêm 20%. GE đặt mục tiêu cắt giảm khoảng 3-5 tỷ đô la chi phí mỗi năm, phần lớn nhờ vào công nghệ AM.

Sản xuất tinh gọn và hiệu suất kỹ thuật số cao đều được thể hiện rõ tại nhà máy GE Hải Phòng từ các công cụ cầm tay đơn giản, tất cả đều được kết nối với nhau trên nền tảng Predix nhằm giám sát hiệu suất vận hành.

Việc phân tích dữ liệu trong khi các máy móc “giao tiếp” với nhau sẽ giúp tối ưu hóa và tinh gọn toàn bộ quá trình vận hành, đặc biệt là quá trình sản xuất máy phát điện và linh kiện điện tử.

Ngoài ra, công nghệ thực tế ảo (Virtual Reality) và thực tế ảo tăng cường (Augmented Reality) ngày càng được ứng dụng nhiều trong quá trình thiết kế và sản xuất. Công nghệ này cho phép tạo ralinh kiện với các hình dạng hình học hết sức phức tạp bên trong từ một máy tính.

GE Additive và công ty phân tích ngành SmartTech Publishing ước tính 13 tỷ đô la đã được chi cho các dịch vụ, phần mềm, vật liệu và máy in 3D từ năm 2014 đến năm 2018, một nửa trong số đó được chi trong năm 2017. Theo dự báo, khoảng 280 tỷ đô la sẽ được đầu tư vào ngành AM trong thập kỷ tiếp theo.

Wohlers Associates đã xuất bản báo cáo thường niên về AM trong vòng 23 năm. Theo đó, ngành AM toàn cầu đã tăng trưởng 21% từ năm 2016 đến năm 2017, đạt giá trị thị trường 7,3 tỷ đô. Công ty ước tính có 1,768 hệ thống AM kim loại đã được bán ra trong năm 2017, tăng gần 80% so với năm trước vì “các nhà sản xuất toàn cầu đã bắt đầu chú ý đến những lợi ích của AM trong việc sản xuất linh kiện kim loại.”

Trên toàn cầu có 135 công ty chuyên sản xuất và bán hệ thống AM trong năm 2017, tăng từ 97 công ty năm 2016. Những hệ thống này được định nghĩa là máy móc với giá hơn 5.000 đô mỗi cái. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy với nền tảng vật liệu mở, có tốc độ in nhanh hơn và giá thấp hơn bao giờ hết.

Một số sản phẩm được tạo ra bởi công nghệ in 3D của máy M2

Bước đột phá cho động cơ phản lực

Hiện nay, GE Aviation đang ứng dụng công nghệ AM để sản xuất vòi phun nhiên liệu cho động cơ phản lực bằng cách in linh kiện bằng laster thay vì đúc và hàn kim loại. Trước khi có sự đột phá này, sản xuất đắp lớp chỉ chế tạo ra những sản phẩm ngách cho cấy ghép y tế hay nguyên mẫu nhựa cho các kỹ sư và nhà thiết kế. Vì vậy, quyết định của GE trong việc sản xuất hàng loạt một linh kiện quan trọng trong động cơ phản lực được đánh giá là “dấu mốc quan trọng cho công nghệ AM,” Martin LaMonica, biên tập viên cộng tác tại tạp chí MIT Technology Review.

Vòi phun nhiên liệu phản lực có hình dạng như vòi phun nước kết nối với hai trụ ngắn. Vòi nhỏ đến mức có thể nắm trong lòng bàn tay. Đây là một minh chứng tiêu biểu cho việc ứng dụng công nghệ AM của GE. Từ tháng 10, nhà máy in 3D của GE Aviation tại Auburn, Alabama đã sản xuất khoảng 30.000 vòi phun nhỏ như vậy với độ phức tạp cao.

Bắt đầu từ hơn 10 năm trước, CFM International, liên doanh 50:50 giữa GE Aviation and hãng Safran Aircraft Engines của Pháp đã phát triển động cơ LEAP, một động cơ phản lực thương mại mới hứa hẹn ít xả thải hơn. Các kỹ sư đã gặp phải khó khăn trong việc sản xuất một linh kiện quan trọng giúp tiết kiệm nhiên liệu. Linh kiện này nằm ở đầu vòi phun nơi nhiêu liệu máy bay hòa với không khí.

Nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải cho động cơ, các kỹ sư đã tạo ra một vật thể nhỏ bằng hạt óc chó có chứa 14 đường dẫn chất lỏng lắp trên đầu vòi phun. Tuy nhiên, việc thiết kế hình dạng hình học bên trong của linh kiện này hết sức phức tạp.

Thời điểm đó, GE Aviation vẫn đang ứng dụng công nghệ AM cho các nguyên mẫu. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ này đã giúp đầu vòi phun bao gồm 20 mảnh riêng biệt được hàn lại với nhau giờ có thể được sản xuất như một mảnh duy nhất. Linh kiện mới nhẹ hơn 25%, bền hơn gấp năm lần và giúp tiết kiệm 30% chi phí so với phiên bản cũ, một phần vì các máy in có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm.

Đảm bảo tính cạnh tranh

GE Power & Water chuyên sản xuất các loại tuabin gió và khí gas cũng đã tìm ra những linh kiện có thể sản xuất bằng công nghệ AM. GE Healthcare đã ứng dụng công nghệ AM để phát triển cách in bộ chuyển đổi, đầu dò bằng gốm đắt tiền được sử dụng trong các máy siêu âm.

Trước năm 2015, công ty đã in vòi phun nhiên liệu tăng cường ở Alabama với hơn 40 máy in 3D có sẵn. Đến năm 2017, nhà máy cung cấp tổng cộng 8000 vòi phun nhiên liệu, một số vòi phun được sử dụng trong động cơ máy bay Airbus A320neo và máy bay Boeing 737 Max. Công ty có tổng cộng hơn 16.000 đơn đặt hàng cho động cơ LEAP với trị giá 236 triệu đô.

GE Aviation cũng ứng dụng công nghệ AM để sản xuất cảm biến, cánh quạt, bộ trao đổi nhiệt và các linh kiện khác cho động cơ từ động cơ phản lực lớn nhất thế giới GE9X đến động cơ tuabin cánh quạt Catalyst thu nhỏ. Động cơ này chỉ có khoảng một chục linh kiện so với 855 linh kiện của phiên bản trước đó.

Một vài ứng dụng hết sức thú vị của AM đã có mặt trong lĩnh vực y tế. Ít người biết rằng phẫu thuật thay khớp hông đã sử dùng các bộ phận in 3D trong hơn một thập kỷ qua.

Bác sĩ phẫu thuật người Ý Guido Grappiolo là người đầu tiên đề xuất thủ thuật này khi có một bệnh nhân cần thay thế xương hông tới gặp ông vào năm 2007. Bác sĩ đã trực tiếp làm việc với nhà sản xuất cấy ghép chỉnh hình và nhà sản xuất máy in 3D Arcam (sau này thuộc GE Additive) để phát triển ổ cối in 3D đầu tiên cho khớp hông.

Ổ cối bằng titan được lắp cho bệnh nhân nữ đầu tiên vẫn đang hoạt động rất tốt. Từ đó, hơn 100.000 bệnh nhân khác đã được phẫu thuật thay khớp hông với ổ cối in 3D.