Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nguồn vật liệu hữu dụng lẫn hệ sinh thái, công nghệ đắp dần, hay còn gọi là “in 3D”, đã đạt những bước tiến vượt bậc, có khả năng “in” ra nhiều loại hình sản phẩm: từ đế giày chạy cho tới cánh tuabin, với khối lượng lớn.

Công nghệ này mang lại năng lực tùy chỉnh sản phẩm và đáp ứng nhanh chóng với những biến động của cầu thị trường. Kết quả là, in 3D đang chuyển từ ứng dụng hạn chế, chẳng hạn như tạo mẫu và chế tạo các công cụ máy móc thông thường, sang giữ một vai trò trung tâm trong sản xuất ở ngày càng nhiều ngành công nghiệp.

NHỮNG TIẾN BỘ GẦN ĐÂY

Những tiến bộ của công nghện đắp dần làm tăng mạnh hiệu quả và mở rộng phạm vi ứng dụng trong một loạt các lĩnh vực. Các máy in thế hệ mới sản xuất các sản phẩm nhanh hơn với chi phí thấp hơn, các thành phẩm được “in” ra cần ít công đoạn để hoàn thiện hơn so với các máy in 3D thế hệ trước. Một số những tiến bộ này là:

Các đầu máy in nhanh hơn, chính xác hơn

Được sử dụng chủ yếu để in các sản phẩm nhựa, những đầu máy in này có thể làm lắng vật liệu ở tốc độ gấp 12 đến 25 lần tốc độ của các đầu máy in của ba năm trước, khiến chúng cạnh tranh với các quy trình ép phun đối với hầu hết các sản phẩm.

Lắng đọng bột nhanh hơn

Các hệ thống phun bột mới sử dụng các chất kết dính và keo kết dính có thể tạo nên các bộ phận phức tạp cho các sản phẩm bằng kim loại và nhựa nhanh gấp 80 đến 100 lần so với các máy in dựa trên laser. Những bộ phận này có chi phí sản xuất trung bình chỉ 4 USD so với 40 USD (của máy in dựa trên laser) và được thực hiện trong vài phút, chứ không phải hàng giờ.

Sản xuất giao diện lỏng liên tục (CLIP)

Các vật thể nhựa được kéo liên tục ra từ một thùng keo resin thay vì được đắp lên theo từng lớp. Mặc dù không hoàn toàn nhanh hay rẻ như phương pháp đắp dần theo lớp, CLIP vẫn góp phần dưới tác động của những tiến bộ giảm chi phí cho phương pháp sản xuất hàng loạt và mang lại lợi thế trong việc hoàn thiện, chế tạo ra các bộ phận phức tạp cũng như các vật liệu mà phương pháp này có thể sử dụng.

Các công nghệ nhúng linh kiện điện tử

Các máy in thế hệ mới có thể in mạch điện tử, các bộ phận như ăng-ten và cảm biến trực tiếp lên các bức vách của các vật thể. Tiến bộ này làm giảm nhu cầu lắp ráp, làm thông thoáng không gian bên trong các sản phẩm và góp phần cải thiện quy trình tích hợp điện tử vào toàn bộ sản phẩm, làm giảm chất thải sản xuất và nâng cao chất lượng. Ví dụ, độ chính xác của máy in tăng lên có nghĩa là chúng có thể được sử dụng để sản xuất các màn hình hiển thị OLED (diode phát sáng hữu cơ).

Ích lợi của những tiến bộ này được thúc đẩy hơn nữa nhờ những đột phá trong lĩnh vực vật liệu. Các nhà sản xuất giờ đây có thể sử dụng máy in cho nhiều loại vật liệu hơn, bao gồm các hợp kim công nghệ cao để in các bộ phận động cơ phản lực và các sản phẩm khác đòi hỏi yêu cầu về hiệu suất. Vật liệu composite (vật liệu tổng hợp), chẳng hạn như các loại nhựa rất cứng được trộn với sợi thủy tinh, sợi các-bon và ống nano các-bon, có thể thay thế kim loại trong nhiều ứng dụng. Hầu hết những vật liệu này đều có sẵn từ nhiều nhà cung ứng, vì vậy, các nhà sản xuất không bị buộc phải mua các vật liệu độc quyền của các nhà sản xuất máy in với mức giá cắt cổ. Hệ sinh thái công nghệ đắp dần được mở rộng cũng giúp các công ty dễ áp dụng những công nghệ mới. Hệ sinh thái hiện tại gồm một loạt các máy in theo hợp đồng, nhà tư vấn, nhà cung ứng phần mềm và hệ thống quét kiểm soát chất lượng cùng với các nhà sản xuất máy in và vật liệu. Những thành phần tham gia hệ sinh thái bao gồm từ các startup cho tới những tập đoàn khổng lồ như Siemens, Dassault Systèmes và DowDuPont. Lĩnh vực này đã bước vào một chu kỳ có trật tự: một hệ sinh thái lớn hơn dẫn đến nhiều ứng dụng hơn với chi phí thấp hơn, dẫn đến có thêm nhiều nhà sản xuất áp dụng công nghệ, thu hút thêm nhiều thành phần tham gia vào hệ sinh thái.

Công nghệ đắp dần đang thực sự thể hiện tiềm năng đầy hứa hẹn khi hiện tại có thể cạnh tranh với phương pháp sản xuất thông thường bằng năng lực chế tạo hàng chục, thậm chí hàng trăm ngàn đơn vị một năm. Các nhà máy có thể sử dụng phần mềm tối ưu hóa để điều chỉnh sản xuất (thay đổi số lượng đơn vị hoặc chuyển đổi giữa các sản phẩm được thực hiện) hoặc nâng cấp sản phẩm nhanh chóng với chi phí thấp, thay vì phải đóng cửa trong khi mở rộng, trang bị lại hoặc thay thế những dây chuyền lắp ráp đắt tiền được sử dụng trong các nhà máy thông thường. In 3D cũng cho phép các công ty sản xuất các sản phẩm phức tạp, không thể thực hiện được bằng các kỹ thuật cắt gọt (cắt và khoan CNC - Computer Number Control (Có thể tạm dịch là: Điều khiển số với sự hỗ trợ của máy tính)

hoặc hình thành (ép phun) vốn là những kỹ thuật chủ đạo của sản xuất thông thường. Cuối cùng, chế tạo đắp dần cần ít vốn đầu tư hơn so với thiết bị sản xuất hàng loạt thông thường: một chiếc máy in giá dưới 1 triệu USD có thể thay thế cho một cỗ máy sản xuất hàng loạt giá 20 triệu USD, khiến cho nó có thể được lắp đặt ở những vùng sản xuất nhỏ hơn và gần với khách hàng hơn. Chính những lợi thế này khiến cho rất nhiều công ty danh tiếng, từ BMW, Boeing cho đến tập đoàn Sumitomo của Nhật Bản đã mua máy in 3D với số lượng lớn, hoặc thậm chí mua luôn cả các nhà sản xuất máy in. General Electric, với mục đích không chỉ sử dụng máy in 3D mà còn bán chúng cho những công ty khác, đang rất tích cực thâm nhập vào lĩnh vực này. Tập đoàn đã mua lại ba nhà sản xuất máy in và đã phát triển phần mềm để “giao tiếp” với những chiếc máy in.

CÁC MÔ HÌNH KINH DOANH MỚI NỔI

Dưới tác động của những tiến bộ nêu trên, lĩnh vực in 3D hiện đang nổi lên 6 mô hình kinh doanh chủ chốt. Ba mô hình đầu tiên khai thác ưu thế của công nghệ đắp dần đối với tùy chỉnh sản phẩm so với sản xuất truyền thống; mô hình thứ tư và thứ năm tối đa hóa lợi ích của in 3D trong sản xuất các sản phẩm phức tạp; mô hình thứ sáu là về ứng dụng hiệu quả nhờ công nghệ in 3D. Các mô hình này đều có thể được cả hai loại hình doanh nghiệp B2B và B2C sử dụng.

Tùy biến hàng loạt (mass customization)

Mô hình này đòi hỏi tạo ra các sản phẩm “độc” được tùy chỉnh chính xác theo nhu cầu hoặc ý tưởng của từng khách hàng. Việc điều chỉnh được thực hiện đơn giản bằng cách tải tệp kỹ thuật số của từng khách hàng vào máy in 3D. Nhờ tính hiệu quả và độ chính xác của công nghệ kỹ thuật số, những sản phẩm này có chi phí sản xuất thấp hơn những sản phẩm được sản xuất theo phương pháp thông thường nhưng lại khớp chính xác với các thông số kỹ thuật của từng khách hàng. Tùy biến hàng loạt phù hợp với bất kỳ thị trường lớn nào dễ thu thập thông tin khách hàng và khách hàng không hài lòng với các dịch vụ tiêu chuẩn hóa, sản xuất theo quy ước. Một số ví dụ là máy trợ thính, niềng răng chỉnh hình, bộ phận giả, kính râm, phụ kiện xe hơi và xe gắn máy, và đồ trang trí cây thông Noel. Đối với trường hợp máy trợ thính, việc quét laser tai của bệnh nhân được chuyển đổi tự động thành một tập tin sản xuất và một chiếc máy in sẽ in ra vỏ. Các linh kiện điện tử vẫn được bổ sung riêng, nhưng quy trình này sẽ sớm thay đổi bởi vì giờ có thể in chúng trực tiếp vào vỏ. Mô hình này sẽ tác động nhanh và mạnh lên toàn ngành công nghiệp. Với trường hợp máy trợ thính, quá trình chuyển đổi xảy ra trong một năm rưỡi, khiến một số nhà sản xuất phá sản.

Đa dạng hàng loạt (mass variety)

Mô hình này nhắm vào khách hàng có sở thích mạnh và đa dạng nhưng không cần sản phẩm được điều chỉnh theo thông số kỹ thuật cá nhân của họ. Các nhà sản xuất có thể bỏ qua quá trình thu thập thông tin cá nhân và đưa ra nhiều tùy chọn với mức giá phải chăng. Ví dụ, một số nhà sản xuất trang sức có một vài mẫu thiết kế cơ bản và từ đó tạo ra hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn mẫu biến thể mà họ có thể trưng bày trực tuyến hoặc tại cửa hàng. Các mẫu trưng bày thường rỗng và được làm bằng vàng hoặc bạc giả. Thay vì duy trì một lượng các linh kiện tồn kho lớn và tốn kém mà có thể không bán được, các nhà bán lẻ có thể chờ nhu cầu thực tế. Khi có đơn đặt hàng, họ có thể ký hợp đồng với nhà sản xuất in 3D, ví dụ như công ty Shapeways, để in ra các mặt hàng có kim loại quý, hay đặt hàng một linh kiện theo mong muốn từ nhà thiết kế hoặc mua một chiếc máy in 3D để tự in ra sản phẩm.

Với đa dạng hàng loạt, thách thức cạnh tranh lớn nhất là quản lý việc lựa chọn. Đưa ra nhiều lựa chọn sẽ mở rộng thị trường, nhưng đồng thời có thể làm khách hàng “ngợp”. Với in 3D, mỗi lựa chọn đều làm tăng chi phí thiết kế. Các nhà sản xuất sẽ phải theo dõi thị trường sát sao hoặc sử dụng phương pháp máy học để liên tục cảm nhận và đáp ứng với phản ứng của khách hàng. Họ phải sẵn sàng phát triển các thiết kế mới ngay lập tức và loại bỏ những thiết kế cũ không bán được: hướng này dễ ứng dụng phương pháp in 3D hơn là sản xuất thông thường./.