Ứng dụng in 3D kim loại và gốm sứ của San Di trong ngành công nghiệp 3C

Với sự phát triển liên tục của công nghệ in 3D và sự giảm giá của nguyên liệu thô, in 3D ngày càng nâng cao hiệu quả và giảm chi phí, đồng thời mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực hạ nguồn. Đặc biệt, với việc các nhà sản xuất điện tử tiêu dùng hàng đầu trong và ngoài nước lần lượt triển khai ứng dụng công nghệ in 3D trong các sản phẩm 3C như điện thoại thông minh, đồng hồ đeo tay, v.v., chẳng hạn như nắp trục điện thoại màn hình gập, vỏ đồng hồ điện tử, khung giữa điện thoại, khung viền, v.v. được sản xuất bằng công nghệ in 3D, ứng dụng công nghệ in 3D trong sản xuất hàng loạt các bộ phận điện tử tiêu dùng 3C (3D3C) đang ngày càng phổ biến. Theo thống kê của Statista và Wohlers, quy mô thị trường điện tử tiêu dùng toàn cầu vào năm 2022 sẽ đạt khoảng 1,01 nghìn tỷ USD (khoảng 7,27 nghìn tỷ nhân dân tệ), trong đó quy mô thị trường in 3D trong lĩnh vực này là 2,127 tỷ USD (khoảng 15,306 tỷ nhân dân tệ), tỷ lệ thâm nhập chỉ khoảng 0,21%, có tiềm năng tăng trưởng rất lớn. Báo cáo của CITIC Securities "Nghiên cứu in 3D trong ngành sản xuất điện tử thông minh: Hợp kim titan và in 3D, từ điện tử tiêu dùng" cho thấy, chỉ riêng in 3D hợp kim titan trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng đã có thị trường dự kiến vượt quá 10 tỷ nhân dân tệ, in 3D trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng có tiềm năng phát triển khổng lồ lên đến hàng trăm tỷ nhân dân tệ.

Tại Hội nghị Thượng đỉnh về Công nghệ Đúc Phun Thứ 12 được tổ chức vào ngày 6 tháng 3, Tiến sĩ Zong Guisheng, Chủ tịch Công ty Cổ phần Công nghệ San Di Bắc Kinh, đã trình bày báo cáo có tiêu đề "Ứng dụng công nghệ in 3D kim loại và gốm sứ của San Di trong ngành công nghiệp 3C". Trong báo cáo, ông đã tổng kết các nghiên cứu công nghệ và tiến bộ ứng dụng của in 3D trong lĩnh vực điện tử 3C, phân tích các vấn đề và thách thức mà in 3D phải đối mặt trong ứng dụng 3C, đồng thời thảo luận về hướng phát triển công nghệ cho ứng dụng 3C.
Sản xuất các sản phẩm 3C đòi hỏi chất lượng bề mặt, độ phẳng của các bộ phận và độ chính xác kích thước rất cao, nhu cầu sản phẩm lớn, cần đáp ứng sản xuất tự động hóa và chi phí thấp. Dựa trên các đặc điểm trên, hiện tại có thể sử dụng hai công nghệ chính là SLM (Selective Laser Melting) và BJ (Binder Jetting) để sản xuất các linh kiện điện tử 3C. Trong đó, công nghệ SLM có độ chính xác cao, độ phức tạp cao, độ đậm đặc cao, còn công nghệ BJ có chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước tuyệt vời, hiệu quả cao, sản lượng lớn.

Việc áp dụng công nghệ in 3D trong điện thoại thông minh và đồng hồ thông minh có thể giúp sản phẩm đạt được độ bền cao và trọng lượng nhẹ, đồng thời tối ưu hóa thời gian sản xuất và giảm chi phí sản xuất. Ví dụ, một nhà sản xuất đã sử dụng nắp trục bản lề điện thoại màn hình gập in 3D bằng hợp kim titan, với độ dày chỉ 9,9 mm, độ bền tăng 50%, đồng thời giảm trọng lượng 62%, số lượng bộ phận bản lề giảm từ 92 xuống chỉ còn 4; khung điện thoại in 3D bằng hợp kim titan, giảm trọng lượng 9%.

Tại sao lại sử dụng vật liệu hợp kim titan? Tiến sĩ Zong Guisheng đã phân tích dựa trên một số đặc tính chính của hợp kim titan: Hợp kim titan có độ bền cao, gấp 1,3 lần so với hợp kim nhôm, gấp 1,6 lần so với hợp kim magiê và gấp 3,5 lần so với thép không gỉ; Hợp kim titan có độ bền nhiệt cao, có thể hoạt động lâu dài ở nhiệt độ 450-500 °C; Hợp kim titan có khả năng chống ăn mòn tốt, chịu được axit, kiềm, ăn mòn khí quyển, đặc biệt có khả năng chống ăn mòn điểm và ăn mòn do ứng suất; Hợp kim titan có tính chất nhiệt độ thấp tốt, hợp kim titan TA7 có hàm lượng nguyên tố kẽ hở cực thấp vẫn có thể duy trì độ dẻo nhất định ở -253 °C; Hợp kim titan có hoạt tính hóa học lớn, ở nhiệt độ cao có thể phản ứng hóa học với các tạp chất khí như hydro, oxy, tạo thành lớp cứng.

Tại sao lại sử dụng công nghệ in 3D? Tiến sĩ Zong Guisheng cho biết, thứ nhất, gia công truyền thống của hợp kim titan có một số hạn chế nhất định. Do titan dễ cháy ở nhiệt độ cao, tính dẫn nhiệt kém, tính tương hợp hóa học cao, mô đun đàn hồi nhỏ, hiện tượng cứng lạnh nghiêm trọng, v.v., dẫn đến các vấn đề như mài mòn dao cắt, biến dạng kẹp phôi, giảm độ bền mỏi của chi tiết. Thứ hai, sản xuất tấm composite titan/nhôm có một số vấn đề nhất định. Phương pháp chế tạo composite rắn-rắn truyền thống dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thời gian, nhiệt độ và hệ số khuếch tán, dẫn đến chất lượng kết dính kim loại ở bề mặt tiếp xúc thấp, hiệu suất sử dụng vật liệu thấp. Thứ ba, in 3D có thể đạt được mức độ tích hợp cao và giảm thiểu việc lắp ráp. Lấy ví dụ về bản lề hình giọt nước của điện thoại màn hình gập, có tới hơn 130 bộ phận, mỗi bộ phận đều phải được định vị chính xác, độ khó thiết kế rất cao. Công nghệ lắp ráp mô-đun phức tạp và liên quan đến nhiều rào cản bằng sáng chế, do đó, sau nhiều công đoạn, tỷ lệ thành phẩm thấp. Thứ tư, in 3D giúp giảm chi phí sản xuất hợp kim titan, mở ra không gian thị trường lớn hơn cho in 3D và thúc đẩy ứng dụng quy mô lớn.

Là nhà cung cấp giải pháp tổng thể in 3D chuyên về sản xuất nhanh xanh, dựa trên nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết bị và ứng dụng in 3D laser 1.0, SanDi Technology đã tự chủ nắm vững công nghệ in 3D 2.0 3DP, BJ, vật liệu và quy trình, có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất các sản phẩm có kích thước khác nhau (từ cấp milimet đến cấp mét), cung cấp cho người dùng dịch vụ sản xuất nhanh toàn kích thước, đa vật liệu, toàn chuỗi. Hiện tại, SanDi Technology đang khám phá ứng dụng in 3D trong lĩnh vực điện tử 3C thông qua nghiên cứu và phát triển độc lập công nghệ và quy trình, cũng như hợp tác công nghiệp hóa với các nhà sản xuất 3C nổi tiếng và các doanh nghiệp trong chuỗi cung ứng.

Ví dụ, việc sử dụng công nghệ in 3D SLM của SanDee để sản xuất khung điện thoại di động bằng vật liệu composite lớp titan-nhôm có thể tăng cường độ bề mặt lên 40% so với quy trình cán truyền thống. Sử dụng SLM của SanDe để in máy trợ thính trong tai tùy chỉnh, vỏ hợp kim titan có thể đạt độ dày tối đa 0,15mm, nhẹ, ẩn, chống rơi 15 lần, an toàn, không gây dị ứng. Sản phẩm này đã đạt được chứng nhận đăng ký thiết bị y tế loại II của quốc gia và được sản xuất hàng loạt.

Công ty Công nghệ San Di đã hoàn thành việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị phun kim loại/gốm sứ kết dính BJ, bao gồm dòng R dành cho nghiên cứu và phát triển và dòng P dành cho sản xuất, với hàng chục thiết bị đã được lắp đặt và sử dụng; hoàn thành việc phát triển các quy trình xử lý vật liệu hệ thống như vật liệu sắt, kim loại màu, hợp kim nhiệt độ cao, kim loại khó nung chảy, vật liệu gốm sứ, muối vô cơ, vật liệu polymer, vật liệu thực phẩm; đáp ứng nhu cầu sản xuất linh hoạt với nhiều chủng loại và số lượng nhỏ bằng cách thúc đẩy các giải pháp dự báo mô phỏng CAE. Ngoài ra, SanDi Technology đã hợp tác với Đại học Công nghệ Nghề nghiệp Thâm Quyến để thành lập phòng thí nghiệm chung về công nghệ sản xuất bổ sung, đồng thời hợp tác với các nhóm nghiên cứu liên quan của Viện nghiên cứu Đại học Tsinghua Thâm Quyến, Đại học Giao thông Thượng Hải và các viện nghiên cứu khoa học khác để tiến hành nghiên cứu cơ bản về vật liệu, quy trình và ứng dụng của công nghệ phun keo, thúc đẩy ứng dụng công nghiệp trong các lĩnh vực như khuôn công nghiệp, dao cắt, sản phẩm điện tử 3C, cũng như các sản phẩm gốm sứ phức tạp, có hình dạng đặc biệt và kích thước lớn.

Về ứng dụng in 3D trong lĩnh vực 3C, Tiến sĩ Zong Guisheng cho biết, ứng dụng này có tiềm năng thị trường rất lớn, công nghệ SLM và BJ hiện tại đều có triển vọng ứng dụng liên quan, nhưng vẫn cần giải quyết một loạt vấn đề như độ chính xác kích thước sản phẩm, độ nhẵn bề mặt và sản xuất tự động quy mô lớn. Về hướng phát triển công nghệ ứng dụng 3C, ông đề xuất có thể thực hiện sản xuất tự động hóa bằng cách phát triển thiết bị SLM chuyên dụng cho 3C; trong tương lai, công nghệ in laser khu vực (Area Laser 3D Printing, AL3DP) có tiềm năng sản xuất quy mô lớn có thể sẽ trở thành năng suất mới để thực hiện các ứng dụng 3C và các sản phẩm cỡ lớn, đáng được quan tâm và kỳ vọng.

Từ ngày 6 đến 8 tháng 3, Triển lãm Quốc tế lần thứ 16 về Kim loại bột, Hợp kim cứng và Gốm sứ tiên tiến Trung Quốc 2024 đang diễn ra tại Trung tâm Triển lãm Thế giới Thượng Hải. Kính mời quý vị ghé thăm gian hàng của SanDe Technology (Gian H1, A913) để tham quan và trao đổi!