Kênh giải nhiệt dạng 3D cho khuôn phun ép nhựa "Made in Việt Nam"

Các nhà khoa học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM vừa hoàn thiện công nghệ chế tạo gia công kênh giải nhiệt 3D cho khuôn phun ép nhựa, bước đầu thử nghiệm thành công trên mẫu khuôn cho sản phẩm tấm CAX5 và bánh răng công nghiệp.

Thực tế cho thấy, các phương pháp giải nhiệt cho khuôn phun ép hiện nay chủ yếu có hình trụ thẳng, được gia công chủ yếu bằng phương pháp khoan sâu. Với các kênh giải nhiệt này, đa số các khuôn ở Việt Nam chỉ có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất các sản phẩm có chất lượng thông thường. Ngoài ra, kênh giải nhiệt dạng thẳng không thể nào tối ưu hóa quá trình giải nhiệt cho các sản phẩm nhựa.

Các lỗi thường gặp ở dạng khuôn này là cong vênh, không điền đầy, chất lượng bề mặt thấp… Ngoài ra, thời gian chu kỳ phun ép cũng là một trong những vấn đề cần được cải tiến cho  các loại khuôn truyền thống hiện nay.

Khuôn phun ép nhựa sử dụng kênh giải nhiệt 3D cho sản phẩm là tấm CAX5 và bánh răng công nghiệp

Để giải quyết các vấn đề nêu trên, nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Nghiên cứu công nghệ và chế tạo thiết bị gia công kênh giải nhiệt dạng 3D cho khuôn phun ép nhựa" đã được PGS.TS Phạm Sơn Minh và các cộng sự đang công tác tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đề xuất nhằm giúp doanh nghiệp Việt Nam mở rộng khả năng sản xuất, nâng cao khả năng cạnh tranh, cũng như rút ngắn thời gian phun ép sản phẩm nhựa, đặc biệt là các sản phẩm dùng cho các quá trình lắp ráp và có yêu cầu độ chính xác cao.

Khuôn phun ép nhựa với kênh giải nhiệt 3D được ứng dụng vào thử nghiệm thực tế tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

PGS.TS Phạm Sơn Minh, chủ nhiệm triển khai nhiệm vụ cho biết, với các kết quả đạt được từ nhiệm vụ này, thì các nghiên cứu mới trong hướng công nghệ chế tạo máy - tự động hóa sẽ được mở ra như: (1) nâng cao cơ tính của sản phẩm phun ép nhờ vào quá trình tối ưu hóa phân bố nhiệt độ khuôn, (2) nghiên cứu chế tạo chi tiết có hình dáng phức tạp trong ngành khuôn mẫu, và (3) Thiết kế, chế tạo vi khuôn bằng công nghệ in 3D kim loại

Báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được Sở KH&CN TP.HCM tổ chức, đại diện nhóm các nhà khoa học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định, công nghệ chế tạo các kênh giải nhiệt dạng 3D được đề xuất nhằm giảm chi phí chế tạo.

"So với các công nghệ hiện có để gia công đường nước 3D, điểm mới của công nghệ được đề xuất từ nhiệm vụ là việc kết hợp các công nghệ phổ biến hiện nay như hàn đắp, biến dạng cục bộ kim loại tấm và công nghệ phay CNC để thay thế công nghệ in 3D kim loại nhưng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm", PGS.TS Phạm Sơn Minh thông tin thêm.

Sản phẩm chính của nhiệm vụ là máy in 3D kim loại dựa trên nguyên lý là công nghệ hàn đắp. Đặc điểm của thiết bị này là có thể thay thế, ứng dụng được công nghệ in 3D kim loại mà thế giới đang nghiên cứu, phát triển vào lĩnh vực mà mạnh của Việt Nam hiện nay là công nghệ khuôn phun ép nhựa. Theo đó, máy gồm một khung máy và một nguồn hàn. Trong quá trình in 3D kim loại thì hệ thống CNC sẽ điều khiển vùng đầu hàn di chuyển để tạo ra những lớp hàn. Từ những lớp hàn đó sau này chúng ta sẽ có thể dùng để gia công, tạo thành những lòng khuôn và kèm theo đó là những đường nước giải nhiệt ở phía dưới.

Là một phần của nhiệm vụ, PGS.TS Phạm Sơn Minh và các cộng sự đã hoàn thiện công nghệ, quy trình, tính toán, thiết kế khuôn phun ép nhựa cho sản phẩm tấm CAX5 và bánh răng công nghiệp với thiết bị giải nhiệt dạng 3D. Các thử nghiệm thực tế tại phòng thí nghiệm đã tạo ra sản phẩm có chất lượng đồng nhất, ổn định.

Sản phẩm tấm CAX5 được sản xuất thực tế từ khuôn phun ép với kênh giải nhiệt 3D

Có thể khẳng định rằng, việc chế tạo thành công hệ thống gia công các kênh giải nhiệt dạng 3D với chi phí thấp hơn khoảng 50% so với các công nghệ hiện tại đã góp phần cải thiện đáng kể lợi nhuận, là một trong những yếu tố tích cực tác động đến lĩnh vực phun ép nhựa, giúp phổ biến công nghệ giải nhiệt bằng kênh dẫn dạng 3D, từ đó giúp nâng cao lợi nhuận của công ty, cũng như của ngành khuôn mẫu.

"Trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu, đặc biệt với khuôn phun ép nhựa, với dạng sản xuất đơn chiếc hoặc số lượng ít, phương án được chúng tôi đề xuất là một trong những phương pháp có thể thay thế được cho công nghệ in 3D kim loại", PGS.TS Phạm Sơn Minh khẳng định.

Nhìn chung, hiện nay công nghệ in 3D kim loại đang gặp nhiều khó khăn trong việc ứng dụng tại Việt Nam do chi phí in và chi phí thiết bị, vì thế việc phát triển và làm chủ công nghệ gia công kênh giải nhiệt dạng 3D cho khuôn phun ép nhựa không những góp phần phát triển công nghệ mới ở Việt Nam, cả lý thuyết lẫn ứng dụng, mà còn có thể thay thế cho công nghệ in 3D kim loại trong việc nâng cao hiệu quả và lợi nhuận cho các công ty khuôn mẫu tại Việt Nam.

Với thiết bị in 3D kim loại này, có những hướng ứng dụng rất khả thi tại đại đa số các doanh nghiệp về khuôn mẫu ở Việt Nam, dùng để chế tạo những tấm khuôn mà trong đó có tích hợp được kênh giải nhiệt dạng 3D.

"Với thiết kế và thiết bị là sản phẩm của nhiệm vụ, nhóm kỳ vọng sẽ tạo ra được những khuôn có kênh giải nhiệt 3D, từ đó giảm được khoảng 30-50% thời gian giải nhiệt cho khuôn phun ép nhựa cũng như giảm được chu kỳ thời gian mà phun ép của một sản phẩm. Đó là một trong những ứng dụng rất phổ biến mà nhóm kỳ vọng sẽ đáp ứng được nhu cầu của các doanh nghiệp khuôn mẫu tại Việt Nam hiện nay", PGS.TS Phạm Sơn Minh cho biết.

Hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ trực tiếp xem hệ thống phun ép nhựa với khuôn sử dụng kênh giải nhiệt 3D

Bên cạnh đó những thiết bị như thế này cũng là một trong những tiền đề, cơ sở rất tốt để môi trường nghiên cứu ở Việt Nam có những thiết bị để chúng ta nghiên cứu sâu hơn về công nghệ in 3D, công nghệ giải nhiệt cho khuôn, những công nghệ, quy trình khuôn mới.

Chia sẻ thêm về khả năng chuyển giao cho các doanh nghiệp, đại diện nhóm nghiên cứu khẳng định, khi chúng ta có khả năng giảm được thời gian chu kỳ của sản phẩm nhựa thì đó là một trong những nhu cầu rất lớn hiện nay đối với những doanh nghiệp khuôn mẫu nói chung và khuôn mẫu về lĩnh vực nhựa nói riêng ở Việt Nam.

Nhóm các nhà khoa học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM kỳ vọng, trong thời gian sắp tới, sau khi hoàn thiện một số chi tiết và cụm chi tiết theo hướng công nghiệp hóa thì có thể chuyển giao thiết bị, cũng như công nghệ này cho các doanh nghiệp, đặc biệt là những doanh nghiệp chế tạo khuôn mẫu ở Việt Nam hiện nay.