In 3D kim loại so với gia công CNC - Ai sẽ thống trị ngành sản xuất tương lai?

Ngày 9 tháng 5 năm 2025 | Xu hướng Công nghệ Sản xuất

Trong lĩnh vực sản xuất, in ấn kim loại 3D và phay CNC giống như hai người chơi hàng đầu, mỗi bên có một "gói kỹ năng" độc đáo để cạnh tranh cho vị trí thống trị. Một số người nói rằng in 3D là ngôi sao tương lai làm đảo lộn truyền thống, trong khi những người khác tin rằng phay CNC vẫn là "người anh cả" không thể lay chuyển. Ai sẽ chiến thắng trong trò chơi công nghệ này? Hoặc, câu trả lời có thể phức tạp hơn chúng ta nghĩ.

1. So sánh tình hình hiện tại: Khi "thêm" gặp "trừ"

Sự khác biệt chính giữa in 3D kim loại (chế tạo cộng thêm) và gia công CNC (chế tạo trừ đi) nằm ở "xếp chồng vật liệu" hoặc "cắt gọt vật liệu".

• in 3D: xếp kim loại bột hoặc dây lớp này lên lớp kia giống như lắp ghép khối xây, phù hợp cho các cấu trúc phức tạp (như khoang rỗng bên trong, bề mặt hình dạng đặc biệt) và tùy chỉnh cá nhân hóa, với tỷ lệ sử dụng vật liệu hơn 95%. Ví dụ, bản lề hợp kim titan của Honor Magic V2 được in 3D, tiết kiệm vật liệu và đạt được trọng lượng nhẹ.
• Gia công CNC: "điêu khắc" chi tiết từ một khối vật liệu nguyên qua các quá trình cắt, phay và khác, với độ chính xác cấp nanomet và bề mặt bóng gần hiệu ứng gương, đặc biệt phù hợp cho sản xuất hàng loạt. Khung hợp kim titan của Apple iPhone 15 Pro là tác phẩm tiêu biểu của công nghệ CNC.

So sánh dữ liệu quan trọng:

2. Ưu điểm và điểm đau: "mũi giáo và khiên" của công nghệ

Mã bí mật cho sự trỗi dậy của in 3D kim loại:

• Tự do thiết kế: Có thể sản xuất các hình dạng hình học phức tạp mà không thể đạt được bằng các quy trình truyền thống, chẳng hạn như các bộ phận nhẹ của động cơ hàng không.
• Lặp lại nhanh chóng: Không cần mở mold, trực tiếp sản xuất nguyên mẫu thông qua mô hình số hóa, rút ngắn đáng kể chu kỳ R&D.
• Sáng tạo về vật liệu: Hỗ trợ các vật liệu khó gia công như hợp kim titan và hợp kim nhiệt độ cao dựa trên niken, nhưng các vật liệu tùy chọn vẫn còn hạn chế (chẳng hạn như số lượng loại bột kim loại có hạn).

Tính không thể thay thế của gia công CNC:

• Độ chính xác cực cao: CNC vẫn là lựa chọn hàng đầu trong các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cấp micron nghiêm ngặt, chẳng hạn như cấy ghép y tế hoặc linh kiện bán dẫn.
• Chi phí theo quy mô: Trong sản xuất hàng loạt, chi phí đơn vị của CNC thấp hơn nhiều so với in 3D và ổn định hơn.
• Tính phổ quát của vật liệu: Hỗ trợ hầu hết các vật liệu kim loại và phi kim loại, từ hợp kim nhôm đến nhựa kỹ thuật.

Thách thức phổ biến:

• in 3D: Bề mặt thô cao (cần xử lý sau), chi phí thiết bị đắt và tốc độ chậm.
• Phay CNC: Cấu trúc phức tạp cần nhiều quy trình, lãng phí nhiều vật liệu và mất công cụ lớn khi phay các vật liệu cứng như hợp kim titan.

3. Phân chia ứng dụng: Phương án nào phù hợp hơn với nhu cầu của bạn?

Trường hợp sử dụng in 3D:

• Định chế y tế: như là cấy ghép chỉnh hình, vừa khít hoàn hảo với cấu trúc xương của bệnh nhân.
• Hàng không vũ trụ: Các bộ phận nhẹ và thiết kế tích hợp (chẳng hạn như cánh tua-bin có kênh làm mát bên trong).
• Sản xuất thử nghiệm với số lượng nhỏ: Tránh chi phí khuôn và nhanh chóng xác minh thiết kế.

Các tình huống chọn gia công CNC:

• Điện tử tiêu dùng: Sản phẩm khối lượng lớn yêu cầu chất lượng bề mặt cao, chẳng hạn như khung giữa điện thoại di động và vỏ laptop.
• Sản xuất ô tô: Các linh kiện tiêu chuẩn như khối xy-lanh động cơ và các bộ phận hộp số.
• Công cụ độ chính xác cao: Molds chính xác, các bộ phận dụng cụ quang học, v.v.

4. Xu hướng trong tương lai: Sự hòa trộn hay thay thế?

Trong ngắn hạn, hai công nghệ này sẽ tồn tại song song và bổ sung cho nhau, nhưng những tiến bộ công nghệ có thể viết lại quy tắc của trò chơi:

Hướng phát triển của in 3D:

• Phát triển về tốc độ và chi phí: Ví dụ, công nghệ in ấn "khu vực" của Seurat làm tan chảy các vùng lớn bột cùng một lúc thông qua tia laser xung, tăng tốc độ hơn 3 lần.
• Sản xuất hybrid: Kết hợp gia công CNC hậu kỳ để cải thiện bề mặt. Ví dụ, công nghệ 3D EHLA của Viện Fraunhofer kết hợp hiệu suất cao của phủ laser với độ chính xác của việc làm tan giường bột.

Đường nâng cấp CNC:

• Trí thông minh và tự động hóa: Tối ưu hóa đường đi của công cụ thông qua trí tuệ nhân tạo, giảm can thiệp thủ công và giảm thêm chi phí.
• Liên kết đa trục: Máy công cụ năm trục và bảy trục đáp ứng được các yêu cầu cấu trúc phức tạp hơn.

Dự báo ngành: Đến năm 2030, quy mô thị trường in 3D kim loại có thể vượt quá 30 tỷ USD, nhưng CNC vẫn sẽ chiếm hơn 60% thị phần trong sản xuất chính xác.

Không có người chiến thắng, chỉ có sự kết hợp tốt nhất

Vua của ngành sản xuất tương lai có thể không phải là một công nghệ đơn lẻ, mà là một hệ sinh thái hợp tác của "in 3D + CNC". In 3D đảm nhận việc phá vỡ giới hạn thiết kế, CNC đảm bảo độ chính xác và hiệu quả, và sự tích hợp giữa hai công nghệ này (chẳng hạn như thiết bị hybrid cộng và trừ) sẽ trở thành tiêu chuẩn mới cho sản xuất cao cấp. Như một kỹ sư đã nói: "Sử dụng in 3D để tạo ra những hình dạng không thể, sau đó dùng CNC để đánh bóng bề mặt hoàn hảo - đây là câu trả lời cuối cùng cho sản xuất."