Friday, 15 June 2018

Trends 4: Additive Manufacturing/ 3D printing: in 3D và ngành sản xuất bồi đắp

Sản xuất bồi đắp/ in 3D trong Chuyển đổi số
Bạn đã nghe tới sản xuất bồi đắp/ sản xuất đắp dần (additive manufacturing) chưa? Nghe có vẻ hơi lạ phải không? Một thuật ngữ quen hơn nhé? In 3D hay 3D printing. Bản chất hai thuật ngữ này giống nhau. Sản xuất bồi đắp được áp dụng khi nói về ngành công nghiệp có sử dụng in 3D. 
Chỉ trong vài năm, xu hướng này đã chuyển từ phòng thí nghiệm sang thực hành rất nhanh chóng. Không giống như hầu hết các xu hướng khác mà chúng ta đã thảo luận, nó có hiệu ứng rất hữu hình với thế giới vật chất và là một xu hướng chắc chắn. Đó là về việc tạo ra các sản phẩm vật lý thực sự mà bạn có thể nhìn thấy và chạm vào. Quả thực, đây là xu hướng mà bạn phải "thực mục sở thị" thì mới thấy và hình dung được hết tác động của nó.

Định nghĩa 

3D printing is the action or process of making a physical object from a three-dimensional digital model, typically by laying down many thin layers of a material in succession.
tạm dịch là: 
Sản xuất bồi đắp hay in 3D là hành động hay quá trình tạo ra một vật thể vật lý từ một mô hình kỹ thuật số ba chiều, thường bằng cách chồng nhiều lớp vật liệu mỏng liên tiếp nhau.

Ví dụ

Năm 2014, các bác sĩ phẫu thuật ở xứ Wales, bệnh viện Morriston Hospital đã sử dụng máy in 3D để tái tạo xương mặt cho anh Stephen Power, 29 tuổi, một người đàn ông bị thương trong một tai nạn giao thông. Anh được coi là trường hợp thử nghiệm đầu tiên mà in 3D được ứng dụng trong y học. Năm 2015, Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) lần đầu tiên đã chấp thuận thuốc Spritam sản xuất với công nghệ in 3D, được dùng để giảm co giật cho bệnh nhân động kinh.
Bạn có thích danh họa Vincent van Gogh không? Cả chuyện ông cắt tai mình trong mỗi cơn quẫn trí? Năm 2015, nghệ sĩ Diemut Strebe đã tạo ra bản sao tai trái của Vincent van Gogh "sống", bởi nó không in bằng nhựa, mà là những tế bào sống từ mô do cháu trai của Van Gogh cung cấp.
Năm 2016, công ty xây dựng ở Trung Quốc HuaShang Tengda đã in toàn bộ một ngôi nhà hai tầng ở Bắc Kinh bằng công nghệ in 3D. Họ dựng móng, sau đó phủ bê tông bằng máy in 3D khổng lồ. Chỉ mất 45 ngày từ đầu đến cuối, trong khi các phương pháp xây dựng truyền thống thường mất vài tháng.
Tháng 2/2016, tại một hội chợ ở Đức, người ta đã in 3D với nguyên liệu là sôcôla, bột cookie và kem để tạo ra nhiều chiếc bánh và đồ trang trí có hình thù bắt mắt.
Nghệ sĩ Laurent Bernadac đã trình diễn với cây đàn violin 3Dvarius in 3D bằng nhựa trong suốt tại Paris năm 2015. Nhạc cụ được dựa trên một mẫu violin Stradivarius, sau đó thiết kế được sửa đổi để tạo âm thanh và âm lượng tốt nhất.
Năm 2017, Reebok tuyên bố sẽ in 3D dòng giày tiếp theo bằng với nguyên liệu là chất lỏng và trong năm 2018 mới cam kết sẽ triển khai rộng hơn công nghệ sản xuất này.
Và rất nhiều ví dụ khác phủ khắp các ngành: công nghiệp, thực phẩm, tiêu dùng, thời trang, vận chuyển, y tế, v.v. thậm chí cả an ninh quốc phòng, sản xuất vũ khí.

Cơ chế hoạt động 

Khác biệt giữa sản xuất bồi đắp với sản xuất ruyền thống
Khác với sản xuất truyền thống, còn được gọi là sản xuất trừ, hình dạng được cắt ra khỏi khối vật liệu lớn. Sản xuất đắp dần gồm ba giai đoạn. Đầu tiên, một mẫu kỹ thuật số của đối tượng được vẽ, tạo ra bằng phần mềm thiết kế, hay qua các mẫu chia sẻ trên mạng (như trang Thingiverse), hoặc được quét (3D scanner). Thứ hai, các mô hình thiết kế số được cắt thành nhiều lớp nhỏ khoảng 100 micromet mỗi lớp. Thứ ba, mô hình thái lát được chuyển tới máy in 3D để "in" ra vật thể ba chiều qua việc bồi đắp dần thêm các lớp vật liệu liên tục chồng lên nhau. Vật liệu có thể là nhựa, gốm sứ, kim loại, thậm chí cả tế bào sống. 
Để dễ hình dung hơn nữa, mời các bạn xem video này hoặc tìm trên Youtube nhé: 

Tăng trưởng và động lực

Dù vẫn là một công nghệ mới nổi, in 3D đã chứng kiến ​​sự tăng trưởng mạnh mẽ trong vài năm qua. Kể từ năm 2012, các công ty tư nhân đã đầu tư hơn 1 tỷ USD vào các cơ sở R&D liên quan đến sản xuất bồi đắp, các trung tâm thực hành và sản xuất thí điểm. Năm 2015, thị trường in 3D ước đạt 5 tỷ USD và dự kiến ​​sẽ tăng gấp ba lần năm 2020 và đạt 350 tỷ USD năm 2035.

Lợi ích của sản xuất bồi đắp so với sản xuất truyền thống
Sự tăng trưởng này được thúc đẩy bởi sự tiến bộ đa công nghệ làm cho việc in 3D ngày càng trở nên phổ biến hơn. Đầu tiên, giá cả máy in 3D ngày càng phải chăng hơn. Cách đây vài năm giá khoảng 5.000 đô thì giờ bạn có thể mua một chiếc với giá 500 đô. Trong vài năm tới, giá có thể còn xuống nữa và việc có máy in 3D trong nhà chắc không còn xa lạ. Tương tự, vật liệu in cần thiết cũng ngày càng rẻ và đa dạng hơn. Hơn nữa, các máy in 3D mới có thể in sản phẩm trong vài phút thay vì hàng giờ, tức là nhanh hơn từ 25 đến 100 lần so với các máy in trước đó. 

Tác động kinh doanh 

Giám đốc điều hành (CEO) của GE, Jeff Immelt, khẳng định sản xuất bồi đắp là một phần quan trọng trong sự chuyển đổi số của GE. Họ đã đầu tư mạnh vào R&D nội bộ và bỏ tiền mua các nhà cung cấp công nghệ này. Năm 2017, họ đã thành công trong việc in 3D 50% các bộ phận của động cơ máy bay, giúp chúng nhẹ hơn 40% và rẻ hơn 60%.
Có nhiều lợi ích trong sản xuất bồi đắp/ in 3D, không chỉ với GE mà còn cho các doanh nghiệp trong ngành sản xuất, và đặc biệt hữu ích với các doanh nghiệp Việt. Sản xuất bồi đắp không yêu cầu phải thiết lập chi phí trước triển khai việc sản xuất, giúp doanh nghiệp linh hoạt hơn về sản lượng, thời gian và thậm chí cả địa điểm/ nhà máy. In 3D cũng chính xác hơn nhiều phương pháp truyền thống trong việc xây dựng các sự vật phức tạp. In 3D tạo ra ít chất thải hơn vì vật thể không cần phải đựng trong một khối vật liệu như trong sản xuất truyền thống. Từ đó, các công ty có thể cân nhắc các cơ hội khác nhau để phát triển quy trình sản xuất hiện tại của mình. Đầu tiên là giai đoạn tạo khuôn mẫu, cần thực hiện bằng tay để điều chỉnh toàn bộ dây chuyền sản xuất. Rõ ràng, nó tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc, trong khi in 3D không cần làm tay hay gián đoạn. Sản xuất bồi đắp cho phép khả năng cá nhân hóa.

Thách thức 

Theo phân tích, sản xuất bồi đắp sẽ không thay thế hoàn toàn các quy trình kiểm thử thông thường, đặc biệt là cho sản xuất đại trà, khối lượng lớn. Tại sao? Lợi thế quan trọng của sản xuất bồi đắp là chi phí thiết lập bằng không. Với sản xuất đại trà khối lượng lớn thì chi phí ban đầu không đáng kể. Nếu không có yêu cầu cá nhân hóa thì hiệu quả hay tính kinh tế của quy mô của một nhà máy lớn vẫn sẽ tốt cho nền kinh tế. Tuy nhiên, đối với nhiều ngành công nghiệp, sản xuất bồi đắp sẽ có tác động sâu sắc đến toàn bộ chuỗi giá trị.
Sản xuất bồi đắp sẽ không thay thế toàn bộ sản xuất truyền thống
Giả sử như một công ty bảo dưỡng máy bay tên là Airmac có hoạt động trên khắp APAC và có một nhà kho, ví dụ ở Singapore, nơi lưu trữ các bộ phận, chẳng hạn như động cơ GE. Họ nhập khẩu 100% các bộ phận khác từ từ các nhà máy của Mỹ, lưu trữ, sau đó phân phối theo yêu cầu cho khách hàng châu Á. Tác động đối với Airmac và GE sẽ thế nào nếu các bộ phận đó có thể được in 3D? Với Airmac, có hợp lý hợp lý nếu họ bắt đầu bản sao mỗi phần hoặc toàn bộ với máy in 3D? GE có nên tiếp tục sản xuất và bán các bộ phận hay nên đóng cửa nhà máy và cấp bản quyền cho các mô hình, thiết kế in 3D? Và vì vậy, thay vì là tập đoàn sản xuất thì GE sẽ chuyển mô hình kinh doanh sang cường quốc thiết kế? Nếu việc đó xảy ra, làm thế nào GE có thể đảm bảo những thiết kế này sẽ không được công bố, tải về hay chia sẻ cho bất cứ ai?
Chắc rằng các câu hỏi đó sẽ dần được trả lời khi quá trình sản xuất bồi đắp được hoàn thiện và áp dụng rộng rãi hơn. Điều ta có thể dám chắc là công nghệ này sẽ có tác động rộng hơn đến thế giới của chúng ta. Ví dụ, năm 2013, Cody Wilson đã xuất bản một thiết kế chi tiết để in 3D một khẩu súng. Bản in màu xanh lam này hiện có thể có trên internet ở đâu đó. Chúng ta có thể tranh luận đây là vấn đề nhất thời hay dài hạn, nhưng kết cục là gì? Ta có máy in 3D cá nhân, ai đó có thể tải xuống tệp của Cody Wilson từ Internet và chỉ cần in ra thành một khẩu súng ở bất kỳ nơi nào, bất cứ lúc nào. Nếu thay súng trong ví dụ trên bằng bất kỳ sản phẩm vật lý nào, ta sẽ vẫn thấy rằng rất nhiều câu hỏi và thách thức từ quy định, kiểm soát biên giới, bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ và thậm chí là thuế.

Xu hướng công nghệ này Việt Nam 

Khoảng 2014-2015, trong sự kiện Gartner Predicts hàng năm tại Hà Nội, khi xu hướng về in 3D được nhắc đến, không ai trong số khoảng 50-60 lãnh đạo cấp cao về công nghệ có mặt trong hội nghị tin vào xu hướng này, hoặc khẳng định Việt Nam phải chờ ít là 5-10 năm nữa. Có lẽ chính vì vậy, mình chưa tìm thấy nhiều ứng dụng hay case study tại Việt Nam.
Mình thì thấy xu hướng này thực sự là một thứ mà chính phủ và doanh nghiệp nên nghiên cứu khi nói về Cách mạng công nghiệp 4.0, vì
  • Xu hướng là chắc chắn và đã xảy ra ở rất nhiều nước. Nếu nói về "đi tắt đón đầu" thì xu hướng này ta nên đón. 
  • Việt Nam cũng khá mạnh về sản xuất gia công (ngành dệt may chẳng hạn) và các ngành nguyên liệu đầu vào cho sản xuất (khoáng sản, kim loại, nhựa...). Nếu xu hướng thế giới là như vậy và không làm gì thì cũng sớm tới ngày bao nhiêu nhân công trong các nhà máy mất việc. 
  • Dân số của Việt Nam khá đông, trẻ và cũng đang rất chuộng tiêu dùng, sẵn sàng chi trả thậm chí vay để tiêu dùng nên ngành sản xuất vẫn còn nhiều tiềm năng, đặc biệt nếu có những yếu tố cá nhân hóa cho người Việt.
  • Chi phí, giá thành và các lợi ích kinh tế, xã hội đem lại là cực kỳ rõ rệt cho một nước thu nhập trung bình và đang cố thoát nghèo như Việt Nam. 
  • Các công ty công nghệ và dân làm công nghệ, thiết kế công nghiệp, nghệ thuật ở Việt Nam cũng nhiều. Được cái học toán và logic giỏi, thông minh nên mình có thế mạnh nếu đây là ngành được quan tâm.
  • Còn quá nhiều thị trường "chợ đen" như ghép thận, ghép tạng, mô phôi, v.v. mà giải pháp in 3D có thể giúp "giảm nghèo cùng cực" và giảm gánh nặng cho bảo hiểm y tế/ bảo hiểm xã hội/ quỹ hỗ trợ người nghèo bệnh tật. Hôm trước mình đọc về xóm chạy thận Lê Thanh Nghị mà cũng rớt nước mắt.
Một vài suy nghĩ có thể chưa tỏ tường xin đề xuất
  • Tạo dựng một cộng đồng quan tâm về in 3D/ sản xuất bồi đắp hoặc maker nói chung.
  • Các công ty công nghệ, khởi nghiệp trong mảng này có thể nghiên cứu thêm một số mô hình trên thế giới và chia sẻ các ví dụ thực tiễn ứng dụng, tổng hợp cho Hội đồng khoa học công nghệ quốc gia và các doanh nghiệp quan tâm. POC. 
  • Các trung tâm, viện nghiên cứu, phòng KHCN, các tập đoàn công nghệ... nên có trong lab thí nghiệm để thử nghiệm, POC và đầu tư thử một số máy in 3D, phần mềm 3D modeling (và máy scan 3D nếu có). Cái này quả tình phải "thực mục sở thị".
  • Các trường đại học, dạy nghề như ĐH Bách khoa, công nghệ, FPT, ĐH Mỹ thuật công nghiệp... nên có đào tạo về mảng này, như 3D modeling, 3D design, v.v. 
  • Các doanh nghiệp sản xuất, hàng tiêu dùng, thời trang, dệt may... nghiên cứu tác động của xu hướng này tới mô hình kinh doanh và quy trình sản xuất hiện tại, tính toán thử phương án chi phí, có một số thử nghiệm, đặc biệt khi cần sản xuất cho các thị trường khác nhau cần customized, như Hòa Phát, Hoa Sen, Sunhouse, May 10, v.v.
  • Các tập đoàn xây dựng, cầu đường, bất động sản (Vingroup, Sun Group, Sông Đà, Vinaconex, Tân Hoàng Minh...) thử nghiệm xây nhà 3D cho đỡ tai nạn chết người, bụi bặm, lật hết các đường lên. Lúc vỡ đường ống nước hay có trục trặc gì đó thì in vù một cái, đỡ bắt bà con khô héo cả tuần... 
  • Các doanh nghiệp nguyên liệu đầu vào (nhựa, titan, kim loại, xi măng, cát, sỏi...) xem xét lại thị trường và có lộ trình chuyển đổi danh mục sản phẩm dịch vụ cho phù hợp. 
  • Bộ quốc phòng, quân đội, công an và Viettel nghiên cứu phương án sản xuất thiết bị, vũ khí... bằng in 3D. 
  • Bộ y tế, bộ LĐTBXH, các trung tâm mô phôi, ĐH Y.... nghiên cứu phương án in mô, tạng... thay thế cho bệnh nhân với công nghệ 3D. 
  • Các bộ ngành khác vào cuộc trong việc bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ, và hỗ trợ cộng đồng về hành lang pháp lý, cơ chế chính sách. 
Xin mời cao kiến và chia sẻ thêm từ các anh chị!

Nguồn tham khảo và các bài viết hay

Chuỗi bài về xu hướng công nghệ

Share: