Công nghệ gia công ban đầu khá cơ bản với toàn bộ công việc được thực hiện thủ công, nhưng những phương pháp sơ khai này gặp phải nhiều vấn đề nghiêm trọng liên quan đến việc đạt được kết quả đồng nhất. Con người phải tự làm hầu hết các công đoạn, điều này khiến sai sót xảy ra thường xuyên và hiệu suất làm việc không cao. Công nghệ CNC đã thay đổi tất cả vào giữa thế kỷ XX khi các kỹ sư cuối cùng đã chế tạo được những chiếc máy điều khiển bằng máy tính đầu tiên vào những năm 1950. Điều khiến bước tiến này quan trọng là bởi nó đã biến những công việc trước đây đòi hỏi sự giám sát liên tục của con người thành các quy trình tự động hóa. Kết quả là độ chính xác được cải thiện đáng kể trên toàn bộ hệ thống sản xuất, đồng thời các nhà máy có thể sản xuất linh kiện nhanh hơn bao giờ hết. Theo một nghiên cứu năm 2020 được đăng tải trên tạp chí Insight, hơn một nửa số công nhân được khảo sát cho rằng công việc của họ có thể tiết kiệm được khoảng 240 giờ làm việc bổ sung mỗi năm nhờ vào tự động hóa. Điều này nói lên rất nhiều về mức độ mà hệ thống CNC đã thúc đẩy đáng kể năng suất tổng thể tại các xưởng sản xuất trên khắp nơi.
Một trong những thay đổi lớn nhất trong lịch sử gia công xảy ra khi các xưởng sản xuất chuyển từ làm việc hoàn toàn thủ công sang hệ thống điều khiển số bằng máy tính (CNC). Bất kỳ ai đã làm trong lĩnh vực sản xuất hơn một thập kỷ đều chứng kiến cách mà các phương pháp thủ công gần như biến mất ngay lập tức khi công nghệ CNC trở nên phổ biến. Các chuyên gia liên tục chỉ ra rằng những máy móc tự động này đã hoàn toàn thay đổi quy trình sản xuất các bộ phận trong phân xưởng. Theo nhiều khảo sát ngành nghề trong thập kỷ qua, phần lớn các nhà sản xuất hiện nay phụ thuộc chủ yếu vào thiết bị CNC thay vì sử dụng các công cụ truyền thống vận hành bằng tay. Nhìn lại quá trình chuyển đổi toàn diện này từ các kỹ thuật cổ điển sang quy trình CNC tự động hoàn toàn cho thấy rõ mức độ mà các nhà sản xuất coi trọng việc hoàn thành công việc nhanh chóng và chính xác hơn mỗi ngày.
Gia công CNC năm trục đánh dấu một bước tiến lớn so với các hệ thống ba trục tiêu chuẩn. Thay vì chỉ di chuyển theo các mặt phẳng X, Y và Z như những máy cũ hơn, các hệ thống tiên tiến này có thể điều khiển phôi gia công trên năm trục cùng lúc. Về mặt thực tế, điều này có ý nghĩa gì? Các nhà sản xuất có nhiều tự do hơn khi tạo ra các chi tiết phức tạp, thời gian thiết lập tổng thể giảm, bề mặt sản phẩm trở nên mịn màng hơn mà không để lại các dấu vết của dụng cụ cắt. Tác động của công nghệ này rất lớn trong các ngành như sản xuất máy bay và ô tô. Hãy nghĩ đến các cánh tuabin hoặc khối động cơ – những bộ phận đòi hỏi độ chính xác cực cao đến từng phần nhỏ của milimét. Các phương pháp truyền thống sẽ yêu cầu nhiều lần thiết lập và sử dụng các công cụ chuyên dụng, nhưng với máy năm trục, mọi việc được thực hiện trong một lần duy nhất, từ đó tiết kiệm cả chi phí và thời gian trong dài hạn.
Việc chuyển sang máy 5 trục thực sự đã nâng cao hiệu quả hoạt động của nhiều xưởng sản xuất. Chẳng hạn, trong ngành hàng không vũ trụ, nơi mà các bộ phận phức tạp là tiêu chuẩn thông thường. Các xưởng sản xuất trong lĩnh vực này đã nhận thấy sự khác biệt rõ rệt kể từ khi sử dụng những máy móc này. Một số nhà sản xuất cho biết họ tiết kiệm được hàng giờ đồng hồ cho những công việc trước đây mất cả ngày trời, bên cạnh đó chất lượng sản phẩm hoàn thiện nhìn chung cũng tốt hơn hẳn. Các công ty hàng không vũ trụ không phải là trường hợp duy nhất. Những ngành công nghiệp khác liên quan đến hình học phức tạp cũng đang bắt kịp xu hướng này. Nhìn từ góc độ ngành công nghiệp, việc gia công CNC 5 trục hiện không còn chỉ là một nâng cấp cao cấp nữa, mà đang trở thành thiết bị thiết yếu đối với bất kỳ xưởng sản xuất nào nghiêm túc muốn duy trì tính cạnh tranh trên thị trường ngày nay.
Sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghệ Internet of Things (IoT) đang thay đổi cách thức hoạt động của các máy CNC trong các xưởng sản xuất. Các hệ thống thông minh hiện nay có thể dự đoán khi nào máy móc có thể gặp sự cố trước cả khi chúng thực sự ngừng hoạt động, giúp các xưởng tránh được những khoảng downtime tốn kém. Loại hình bảo trì dự đoán này giúp thiết bị hoạt động ổn định hơn trong thời gian dài hơn. Trong khi đó, các thiết bị IoT thu thập mọi loại dữ liệu vận hành theo thời gian thực, mang lại cho các nhà sản xuất cái nhìn sâu sắc hơn về các chỉ số Hiệu suất Tổng thể của Thiết bị (OEE). Các xưởng sử dụng các cảm biến được kết nối này nhận thấy họ có thể phân bổ nguồn lực hiệu quả hơn đồng thời theo dõi hiệu suất trong suốt cả ngày. Một số nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp AI và IoT cùng nhau có thể làm tăng năng suất khoảng 40% trong một số ứng dụng nhất định. Điều chúng ta đang chứng kiến là các cơ sở sản xuất truyền thống dần chuyển mình thành những gì mà nhiều người gọi là nhà máy thông minh, nơi mà các máy CNC không chỉ tự vận hành mà còn có khả năng giao tiếp với các hệ thống khác để tối ưu hóa lịch trình sản xuất và giảm thiểu lãng phí.
Độ chính xác của việc gia công CNC và tốc độ hoạt động của nó phụ thuộc rất nhiều vào tình hình hiện tại của các hệ thống dụng cụ. Các vật liệu mới dành cho dụng cụ như gốm và carbide cho phép máy móc hoạt động ở tốc độ cao hơn đáng kể. Điều này giúp giảm thời gian sản xuất từng bộ phận đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm tổng thể. Điểm nổi bật của các vật liệu mới này là khả năng chịu mài mòn tốt hơn và khả năng chống chịu sốc nhiệt tốt hơn, giúp các nhà máy không phải dừng lại để thay dụng cụ quá thường xuyên trong quá trình sản xuất. Khi các công ty áp dụng các hệ thống dụng cụ tiên tiến này, họ nhận thấy cải thiện về độ hoàn thiện bề mặt và thời gian sản xuất ngắn hơn trên toàn bộ quy trình. Ví dụ, các nhà sản xuất ô tô đã có thể cắt giảm hàng tuần khỏi lịch trình sản xuất mà vẫn không làm giảm tiêu chuẩn độ chính xác của các bộ phận. Trong ngành hàng không vũ trụ, dù độ dung sai rất nhỏ nhưng các giải pháp dụng cụ nâng cấp này vẫn giúp đảm bảo các thông số kỹ thuật một cách nhất quán.
CNC tech đã trở thành một nhân tố quan trọng trong việc giúp sản xuất trở nên thân thiện với môi trường hơn thông qua việc quản lý tài nguyên tốt hơn và giảm lượng chất thải. Chúng ta đang chứng kiến hàng loạt cải tiến gần đây, từ những chiếc máy móc tiêu thụ điện năng một cách tiết kiệm thay vì ngốn nhiều điện, đến các xưởng sản xuất chuyển sang sử dụng các loại vật liệu có thể tái chế thay vì vật liệu truyền thống. Lợi ích thực sự ở đây không chỉ dừng lại ở việc giảm tác động môi trường; những thay đổi này còn phù hợp với mục tiêu mà toàn thế giới đang hướng tới về phát triển bền vững. Một nghiên cứu gần đây đề cập đến (không nhớ chính xác là do Global Ecolabel Network hay tổ chức khác) cho biết một số hệ thống CNC hiệu quả đã giúp giảm hóa đơn năng lượng tại các nhà máy khoảng 20 phần trăm. Đa số những người làm trong lĩnh vực này đều đồng ý rằng việc chuyển sang sản xuất xanh không còn là lựa chọn nữa đối với các nhà máy sản xuất muốn hướng đến tương lai. Khi khái niệm phát triển bền vững ngày càng trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp, hãy dự đoán sẽ có thêm nhiều giải pháp sáng tạo hơn nữa mà công nghệ CNC tiếp tục thúc đẩy để mang lại các giải pháp sản xuất thân thiện với môi trường.
Theo dữ liệu gần đây, thị trường trung tâm gia công CNC đã tăng trưởng nhanh giữa năm 2023 và 2030. Research Markets ước tính giá trị thị trường máy CNC toàn cầu vào khoảng 55,1 tỷ USD vào năm 2022, và dự báo sẽ đạt mức khoảng 85,2 tỷ USD vào năm 2030 với tốc độ tăng trưởng hàng năm khoảng 5,6%. Điều gì đang thúc đẩy sự mở rộng này? Thực tế, các nhà sản xuất trong nhiều lĩnh vực khác nhau ngày càng cần những giải pháp gia công chính xác hơn. Ngành công nghiệp ô tô, lĩnh vực hàng không vũ trụ và các nhà sản xuất linh kiện điện tử đặc biệt đang trải qua những thay đổi lớn. Sự tăng trưởng mạnh mẽ này chủ yếu xuất phát từ các phát triển trong cái gọi là Cách mạng Công nghiệp 4.0 và các nhà máy thông minh, nơi công nghệ CNC trở thành yếu tố thiết yếu để duy trì các tiêu chuẩn chất lượng đồng thời kiểm soát chi phí sản xuất.
Sự tăng trưởng mà chúng ta đang chứng kiến đến từ một số khu vực địa lý lớn. Chẳng hạn như Hoa Kỳ, hiện đang có giá trị thị trường khoảng 10,4 tỷ USD. Sau đó là Trung Quốc, nơi các dự báo cho thấy thị trường sẽ đạt khoảng 20 tỷ USD vào năm 2030 với tốc độ tăng trưởng hàng năm khoảng 7,2%. Sự tăng trưởng không chỉ giới hạn ở hai khu vực này. Toàn bộ khu vực Châu Á Thái Bình Dương bao gồm các nơi như Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc cũng đang rất khả quan, với dự đoán riêng khu vực này có thể đạt mức khoảng 15,3 tỷ USD trong cùng khoảng thời gian. Điều gì khiến tất cả điều này trở nên khả thi? Các nhà sản xuất ở những khu vực này đang ngày càng áp dụng công nghệ CNC vào nhiều quy trình sản xuất khác nhau, thúc đẩy sự mở rộng thị trường dường như rất đáng kể.
Tự động hóa CNC đang thay đổi cách thức nhà máy vận hành và loại lao động mà họ cần đến. Ngày nay, các công ty đang tìm kiếm những người hiểu rõ cách vận hành các máy móc được điều khiển bằng máy tính và có thể đảm nhận nhiều loại công việc lập trình khác nhau. Chúng ta đang nói về những cá nhân có thể xác định và xử lý sự cố khi các hệ thống máy móc và phần mềm phức tạp gặp trục trặc. Công ty tư vấn Exactitude gần đây đã thực hiện một nghiên cứu và phát hiện ra rằng thực tế có sự thiếu hụt đáng kể nguồn nhân lực được đào tạo bài bản trong lĩnh vực này. Điều này đồng nghĩa với việc các nhà sản xuất sẽ phải đầu tư nhiều hơn vào các chương trình đào tạo nếu họ muốn bắt kịp với những đòi hỏi sản xuất mà vẫn duy trì được các tiêu chuẩn chất lượng tại các cơ sở sản xuất khác nhau.
Các nhà sản xuất ở nhiều lĩnh vực khác nhau đang hợp tác với các trường cao đẳng và trường kỹ thuật để xây dựng các chương trình đào tạo phù hợp với nhu cầu thực tế tại các xưởng CNC hiện nay. Mục tiêu là gì? Chuẩn bị cho người lao động đủ năng lực thực hiện các công việc thực tiễn liên quan đến vận hành máy móc, lập trình cho các hệ thống này và đảm bảo chúng hoạt động trơn tru. Khi thiết bị CNC hiện đại ngày càng trở nên thông minh hơn, đặc biệt là khi tích hợp với công nghệ trí tuệ nhân tạo và internet of things, các công ty cần những nhân viên hiểu biết cả về phần cứng lẫn phần mềm. Nhu cầu ngày càng tăng này đồng nghĩa với việc chúng ta có thể kỳ vọng sẽ thấy nhiều sự hợp tác hơn nữa giữa các nhà máy và cơ sở đào tạo trong những năm tới, nhằm thu hẹp khoảng cách khi thị trường lao động truyền thống bắt đầu có sự dịch chuyển.
Việc đạt được kết quả chính xác trong sản xuất thực sự phụ thuộc vào dịch vụ gia công kim loại chất lượng cao, trong đó công nghệ CNC nằm ở trung tâm của toàn bộ quá trình. Khi các xưởng gia công sử dụng các kỹ thuật như phay CNC hoặc áp dụng công nghệ phức tạp hơn như gia công 5 trục, họ đạt được mức độ chính xác và linh hoạt đáng kinh ngạc. Những máy móc này có thể xử lý hầu như bất kỳ loại kim loại nào hiện có, ngay cả khi công việc trở nên phức tạp. Điều thú vị là các vật liệu mới đang tiếp tục thay đổi những điều có thể thực hiện được trong các xưởng gia công ngày nay. Việc chúng ta hiểu rõ hơn về các hợp kim khác nhau và tính chất của chúng khiến các phương pháp làm việc trở nên thông minh hơn. Chẳng hạn như các nhà sản xuất ô tô và các hãng đóng tàu bay. Họ phụ thuộc rất nhiều vào gia công chất lượng cao bởi vì mỗi bộ phận đều cần phải khớp chính xác. Các xưởng gia công cũng ghi nhận những cải thiện rõ rệt. Việc giảm lượng vật liệu bị loại ra làm phế liệu và rút ngắn thời gian sản xuất giúp các doanh nghiệp tiết kiệm chi phí mà vẫn giao các bộ phận đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe. Đó chính là lý do tại sao rất nhiều công ty tiếp tục đầu tư vào những khả năng gia công tiên tiến này bất chấp những chi phí ban đầu cao.
Ngành hàng không phụ thuộc rất nhiều vào các loại vật liệu đạt tiêu chuẩn hàng không vũ trụ vì chúng phải hoạt động trong những điều kiện khắc nghiệt mà vật liệu thông thường không thể đáp ứng được. Công nghệ gia công điều khiển số bằng máy tính (CNC) đóng một vai trò quan trọng trong việc chế tạo các bộ phận phức tạp dùng cho máy bay và tàu vũ trụ. Những chiếc máy này cắt các kim loại với độ chính xác đáng kinh ngạc đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt các quy định và tiêu chuẩn hàng không vũ trụ cụ thể. Khi nói đến việc kiểm tra xem vật liệu có bền vững theo thời gian hay không, các xưởng CNC sẽ thực hiện các bài kiểm tra như độ bền kim loại hay khả năng chịu đựng ứng suất mà không bị suy giảm chất lượng. Toàn bộ ngành công nghiệp này vận hành dựa trên các chứng nhận như tiêu chuẩn ISO và ANSI, về cơ bản có nghĩa là các nhà sản xuất đã đạt được các mốc chất lượng nhất định. Đối với bất kỳ ai làm việc trong lĩnh vực sản xuất hàng không vũ trụ, việc nắm vững cách vận hành đúng đắn các máy CNC đã gần như trở thành kỹ năng thiết yếu, bởi rất nhiều bộ phận quan trọng phụ thuộc vào chúng để đảm bảo kích thước chính xác và độ bền cấu trúc.
Ngày càng nhiều người bắt đầu sử dụng máy CNC gia đình vì chúng chiếm ít không gian hơn và thực ra khá dễ sử dụng, điều này hoàn toàn hợp lý đối với những người làm các dự án nhỏ tại nhà hoặc trong các xưởng nhỏ. Điều đặc biệt thú vị là những chiếc máy này đã đưa khả năng sản xuất chính xác cao vào tay những người làm nghề tay trái và các doanh nhân địa phương, thứ mà trước đây chỉ có các nhà máy lớn với tiềm lực tài chính mạnh mới tiếp cận được. Công nghệ cũng đã tiến bộ rất nhiều - hiện nay có các giao diện thân thiện với người dùng, các tính năng an toàn tốt hơn, và thậm chí một số mẫu có thể kết nối không dây với điện thoại thông minh. Các chuyên gia phân tích ngành công nghiệp dự đoán rằng nhu cầu về thiết bị CNC dùng trong gia đình sẽ tăng mạnh trong những năm tới, mặc dù không ai có thể khẳng định chính xác tốc độ phổ biến của nó sẽ nhanh đến mức nào trên các thị trường khác nhau. Đối với những người đã và đang sử dụng các công cụ này, các cộng đồng đã hình thành ở khắp nơi, từ những không gian xưởng chia sẻ nơi mọi người cùng mang theo các dự án của mình, cho đến các nhóm trò chuyện trực tuyến nơi người dùng chia sẻ mẹo và cùng nhau giải quyết các vấn đề phát sinh.
Sản xuất lai ghép kết hợp các phương pháp truyền thống với kỹ thuật cộng gộp hiện đại, và sự kết hợp này đang thay đổi cách sản xuất diễn ra trên các nhà máy. Điều gì khiến các hệ thống này trở nên nổi bật? Chúng mang lại cho các nhà máy nhiều sự linh hoạt hơn để chuyển đổi giữa các nhu cầu sản xuất khác nhau trong khi giảm thiểu tổng lượng vật liệu bị lãng phí. Chẳng hạn, DMG Mori đã vận hành các hệ thống lai trong nhiều năm, giúp giảm thời gian dừng máy giữa các công việc và đạt được kết quả tốt hơn từ các bộ phận phức tạp vốn trước đây rất mất thời gian. Trong thời gian tới, hầu hết các chuyên gia phân tích ngành công nghiệp đều kỳ vọng sự tăng trưởng mạnh mẽ ở các xưởng CNC áp dụng phương pháp lai ghép trong vài năm tới. Dữ liệu thực tế cho thấy các xưởng đã chuyển đổi báo cáo thời gian hoàn thành đơn hàng nhanh hơn và tỷ lệ phế phẩm thấp hơn. Bằng cách kết hợp các phương pháp gia công truyền thống và cộng gộp, các nhà sản xuất không chỉ bắt kịp xu hướng mà còn thiết lập những tiêu chuẩn mới cho những gì có thể đạt được trong môi trường xưởng sản xuất hiện đại.
EN
