Các phương pháp gia công kim loại truyền thống đối mặt với những thách thức đáng kể mà công cụ hiện đại có thể giải quyết. Những hạn chế chính bao gồm:
Năng suất của thợ thủ công bị ảnh hưởng bởi những bất cập này, và cuối cùng làm giảm lợi nhuận của họ. Các hệ thống CNC cùng với công nghệ cắt laser và cắt bằng tia nước đang từng bước loại bỏ những giới hạn cũ kỹ đó nhờ độ chính xác số hóa và giảm nhu cầu can thiệp thủ công. Nghiên cứu cho thấy khi các xưởng áp dụng những công cụ mới này, tỷ lệ làm lại giảm khoảng một nửa và sản lượng sản xuất thực tế tăng gấp đôi ngay cả trong các xưởng nhỏ. Tin tốt là việc ứng dụng các phương pháp hiện đại này không có nghĩa là đánh mất yếu tố nghệ thuật. Thay vào đó, người thợ có thể duy trì kỹ năng của mình đồng thời loại bỏ những trở ngại trong quy trình làm việc gây khó chịu vốn kìm hãm họ từ lâu.
Gia công CNC được hỗ trợ bởi phần mềm CAD và CAM thực sự đã thay đổi cách chúng ta tiếp cận gia công kim loại chính xác trong những năm gần đây. Thay vì dựa vào bàn vẽ kỹ thuật truyền thống và các dụng cụ thủ công, các xưởng hiện đại ngày nay sử dụng máy điều khiển bằng máy tính, hoạt động theo các chỉ dẫn toán học với độ chính xác đến từng phần nhỏ của inch - đôi khi chặt chẽ ở mức cộng hoặc trừ .005". Điều này có ý nghĩa gì đối với công việc thực tế tại xưởng? Trước hết là giảm lượng phế liệu kim loại đổ vào bãi rác. Và khi nói đến việc đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn, các nhà sản xuất cho biết họ đã cắt giảm gần một nửa thời gian sản xuất so với những gì có thể đạt được bằng các phương pháp truyền thống trước đây.
Mô hình CAD tham số giúp giảm bớt các quy trình bố trí thủ công tẻ nhạt vì nó tạo ra các liên kết giữa các phần khác nhau của bản thiết kế. Nếu ai đó cần thay đổi một chi tiết, ví dụ như muốn tăng độ sâu của răng bánh răng, tất cả các bộ phận liên quan sẽ tự động cập nhật theo. Tiếp đến là phần mềm CAM, có nhiệm vụ lấy các mô hình kỹ thuật số này và chuyển chúng thành các chỉ thị cụ thể mà máy móc có thể thực hiện được. Phần mềm sẽ tính toán chính xác vị trí cần cắt khi gia công các vật liệu như đồng thau hoặc đồng thanh. Các doanh nghiệp báo cáo rằng tỷ lệ phải làm lại thiết kế sau bản phác thảo ban đầu đã giảm khoảng 30 phần trăm, đồng thời thời gian chờ đợi trước khi bắt đầu sản xuất cho các lô nhỏ cũng được rút ngắn. Đây là một kết quả đáng kể trong việc tiết kiệm cả thời gian lẫn chi phí tại các xưởng sản xuất trên khắp thế giới.
Nhiều cửa hàng thủ công nhỏ đã bắt đầu đạt được kết quả tốt hơn từ các đợt sản xuất giới hạn của họ nhờ áp dụng công nghệ CNC ở nhiều quy mô khác nhau. Lấy ví dụ một nghệ nhân đúc tượng đồng, người đã giảm thiểu gần 90 phần trăm sản phẩm lỗi kể từ khi sử dụng các máy phay CNC để bàn. Công việc chạm khắc hoa văn tinh xảo trước đây phải mất khoảng 15 giờ nếu làm hoàn toàn bằng tay? Giờ đây họ có thể sản xuất 20 sản phẩm với độ chính xác tuyệt đối chỉ trong khoảng ba giờ. Điều này có nghĩa là các nghệ nhân sẽ dành ít thời gian hơn cho những công việc lặp đi lặp lại và nhiều thời gian hơn để thực sự sáng tạo. Một số nghệ sĩ thậm chí đang thử nghiệm những thiết kế mới mà trước đây là không thể thực hiện được bằng tay trước khi những cỗ máy này ra đời.
Khi gia công các hợp kim cổ điển như thép rèn, đồng thau và đồng thanh, phương pháp gia công kim loại truyền thống phải đối mặt với những thách thức nhiệt và cấu trúc đặc thù. Các hệ thống hiện đại sử dụng tia laser, tia nước và plasma khắc phục những hạn chế này bằng cách kiểm soát chính xác việc cung cấp năng lượng—nhưng việc lựa chọn công nghệ tối ưu đòi hỏi phải hiểu rõ sự tương tác đặc trưng theo từng loại vật liệu.
Mỗi loại hợp kim đòi hỏi phương pháp cắt được điều chỉnh riêng:
| CÔNG NGHỆ | Tốt nhất cho | Những hạn chế về vật chất | Xem xét chất lượng mép cắt |
|---|---|---|---|
| Laser | Đồng thau mỏng (<6mm) | Phản xạ trên đồng nguyên chất | Vùng ảnh hưởng bởi nhiệt trên đồng thanh |
| Tia nước | Tượng đồng | Chậm trên thép đã tôi | Không biến dạng nhiệt |
| Plasma | Thép rèn dày | Xỉ dư thừa trên kim loại màu | Nhanh hơn nhưng bề mặt thô hơn |
Các nghệ nhân sản xuất số lượng nhỏ báo cáo tỷ lệ phế phẩm ít hơn 30% khi lựa chọn công nghệ phù hợp với đặc tính hợp kim—đặc biệt quan trọng khi sao chép các bộ phận di sản nơi độ chính xác về kích thước là yếu tố bắt buộc.
Sản xuất cộng gộp, hay còn gọi tắt là AM, đang thay đổi cách thức chế tác kim loại mà không loại bỏ những kỹ thuật truyền thống được truyền lại qua nhiều thế hệ. Với in 3D, các nghệ sĩ có thể tạo ra những hình dạng mà trước đây không thể thực hiện được bằng các phương pháp truyền thống như rèn hoặc gia công cơ khí. Ngày nay, nhiều nghệ nhân làm việc trên nền tảng số trước rồi hoàn thiện sản phẩm bằng tay, tạo ra những thiết kế chi tiết vốn trước kia phải mất hàng tháng mới hoàn thành. Cách tiếp cận lai này giúp giảm thời gian sản xuất từ khoảng 40 đến 60 phần trăm, đồng thời vẫn giữ nguyên vẹn tầm nhìn nghệ thuật ban đầu. Điều làm nên sự hấp dẫn thực sự của công nghệ này chính là khả năng mở ra những hướng sáng tạo mới trong khi vẫn tôn trọng nền tảng kiến thức sâu rộng của các phương pháp gia công kim loại truyền thống.
Khi nói đến việc tái tạo những đồ vật cổ điển như tay cầm đồng công phu hay các bánh răng phức tạp từ đồng hồ cổ, kỹ thuật này thực sự nổi bật. Quy trình bắt đầu bằng việc tạo khuôn cát thông qua công nghệ in liên kết (binder jetting) sau khi quét 3D các chi tiết gốc. Những công nhân lành nghề sau đó nấu chảy các hỗn hợp kim loại khác nhau và đổ vào các khuôn này, tuân theo cùng một thiết lập nhiệt độ và tỷ lệ pha trộn kim loại như thời xưa khi thợ thủ công làm đồ bằng tay. Sau khi đúc xong, phép màu thực sự xảy ra trong khâu hoàn thiện, khi các nghệ nhân chạm lại chi tiết trên bề mặt, phủ màu giả cổ và lắp ráp mọi thứ giống hệt cách tiền nhân từng làm. Một cơ sở đúc ở Baltimore đã thành công trong việc tái tạo các chi tiết đồng cho tàu thuyền thế kỷ 19 với độ chính xác gần như hoàn hảo (khoảng 98%) trong khi vẫn giữ nguyên liệu liệu truyền thống. Điều mà công nghệ in liên kết mang lại là loại bỏ toàn bộ công đoạn khắc khuôn tốn thời gian trước đây, vốn có thể kéo dài hàng tuần. Và theo người đứng đầu cơ sở đúc đó: "Không chỉ đơn thuần là lấy đúng hình dạng. Nhân viên của chúng tôi hiểu rõ cách các kim loại khác nhau phản ứng và biết được lớp hoàn thiện nào trông chân thực, điều khiến những bản sao này chịu được sự kiểm tra gắt gao." Hơn nữa, lượng phế liệu kim loại còn sót lại cũng ít hơn nhiều so với các phương pháp cắt gọt cũ. Sự kết hợp giữa kỹ năng thủ công truyền thống và công nghệ hiện đại này giúp bảo tồn các kỹ năng truyền thống mà không làm chậm tiến độ sản xuất quá nhiều.
EN
