Quét 3D ô tô và hàng không vũ trụ: ứng dụng thực tế

Quét 3D ô tô thường bắt đầu từ một tình huống rất cụ thể, chiếc ốp gãy không còn hàng thay thế, hoặc một chi tiết cong mà thước cặp đo mãi vẫn không ra đúng biên dạng. Bài này viết cho anh em xưởng cơ khí, xưởng độ xe và các đơn vị làm phụ trợ hàng không, nói rõ máy quét 3D làm được gì trong hai ngành này, mức sai số nào là đủ dùng cho từng công việc và chỗ nào công nghệ này bó tay.

1. Quét 3D ô tô dùng để làm gì

Quét 3D ô tô được dùng nhiều nhất cho việc dựng lại phụ tùng không còn bản vẽ, làm chi tiết độ bám sát thân xe và đo kiểm biến dạng sau va chạm. Điểm chung là bề mặt cong tự do mà dụng cụ đo tiếp xúc không mô tả nổi.

1.1. Thiết kế ngược phụ tùng không còn sản xuất

Xe đời cũ, xe nhập không chính ngạch và xe thương hiệu đã rút khỏi Việt Nam đều rơi vào cùng một cảnh, hỏng một chi tiết nhựa nhỏ là phải thay cả cụm hoặc bỏ xe nằm chờ.

Quy trình xử lý gồm các bước sau.

1. Quét chi tiết còn nguyên hoặc chi tiết đối xứng ở phía bên kia xe
2. Làm sạch đám mây điểm, tức tập hợp hàng trăm nghìn tọa độ mà máy thu được, rồi dựng thành mặt lưới kín
3. Đưa mặt lưới vào phần mềm CAD để dựng lại thành khối đặc có kích thước chỉnh sửa được
4. In thử bằng nhựa PLA để kiểm tra độ vừa khít trước khi làm bản chính thức
5. In bản dùng thật bằng vật liệu chịu nhiệt và chịu tia UV như ABS hoặc ASA nếu chi tiết nằm ngoài trời

Bước 4 là bước anh em hay bỏ qua nhất, và cũng là bước tiết kiệm được nhiều tiền vật liệu nhất khi bản quét có sai lệch.

1.2. Làm ốp và chi tiết độ bám sát thân xe

Việc quét 3D ô tô cho mảng độ xe khác với thiết kế ngược ở chỗ anh em không cần chép lại chi tiết cũ, mà cần bề mặt tham chiếu của thân xe để chi tiết mới ăn khít vào đó.

Một cản trước, một ốp hông hay một bộ khuếch tán gió chỉ đẹp khi khe hở đều nhau quanh chu vi. Thợ làm tay giỏi vẫn ra được sản phẩm, nhưng mỗi chiếc lại lệch một kiểu và không nhân bản được.

Với dữ liệu quét, anh em có bề mặt gốc để dựng chi tiết mới bám theo, sau đó xuất file in 3D làm mẫu hoặc làm khuôn composite.

1.3. Đo kiểm biến dạng sau va chạm

Đây là ứng dụng ít người làm ở Việt Nam nhưng có giá trị rõ với xưởng đồng sơn cao cấp. So sánh dữ liệu quét của khung xe sau tai nạn với mẫu CAD gốc sẽ cho ra bản đồ màu chỉ đúng vùng nào bị lệch và lệch bao nhiêu milimet.

Kết quả này thay thế được các phép đo chéo bằng thước dây vốn phụ thuộc rất nhiều vào tay người đo.

2. Vì sao thước cặp và bản vẽ 2D không giải quyết được

Dụng cụ đo tiếp xúc chỉ cho ra kích thước tại điểm mà đầu đo chạm vào, còn chi tiết ô tô và hàng không phần lớn là bề mặt cong liên tục không có mặt phẳng chuẩn để tì thước.

Khác biệt nằm ở lượng dữ liệu thu được. Một chiếc CR-Scan Raptor Pro thu khoảng 660.000 điểm mỗi giây, còn thợ đo bằng thước cặp trong cùng khoảng thời gian đó lấy được vài con số. Với một cánh gió hay một chi tiết ống dẫn uốn nhiều đoạn, vài con số đó không đủ để dựng lại hình dạng thật. Đó cũng là lý do các đơn vị bảo dưỡng động cơ máy bay chuyển sang quét toàn bộ cụm động cơ thay vì đo từng chi tiết rời, họ cần một bản sao số hoàn chỉnh để bất cứ lúc nào cần chế tạo chi tiết thay thế thì đã có sẵn dữ liệu. Một bộ dữ liệu quét tốt còn dùng lại được nhiều năm sau, trong khi bản vẽ tay đo lại từ đầu mỗi lần cần dùng.

Máy quét 3D không thay thế thước cặp, nó xử lý phần việc mà thước cặp không với tới được. Đo đường kính một trục tròn thì thước panme vẫn nhanh hơn và chính xác hơn.

3. Quét 3D trong hàng không vũ trụ khác gì so với ô tô

Yêu cầu về sai số và về hồ sơ truy xuất là hai chỗ khác biệt lớn nhất. Ngành ô tô chấp nhận sai lệch vài phần mười milimet ở phần lớn chi tiết thân vỏ, còn hàng không đòi hỏi sai số chặt hơn và đòi cả chứng nhận hiệu chuẩn cho thiết bị đo.

3.1. Bảo dưỡng và sửa chữa động cơ

Các đơn vị MRO, tức đơn vị bảo dưỡng sửa chữa đại tu tàu bay, thường xuyên gặp chi tiết không còn được nhà sản xuất gốc cung cấp. Cách xử lý hiện nay là quét toàn bộ cụm động cơ để tạo bản sao số, sau đó thiết kế ngược từng chi tiết khi cần.

Ở quy mô lớn như vậy, máy quét cầm tay phải kết hợp với hệ thống điểm đánh dấu toàn cục và photogrammetry, tức phép đo bằng ảnh chụp nhiều góc, để giữ sai số không bị cộng dồn khi quét vùng rộng.

3.2. Đo kiểm cánh tuabin và bề mặt tự do

Cánh tuabin là chi tiết mà cả hai phương pháp đo truyền thống đều đuối, đo tiếp xúc thì quá chậm và không phủ hết bề mặt, còn quan sát bằng mắt thì không cho ra con số.

Chi phí của một lần thay cánh tuabin có thể vượt 10.000 EUR, nên việc đo chính xác để quyết định sửa hay thay có giá trị kinh tế rất rõ. Máy đo quang công nghiệp cỡ ATOS 5 xử lý được chi tiết trong khoảng 100 x 70 mm tới 400 x 300 mm, đúng tầm kích thước của cánh và các chi tiết dẫn khí.

3.3. Việt Nam đang ở đâu trong chuỗi này

Việt Nam chưa sản xuất máy bay, nhưng đã có nhà máy làm chi tiết cấu trúc cho ngành này. Universal Alloy Corporation vận hành nhà máy tại Khu công nghệ cao Đà Nẵng từ năm 2020, và KP Vina đầu tư 20 triệu USD cho nhà máy sản xuất chi tiết cho Boeing 737, 787 và 737 Max cũng tại đây.

Nhu cầu quét 3D ở nhóm này nằm ở khâu kiểm tra đồ gá, kiểm tra khuôn và kiểm hàng trước khi giao. Đây là công việc đo kiểm nội bộ, không phải đo kiểm để cấp chứng chỉ bay, nên ngưỡng thiết bị cũng dễ tiếp cận hơn nhiều so với hình dung ban đầu của nhiều người.

4. Chọn máy quét 3D theo mức sai số thật sự cần

Sai lầm hay gặp nhất khi mua máy quét là chọn theo con số quảng cáo thay vì theo dung sai của chi tiết mình làm. Bảng dưới đây là khung tham chiếu để anh em khoanh vùng trước khi hỏi giá.

Lấy CR-Scan Raptor làm mốc cho nhóm giữa bảng vì đây là dòng máy anh em hỏi nhiều nhất. Thông số công bố của hãng gồm 7 tia laser xanh song song, mỗi tia mảnh 0,1mm, độ chính xác công bố tới 0,02mm ở chế độ laser, tốc độ 60 khung hình mỗi giây, quét được vật từ 5mm tới 2.000mm, thân máy nặng 372g. Bản Raptor Pro nâng lên 22 tia quét phủ cộng 7 tia quét chi tiết, sai số thể tích công bố 0,02mm cộng 0,08mm trên mỗi mét.

Con số quan trọng hơn nằm ở các bài đánh giá độc lập. Một reviewer đo lại trên chi tiết chuẩn cho kết quả lệch khoảng 0,03 tới 0,04mm, tức thấp hơn thông số công bố nhưng vẫn thừa cho phần lớn việc thiết kế ngược cơ khí.

5. Máy quét 3D không làm được gì, ai không nên mua

Phần này chúng tôi nói thẳng vì bên mình bán cả máy quét lẫn nhận làm dịch vụ quét, nên không có lý do gì đẩy anh em vào món thiết bị dùng vài lần rồi cất kho.

Những việc máy quét cầm tay làm không tốt hoặc không làm được:

• Quét lỗ sâu, rãnh hẹp và các góc khuất mà camera không nhìn thấy, phần này vẫn phải đo bằng dụng cụ tiếp xúc hoặc chụp cắt lớp
• Quét bề mặt trong suốt và bề mặt gương bóng nếu không phủ bột, riêng dòng laser xanh xử lý được bề mặt đen và kim loại xỉn nhưng kính vẫn là giới hạn
• Cho ra file CAD dùng ngay được, máy chỉ cho mặt lưới, phần dựng lại thành khối đặc là công việc của người làm CAD và tốn nhiều thời gian hơn khâu quét
• Đo kiểm phục vụ hồ sơ chứng nhận hàng không nếu thiết bị chưa có chứng nhận hiệu chuẩn theo chuẩn tương ứng

Anh em không nên mua máy quét nếu rơi vào các trường hợp này:

• Mỗi tháng chỉ có vài chi tiết cần quét, thuê dịch vụ rẻ hơn nhiều so với chi phí máy cộng thời gian học phần mềm
• Trong xưởng chưa có ai dùng được CAD ở mức dựng lại mặt cong, vì mua máy về sẽ dừng ở bước có file lưới rồi không đi tiếp được
• Nhu cầu chỉ là copy chi tiết phẳng hoặc chi tiết hình học đơn giản, trường hợp này chụp ảnh có thước tham chiếu rồi vẽ lại trong CAD cho kết quả chuẩn hơn và nhanh hơn

Trường hợp cuối cùng đáng nói thêm một chút. Nhiều anh em định mua máy quét để làm mặt bích, tấm gá phẳng và các chi tiết vuông vức, trong khi mấy món đó đo bằng thước cặp rồi vẽ thẳng trong CAD sẽ ra kích thước sạch hơn hẳn dữ liệu quét vốn luôn có nhiễu bề mặt.

Chọn đúng ngưỡng sai số cần thiết tiết kiệm được nhiều tiền hơn là chọn máy có thông số cao nhất.

6. Câu hỏi thường gặp về quét 3D ô tô

Quét 3D một chi tiết ô tô mất bao lâu?

Khâu quét một chi tiết cỡ bằng bàn tay thường chỉ mất vài phút. Khâu tốn thời gian là xử lý dữ liệu và dựng lại thành file CAD chỉnh sửa được, việc này tính bằng giờ tùy độ phức tạp của bề mặt.

Có quét được cả chiếc xe không?

Được, nhưng phải dán điểm đánh dấu lên thân xe và thường kết hợp thêm photogrammetry để sai số không cộng dồn. Quét toàn xe là công việc khác hẳn về quy trình so với quét một chi tiết rời.

Máy quét 3D giá rẻ có dùng cho cơ khí được không?

Dùng được cho mô hình, chi tiết trang trí và các việc không đòi lắp ghép chặt. Khi chi tiết cần ăn khớp với chi tiết khác thì nên chuyển lên dòng laser xanh, vì sai số của máy phổ thông sẽ dồn hết vào khe lắp.

Quét 3D có cần phủ bột lên chi tiết không?

Dòng laser xanh nhiều tia quét trực tiếp được bề mặt đen và kim loại xỉn mà không cần phủ. Bề mặt bóng gương và bề mặt trong suốt vẫn phải phủ một lớp bột mỏng.

Nên mua máy hay thuê dịch vụ quét 3D?

Ngưỡng hòa vốn phụ thuộc vào số chi tiết cần quét mỗi tháng và việc xưởng có người làm CAD hay không. Anh em gửi mô tả công việc cho đội kỹ thuật bên mình, chúng tôi tính giúp cả hai phương án rồi anh em tự so.

Kết luận

Hai ngành này dùng chung một công nghệ nhưng đặt ra hai bài toán khác nhau, ô tô cần tốc độ và độ bám bề mặt, hàng không cần sai số chặt kèm hồ sơ truy xuất. Anh em nên bắt đầu bằng việc xác định dung sai của chi tiết mình làm, rồi mới chọn máy theo con số đó. Đội kỹ thuật Meme 3D nhận quét thử một chi tiết mẫu của anh em để đối chiếu kết quả trước khi quyết định, đó là cách nhanh nhất để biết quét 3D ô tô hay đo kiểm hàng không ở xưởng mình cần tới ngưỡng thiết bị nào.