Giới thiệu dự án

Công nghệ sản xuất bồi đắp kim loại (Metal Additive Manufacturing - MAM) đang tạo ra cuộc cách mạng trong chuỗi cung ứng cơ khí chế tạo toàn cầu. Theo các báo cáo công nghiệp sản xuất tiên tiến, phương pháp gia công cắt gọt truyền thống (Subtractive Manufacturing) thường có hệ số phôi thải (Buy-to-Fly ratio) lên tới 10:1 hoặc 15:1 đối với các kết cấu phức tạp, gây lãng phí từ 80% đến 90% nguyên vật liệu thô. Trong khi đó, các công nghệ in 3D bột kim loại như nung chảy tầng bột bằng laser (Selective Laser Melting - SLM) hay chùm điện tử (Electron Beam Melting - EBM) lại bị giới hạn nghiêm ngặt về kích thước buồng in (< 500 mm), chi phí đầu tư thiết bị đắt đỏ ($500.000 - $1.500.000) và tốc độ đắp thấp (< 0.2 kg/h).

Nhằm giải quyết bài toán gia công chi tiết kích thước vừa và lớn với chi phí tối ưu, công nghệ in 3D kim loại đắp lớp bằng hồ quang kết hợp dây hàn (Wire Arc Additive Manufacturing - WAAM) nổi lên như một giải pháp đột phá. Tuy nhiên, tính chất cơ học – đặc biệt là độ dai va đập (Impact Toughness) và tổ chức tế vi (Microstructure) của vật liệu thép carbon thấp chế tạo bằng WAAM – chịu ảnh hưởng đa biến phức tạp bởi chu trình nhiệt lặp (cyclic thermal history), tốc độ nguội và thông số hàn. Đồ án kỹ thuật tập trung nghiên cứu: "Khảo sát độ dai va đập của thép carbon được chế tạo bằng phương pháp WAAM layer", thực hiện trên nền thép Ct3 và dây hàn GM S70 (tiêu chuẩn AWS ER70S-6) tích hợp trên hệ thống máy CNC 3 trục điều khiển số.

       +-------------------------------------------------------------+
       |             HỆ THỐNG WAAM TRÊN NỀN MÁY CNC 3 TRỤC           |
       +-------------------------------------------------------------+
                                      |
         +----------------------------+----------------------------+
         |                                                         |
         v                                                         v
+-------------------------+                               +-------------------------+
|    HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN  |                               |    HỆ THỐNG CẤP NHIỆT   |
| - CNC G-code Controller |                               | - Nguồn hàn MIG (CV)    |
| - Động cơ Step/Servo    |                               | - Bộ cấp dây tự động    |
| - Bàn máy X-Y-Z         |                               | - Khí bảo vệ CO2/Argon  |
+-------------------------+                               +-------------------------+
         |                                                         |
         +----------------------------+----------------------------+
                                      |
                                      v
                      +-------------------------------+
                      |   ĐẦU HÀN & VŨNG HÀN ĐẮP LỚP  |
                      | - Dây hàn GM S70 (Ø 0.8-1.2mm)|
                      | - Kim loại nền Thép Ct3       |
                      | - Chi tiết đắp lớp gần tinh   |
                      +-------------------------------+

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Thiết lập và tích hợp hệ thống thực nghiệm: Kết hợp nguồn hàn bán tự động GMAW (Gas Metal Arc Welding) công suất 300A - 500A với khung máy CNC 3 trục có độ chính xác định vị $\pm 0.02\text{ mm}$.
  2. Khảo sát ảnh hưởng của các biến số công nghệ: Xác định tác động của cường độ dòng hàn ($I = 60\text{A} - 100\text{A}$), tốc độ hàn ($v = 250 - 350\text{ mm/phút}$), bề dày lớp đắp ($h = 1 - 5\text{ mm}$) và độ dày tấm ghép phôi nền ($t = 1 - 5\text{ mm}$) đến độ ngấu và độ đồng đều hình học.
  3. Thực nghiệm kiểm tra cơ tính và độ dai va đập: Đánh giá năng lượng hấp thụ va đập ($J$) theo tiêu chuẩn Charpy V-notch trên mẫu đắp lớp so với phôi thép Ct3 nguyên khối chuẩn.
  4. Phân tích tổ chức tế vi (Metallography): Đánh giá kích thước hạt, sự chuyển pha ferit - peclit và các khuyết tật rỗ khí, liên kết giữa các lớp đắp (interlayer fusion).

Phạm vi và giới hạn

  • Vật liệu nền: Thép carbon thấp Ct3 (tiêu chuẩn GOST 380-89 / TCVN CCT34, CCT38), giới hạn chảy $\sigma_y \ge 225\text{ MPa}$, độ bền kéo $\sigma_b = 373 - 481\text{ MPa}$.
  • Vật liệu đắp: Dây hàn carbon chất lượng cao GM S70.
  • Môi trường thực nghiệm: Nguồn nhiệt hồ quang MIG với khí bảo vệ $\text{CO}_2$ hoạt tính.
  • Giới hạn hình học: Chi tiết đắp dạng tấm phẳng và khối thành mỏng trên nền phẳng cố định.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí kỹ thuật Công nghệ SLM / DMLS (In bột Laser) Công nghệ Phay CNC truyền thống Giải pháp WAAM Layer CNC 3 trục
Tốc độ đắp (Deposition Rate) Rất thấp ($0.05 - 0.15\text{ kg/h}$) Không áp dụng (Bóc tách phôi) Rất cao ($1.5 - 4.0\text{ kg/h}$)
Hiệu suất sử dụng vật liệu Trung bình ($60 - 75%$ do suy hao bột) Rất thấp ($10 - 30%$, thải phoi lớn) Tối ưu ($85 - 95%$ dạng Near-net-shape)
Chi phí thiết bị & bảo trì Cực cao ($>$500.000$) Trung bình - Cao ($$30.000 - $150.000$) Thấp - Tối ưu ($$5.000 - $15.000$)
Kích thước chi tiết tối đa Bị giới hạn bởi buồng in ($< 0.5\text{ m}$) Phụ thuộc hành trình bàn máy Lớn ($> 1.5\text{ m}$ đến hàng mét)
Độ nhám bề mặt ($R_a$) Rất tốt ($5 - 15,\mu\text{m}$) Rất cao ($0.8 - 3.2,\mu\text{m}$) Thô ($50 - 200,\mu\text{m}$, cần gia công tinh)
Độ dai va đập kết cấu Đạt chuẩn, đẳng hướng tương đối Cao, phụ thuộc thớ cán kim loại Tương đương hoặc vượt phôi nguyên khối

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

  • Must Have (Bắt buộc): Hệ thống đồng bộ tín hiệu đánh hồ quang tự động giữa G-code CNC và cò súng hàn MIG; kiểm soát ổn định nguồn điện áp không đổi (Constant Voltage - CV); gá kẹp phôi chống biến dạng nhiệt.
  • Should Have (Nên có): Bộ làm mát bằng khí/nước tuần hoàn cho mỏ hàn; hệ thống điều áp và lưu lượng kế khí $\text{CO}_2$ chính xác; kiểm soát thời gian chờ giữa các lớp đắp (interpass dwell time).
  • Could Have (Có thể mở rộng): Cảm biến nhiệt hồng ngoại pyrometer giám sát nhiệt độ vũng hàn thời gian thực; cảm biến độ cao hồ quang tự động (Arc Voltage Control - AVC).
  • Won't Have (Chưa thực hiện đợt này): Cánh tay robot 6 bậc tự do; hệ thống gia nhiệt cảm ứng nền liên tục trong buồng chân không.

Thiết kế hệ thống và công thức truyền nhiệt

Năng lượng đường hàn (Heat Input - $HI$) đóng vai trò quyết định đến kích thước vũng hàn, tốc độ làm nguội và tổ chức tế vi của lớp đắp:

$$HI = \eta \cdot \frac{U \cdot I}{v} \quad (\text{J/mm})$$

Trong đó:

  • $\eta$: Hiệu suất truyền nhiệt của phương pháp hàn GMAW/MIG ($\eta \approx 0.8$).
  • $U$: Điện áp hồ quang ($\text{V}$).
  • $I$: Cường độ dòng điện hàn ($\text{A}$).
  • $v$: Tốc độ dịch chuyển mỏ hàn ($\text{mm/s}$ hoặc $\text{mm/phút}$).
+-------------------------------------------------------------------------+
|                 SƠ ĐỒ TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG             |
+-------------------------------------------------------------------------+
  [ Mô hình CAD 3D ] ---> [ Phần mềm Slicing/CAM ] ---> [ Bộ mã G-code ]
                                                                |
                                                                v
+------------------------+                           +--------------------+
|  BO ĐIỀU KHIỂN TRỤC    |<--(Tín hiệu X/Y/Z)--------| HỆ THỐNG MÁY TÍNH  |
|  - Driver động cơ      |                           | ĐIỀU KHIỂN CNC     |
|  - Vitme bi / Ray trượt|---(Kích hoạt M08/M09)---->| (Mach3 / LinuxCNC) |
+------------------------+                           +--------------------+
            |                                                   |
            v                                                   v
+------------------------+                           +--------------------+
| TRỤC DỊCH CHUYỂN MỎ    |                           | BỘ NGUỒN HÀN MIG   |
| (Định vị đầu hàn)      |                           | (Dòng/Áp/Cấp dây)  |
+------------------------+                           +--------------------+
            \                                                   /
             \                                                 /
              v                                               v
        +-----------------------------------------------------------+
        |  VŨNG HÀN ĐẮP LỚP KIM LOẠI TRÊN PHÔI NỀN THÉP CARBON Ct3  |
        +-----------------------------------------------------------+

Phương pháp luận nghiên cứu (Methodology)

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm quy hoạch đơn biến kết hợp phân tích so sánh cơ lý tính:

  1. Thiết kế quỹ đạo chạy dao: Lập trình đường chạy song song đơn hướng (unidirectional raster) và đảo chiều (bidirectional) với độ nhấc trục Z cố định sau mỗi chu kỳ lớp đắp.
  2. Chuẩn bị mẫu chuẩn Charpy V-notch: Cắt phôi đắp lớp theo phương song song và vuông góc với hướng đắp, gia công kích thước chuẩn $10\text{ mm} \times 10\text{ mm} \times 55\text{ mm}$, khía rãnh chữ V góc $45^\circ$, độ sâu $2\text{ mm}$, bán kính đáy rãnh $r = 0.25\text{ mm}$ theo tiêu chuẩn ASTM E23 / TCVN.
  3. Đo đạc cơ tính va đập: Tiến hành thử nghiệm trên máy thử độ dai va đập con lắc đập Charpy chuyên dụng.
  4. Tẩm thực và soi kính hiển vi kim loại: Mài thô với giấy nhám SiC từ P240 đến P2000, đánh bóng bằng dung dịch hạt kim cương $1,\mu\text{m}$, tẩm thực bằng dung dịch Nital 4% ($\text{HNO}_3 + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$) để hiển thị biên giới hạt và cấu trúc pha.

Implementation và kết quả

Quy trình công nghệ và cấu trúc điều khiển G-code

Hệ thống sử dụng bộ vi mã G-code chuẩn ISO để điều khiển đồng bộ chuyển động ba trục và tín hiệu đánh lửa hồ quang thông qua relay phụ trợ (M-code).

; --- CHƯƠNG TRÌNH IN ĐẮP LỚP WAAM KIM LOẠI CARBON Ct3 ---
G21          ; Thiết lập đơn vị mm
G90          ; Tọa độ tuyệt đối
G28 X0 Y0 Z0 ; Về gốc Home máy CNC 3 trục

; === THIẾT LẬP LỚP ĐẮP 1 (Z = 2.0 mm) ===
G00 Z10.000 F3000
G00 X0.000 Y0.000
G00 Z2.000
M08          ; Kích hoạt relay mở nguồn hàn MIG & mở van khí CO2
G04 P1.0     ; Chờ ổn định hồ quang (1.0 giây)
G01 X150.000 Y0.000 F250.0 ; Tốc độ dịch chuyển 250 mm/phút, dòng 80A
M09          ; Ngắt hồ quang hàn
G00 Z15.000  ; Nhấc mỏ hàn an toàn
G04 P30.0    ; Thời gian chờ làm nguội lớp (Interpass cooling time 30s)

; === THIẾT LẬP LỚP ĐẮP 2 (Z = 4.0 mm) ===
G00 X150.000 Y5.000
G00 Z4.000
M08          ; Kích hoạt hồ quang
G04 P1.0
G01 X0.000 Y5.000 F250.0   ; Đắp lớp đảo chiều với bước dịch ngang 5mm
M09          ; Ngắt hồ quang
G00 Z20.000
M30          ; Kết thúc chương trình gia công

Thử nghiệm và số liệu thực nghiệm độ dai va đập

Thực nghiệm đo năng lượng hấp thụ va đập Charpy ($J$) được thực hiện trên mẫu thép carbon Ct3 nguyên khối và các nhóm mẫu chế tạo bằng WAAM với các thông số công nghệ khác nhau:

Nhóm mẫu thử nghiệm Bề dày lớp đắp ($h$) Độ dày phôi nền ($t$) Cường độ dòng hàn ($I$) Vận tốc hàn ($v$) Năng lượng va đập hấp thụ trung bình ($J$) Đánh giá độ dai so với thép nền Ct3
Mẫu nguyên khối Ct3 N/A $10\text{ mm}$ N/A N/A $197.00\text{ J}$ Chuẩn đối chứng ($100%$)
Mẫu WAAM TH1 (Tối ưu) $2.0\text{ mm}$ $4.0\text{ mm}$ $80\text{ A}$ $250\text{ mm/phút}$ $243.79\text{ J}$ Tăng $+23.75%$
Mẫu WAAM TH2 $2.0\text{ mm}$ $2.0\text{ mm}$ $80\text{ A}$ $275\text{ mm/phút}$ $223.30\text{ J}$ Tăng $+13.35%$
Mẫu WAAM TH3 $3.0\text{ mm}$ $3.0\text{ mm}$ $90\text{ A}$ $300\text{ mm/phút}$ $201.84\text{ J}$ Tăng $+2.46%$
Mẫu WAAM TH4 $4.0\text{ mm}$ $2.0\text{ mm}$ $100\text{ A}$ $350\text{ mm/phút}$ $179.99\text{ J}$ Giảm $-8.63%$ 
Năng lượng va đập hấp thụ (Joules)
260 |                                [ 243.79 J ]
240 |                                  +------+
220 |                 [ 223.30 J ]     |      |
200 |  [ 197.00 J ]     +------+       |      |
180 |    +------+       |      |       |      |       [ 179.99 J ]
160 |    |      |       |      |       |      |         +------+
    +----+------+-------+------+-------+------+---------+------+---> Nhóm mẫu
       Mẫu Ct3 chuẩn   WAAM TH2       WAAM TH1        WAAM TH4
       (Nguyên khối)  (h=2mm, t=2mm) (h=2mm, t=4mm)  (h=4mm, t=2mm)

Đánh giá và phân tích tổ chức tế vi (Microstructure Evaluation)

  1. Hiệu ứng nhiệt luyện tự thân (In-situ Normalizing Effect): Khi đắp lớp kế tiếp với bề dày lớp hàn $h = 2\text{ mm}$, nhiệt lượng truyền từ vũng hàn phía trên tác động như một chu trình thường hóa (normalizing), làm tái kết tinh tổ chức hạt thô của lớp hàn trước đó, biến chuyển thành các hạt ferit dạng kim (acicular ferrite) mịn và peclit phân bố đồng đều. Điều này giải thích vì sao năng lượng va đập đạt mức cực đại $243.79\text{ J}$.
  2. Khuyết tật khi tăng dòng hàn và bề dày lớp đắp ($h = 4\text{ mm}$, $I = 100\text{ A}$): Khi năng lượng đường hàn quá lớn, tốc độ nguội chậm dẫn đến tổ chức ferit mạng Widmanstätten thô to dọc ranh giới hạt austenit nguyên thủy. Đồng thời, sự tích tụ nhiệt cao gây hiện tượng chảy xệ kim loại lỏng, xuất hiện rỗ khí tế vi ($\text{micro-porosity}$) và thiếu thấu cục bộ, làm độ dai va đập giảm xuống còn $179.99\text{ J}$.
  3. Ảnh hưởng của phôi nền: Tấm phôi nền dày hơn ($4\text{ mm}$ so với $2\text{ mm}$) đóng vai trò như một khối tản nhiệt (heat sink) ổn định, tăng gradient nhiệt độ cục bộ, hỗ trợ làm mịn tổ chức hạt ở các lớp đắp ban đầu.

Đổi mới và đóng góp

  • Làm chủ công nghệ chế tạo bồi đắp chi phí thấp: Tận dụng khung máy CNC 3 trục sẵn có trong các xưởng cơ khí kết hợp với nguồn hàn MIG thương mại, biến đổi thành hệ thống in 3D kim loại với tổng mức đầu tư thiết bị giảm hơn $85%$ so với các hệ thống WAAM chuyên dụng nhập khẩu.
  • Chứng minh sự vượt trội về cơ tính: Khẳng định bằng thực nghiệm định lượng rằng chi tiết thép carbon chế tạo bằng WAAM có độ dai va đập cao hơn phôi thép cán nóng Ct3 nguyên khối lên đến $23.75%$ khi thiết lập đúng dải thông số công nghệ tối ưu ($h = 2\text{ mm}$, $I = 80\text{ A}$, $v = 250\text{ mm/phút}$).
  • Xây dựng bộ dữ liệu tham số công nghệ chuẩn: Cung cấp cơ sở khoa học về mối liên hệ giữa nhiệt đầu vào, bề dày lớp đắp, tốc độ làm nguội và tổ chức pha tế vi cho vật liệu thép carbon thấp – dây hàn GM S70.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tình huống ứng dụng công nghiệp

  1. Chế tạo phôi gần tinh (Near-Net-Shape Preforms): Ứng dụng trong sản xuất các mặt bích đường ống áp lực lớn, thân van công nghiệp, đồ gá chịu lực hạng nặng với thời gian chế tạo rút ngắn từ vài tuần (đúc/rèn) xuống còn vài giờ.
  2. Phục hồi và sửa chữa kết cấu cơ khí: Đắp bồi đắp phục hồi các bề mặt mài mòn, gãy nứt của trục máy, con lăn cán thép, khuôn dập công nghiệp mà không làm suy giảm cơ tính vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
  3. Gia công chi tiết dạng thành mỏng có gân tăng cứng: Tạo hình các kết cấu panel chịu lực trong đóng tàu và khung xe tải chuyên dụng với trọng lượng tối ưu.
+-----------------------------------------------------------------------------+
|               LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ TẠI DOANH NGHIỆP                |
+-----------------------------------------------------------------------------+
 [ Giai đoạn 1: Chuẩn bị ]    [ Giai đoạn 2: Gia công WAAM ]   [ Giai đoạn 3: Hoàn thiện ]
 * Thiết kế mô hình CAD 3D    * Đắp bồi đắp tự động trên CNC   * Phay CNC tinh bề mặt lắp ghép
 * Cắt lớp & xuất mã G-code   * Kiểm soát nhiệt độ vũng hàn   * Xử lý nhiệt ủ khử ứng suất dư
 * Gá đặt phôi nền Ct3        * Làm nguội định kỳ giữa lớp     * Kiểm tra khuyết tật NDT
+-----------------------------------------------------------------------------+

Phân tích hiệu quả kinh tế (ROI)

  • Tiết kiệm vật liệu: Giảm lượng phoi thép phay bỏ tới $70%$, nâng cao hệ số sử dụng vật liệu từ $20%$ lên $85%$.
  • Thời gian thu hồi vốn (Payback Period): Đối với các xưởng gia công vừa và nhỏ, việc cải tạo 01 máy phay CNC cũ tích hợp mỏ hàn MIG chỉ tốn chi phí khoảng $40 - $60 triệu VNĐ, hoàn vốn sau 6 đến 8 tháng vận hành sản xuất đơn hàng chi tiết lớn.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Chất lượng bề mặt thô: Bề mặt sau khi đắp lớp còn gồ ghề do bước dịch chuyển của vũng hàn nguội, bắt buộc phải qua nguyên công phay tinh bề mặt để đạt cấp chính xác kích thước.
  • Ứng suất dư và biến dạng uốn: Do năng lượng hồ quang lớn, phôi nền dạng tấm mỏng dễ bị cong vênh do ứng suất nhiệt dư nếu không được kẹp chặt hoặc ủ nhiệt sau hàn.
  • Hệ thống điều khiển vòng hở: Chưa có camera theo dõi biên dạng vũng hàn thời gian thực để tự động bù trừ dòng điện và tốc độ cấp dây.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Tích hợp đầu cảm biến quang học / Laser Profilometer: Đo chiều cao lớp đắp theo thời gian thực để tự động hiệu chỉnh trục Z trong G-code.
  • Phát triển công nghệ Hybrid Additive - Subtractive: Tích hợp trục dao phay cắt gọt trực tiếp sau mỗi chu kỳ đắp lớp để đạt bề mặt tinh ngay trong một lần gá.
  • Mở rộng vật liệu cao cấp: Nghiên cứu áp dụng quy trình trên thép không gỉ (Inox 304, 316L) và hợp kim nhôm, titan.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên chuyên ngành Cơ khí: Cung cấp tài liệu tham khảo thực nghiệm hoàn chỉnh về nguyên lý công nghệ in 3D kim loại WAAM, cấu tạo hệ thống và phương pháp kiểm tra cơ tính vật liệu.
  • Kỹ sư R&D & Lập trình gia công: Nắm bắt quy trình chuyển đổi mã G-code cho máy CNC 3 trục điều khiển súng hàn MIG và tối ưu hóa chế độ cắt/đắp.
  • Doanh nghiệp chế tạo máy & Xưởng sản xuất: Có giải pháp kỹ thuật khả thi, chi phí thấp để tự nâng cấp thiết bị, rút ngắn thời gian tạo phôi cho các chi tiết phi tiêu chuẩn.
  • Nhà nghiên cứu khoa học vật liệu: Cung cấp dữ liệu định lượng về cơ chế chuyển biến pha ferit acicular và độ dai va đập trong chu trình nhiệt bồi đắp nhiều lớp.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để nâng cấp một máy CNC 3 trục thông thường thành máy in 3D kim loại WAAM là gì?

Cần một bộ điều khiển CNC có hỗ trợ xuất tín hiệu Relay (M-code) để đóng/ngắt công tắc súng hàn MIG, một nguồn hàn hồ quang điện áp không đổi (CV) từ 300A trở lên có bộ cấp dây ổn định, bộ gá kẹp cách điện và cách nhiệt chắc chắn trên bàn máy, cùng hệ thống hút khói và thông gió bảo vệ môi trường làm việc.

2. Tại sao độ dai va đập của mẫu đắp WAAM $h=2\text{ mm}$ lại cao hơn cả thép tấm Ct3 nguyên khối?

Do chu trình nhiệt của các lớp hàn kế tiếp nung nóng lại lớp kim loại đã đông đặc bên dưới, tạo ra hiệu ứng thường hóa tự nhiên (in-situ thermal normalization). Quá trình này khử ứng suất cục bộ và làm mịn kích thước hạt, hình thành nhiều cấu trúc ferit dạng kim có khả năng cản trở sự phát triển của vết nứt va đập tốt hơn so với cấu trúc ferit - peclit thô của thép cán nóng thông thường.

3. Làm thế nào để kiểm soát hiện tượng tích tụ nhiệt và biến dạng phôi trong quá trình in WAAM?

Cần thiết lập thời gian chờ làm nguội giữa các lớp đắp (interpass cooling time) hợp lý trong chương trình G-code (lệnh G04), áp dụng chiến lược đắp đảo chiều đường hàn (bidirectional deposition) và sử dụng đồ gá có tấm đệm tản nhiệt bằng đồng hoặc làm mát cưỡng bức bằng khí nén.

4. Chi tiết in bằng WAAM có cần xử lý nhiệt sau khi chế tạo không?

Đối với các chi tiết chịu tải trọng động hoặc áp lực cao, khuyến nghị thực hiện nguyên công ủ khử ứng suất dư (Stress Relief Annealing) ở nhiệt độ $550^\circ\text{C} - 650^\circ\text{C}$ để triệt tiêu hoàn toàn ứng suất dư sinh ra trong quá trình đông nguội cục bộ, đồng thời gia công phay cắt gọt để đạt độ chính xác kích thước lắp ghép.

5. Chi phí đầu tư vật tư và khí bảo vệ cho công nghệ WAAM thép carbon là bao nhiêu?

Chi phí sử dụng dây hàn đặc GM S70 dao động khoảng $35.000 - $50.000\text{ VNĐ/kg}$ và khí bảo vệ $\text{CO}_2$ công nghiệp có giá thành rất rẻ, giúp tổng chi phí nguyên vật liệu để tạo ra 1 kg sản phẩm kim loại chỉ bằng $1/10$ đến $1/20$ so với việc sử dụng bột kim loại trong công nghệ in 3D SLM/DMLS.

Kết luận

Đồ án "Khảo sát độ dai va đập của thép carbon được chế tạo bằng phương pháp WAAM layer" đã chứng minh tính khả thi kỹ thuật và hiệu quả kinh tế vượt trội của giải pháp in 3D kim loại dạng đắp lớp hồ quang trên nền thiết bị CNC 3 trục. Kết quả thực nghiệm khẳng định rằng với các tham số công nghệ tối ưu ($h = 2\text{ mm}$, $I = 80\text{ A}$, $v = 250\text{ mm/phút}$), độ dai va đập của sản phẩm đạt mức $243.79\text{ J}$, vượt trội $23.75%$ so với vật liệu thép carbon Ct3 nguyên khối truyền thống nhờ vào tổ chức tế vi hạt mịn đồng nhất. Đây là tiền đề vững chắc cho việc ứng dụng và nhân rộng công nghệ WAAM trong ngành công nghiệp cơ khí chế tạo máy, đóng tàu và kết cấu chịu lực tại Việt Nam.