Từ in 3D đến khuôn sản xuất: Thiết kế nguyên mẫu của bạn tiếp cận thị trường như thế nào

Một nguyên mẫu bằng nhựa được thiết kế tinh xảo nằm yên lặng trên bàn làm việc của nhà thiết kế. Giữa nó và hàng nghìn sản phẩm được bày đầy các kệ hàng là một vực sâu được gọi là “khuôn mẫu”. Khoảng trống này từng là nghĩa địa của vô số ý tưởng sáng tạo.

Trong studio của một công ty khởi nghiệp ở Thượng Hải, nhà thiết kế công nghiệp Li Wei đang cẩn thận kiểm tra nguyên mẫu in 3D trong tay cô—một chiếc máng ăn tiện dụng cho thú cưng.

Cô nói: “Chúng tôi đã lặp lại 17 phiên bản nguyên mẫu này và nhẹ nhàng xoay mẫu. “Nhưng để bán nó trên nền tảng trực tuyến, chúng tôi cần sản xuất ít nhất 5.000 chiếc.”

Từ sản xuất một sản phẩm đến sản xuất hàng loạt, từ thiết kế đến sản xuất hàng loạt, bước quan trọng nhất trên con đường này là thu hẹp khoảng cách sản xuất từ ​​in 3D đến sản xuất hàng loạt bằng phương pháp ép phun.

01 Giá trị và hạn chế của nguyên mẫu

In 3D đã cách mạng hóa việc tạo mẫu. Giờ đây, các nhà thiết kế có thể biến ý tưởng thành các thực thể vật lý trong vòng vài ngày hoặc thậm chí vài giờ với chi phí thấp hơn truyền thống.

Công nghệ này cho phép lặp lại nhanh chóng. Nhóm của Li Wei đã thử nghiệm các góc độ, công suất và hiệu ứng vật liệu khác nhau đối với máng ăn cho thú cưng trong hơn hai tháng. Cô nói: “Chúng tôi thậm chí còn in một phiên bản trong suốt để quan sát cấu trúc bên trong và chỉ vào các nguyên mẫu đầy màu sắc trên bàn làm việc.

Tuy nhiên, in 3D có những hạn chế không thể vượt qua. Chi phí vật liệu cho mỗi nguyên mẫu có thể cao hơn hàng chục lần so với sản phẩm đúc phun và tốc độ sản xuất ở một quy mô hoàn toàn khác — phải mất 6 giờ để in 3D một bộ cấp giấy, trong khi máy ép phun có thể tạo ra 8 bộ mỗi 30 giây.

Kỹ sư sản xuất kỳ cựu Chen Jianguo giải thích: “Vấn đề quan trọng hơn là sự khác biệt về hiệu suất”. "Cấu trúc từng lớp của in 3D dẫn đến tính dị hướng, trong khi các sản phẩm đúc phun có tính toàn vẹn tốt hơn và độ bền cao hơn."

02 Quyết định quan trọng trong việc thu hẹp khoảng cách

Khi chuyển từ nguyên mẫu sang sản xuất hàng loạt, quyết định quan trọng đầu tiên mà các nhà thiết kế phải đối mặt là: Khi nào tạo khuôn?

Việc tạo khuôn đòi hỏi một khoản đầu tư trả trước từ hàng chục đến hàng trăm nghìn RMB, gây ra rủi ro đáng kể cho các nhóm khởi nghiệp. Chen nói: “Chúng tôi đã thấy quá nhiều thiết kế thất bại vì khuôn được tạo ra quá sớm hoặc quá muộn”.

Tiêu chí cho quyết định này bao gồm sự hoàn thiện về thiết kế, xác nhận nhu cầu thị trường và dự báo quy mô sản xuất. Nhóm của Li Wei quyết định chỉ đầu tư vào khuôn sau khi nhận được hơn 3.000 đơn đặt hàng trước cho sản phẩm của họ.

Tối ưu hóa thiết kế trước khi tạo khuôn cũng quan trọng không kém. Các nhà thiết kế phải xem xét các yêu cầu của quá trình ép phun: độ dày thành đồng đều, góc nghiêng thích hợp và vị trí đường phân chia hợp lý.

Chen chỉ ra: “Nhiều nguyên mẫu in 3D đẹp mắt sẽ thất bại nếu được sử dụng trực tiếp để tạo khuôn. "Ví dụ, thiết kế ban đầu của bộ cấp liệu này có quá nhiều góc vuông và độ dày khác nhau. Chúng tôi đã đề xuất 23 sửa đổi để điều chỉnh nó cho phù hợp với sản xuất ép phun."

03 Khuôn mẫu: Mở đường cho sản xuất hàng loạt

Khuôn là công cụ cốt lõi để sản xuất hàng loạt khuôn ép phun và có mức đầu tư ban đầu lớn nhất. Một khuôn một khoang đơn giản có thể có giá từ 30.000 đến 80.000 RMB, trong khi khuôn nhiều khoang phức tạp có thể lên tới hàng trăm nghìn RMB.

Bản thân việc sản xuất khuôn mẫu là một quá trình kỹ thuật chính xác. Các nhà máy sản xuất khuôn mẫu hiện đại sử dụng máy công cụ CNC, gia công phóng điện (EDM) và thiết bị khoan lỗ sâu để xử lý các khối thép đặc biệt thành khuôn với độ chính xác đạt 0,005 mm—1/10 đường kính sợi tóc người.

Nhà thiết kế khuôn mẫu Zhao Feng cho biết: “Khuôn không chỉ để sao chép nguyên mẫu mà còn để tối ưu hóa quy trình sản xuất”. "Chúng tôi cần xem xét vị trí cổng, hệ thống làm mát và cơ chế phóng để đảm bảo mọi chu trình đều tạo ra các sản phẩm đủ tiêu chuẩn một cách hiệu quả."

Tuổi thọ của khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành trên mỗi đơn vị sản phẩm. Một khuôn mẫu chất lượng cao có thể tạo ra hàng triệu sản phẩm, giảm chi phí khuôn mẫu xuống chỉ còn vài xu cho mỗi sản phẩm.

04 Khuôn dùng thử và điều chỉnh

Sau khi khuôn đầu tiên được hoàn thành, quá trình thử nghiệm thực sự sẽ bắt đầu. Đúc thử là giai đoạn quan trọng để xác minh thiết kế khuôn và điều chỉnh các thông số ép phun, thường cần 3 đến 5 lần lặp.

“Lần chạy thử đầu tiên thường bộc lộ nhiều vấn đề khác nhau”, Chen nhớ lại trải nghiệm của nhóm Li Wei. "Ban đầu máy cấp liệu của họ gặp vấn đề về độ co ngót và các đường hàn đáng chú ý."

Bằng cách điều chỉnh các thông số phun—nhiệt độ, áp suất, tốc độ và thời gian—các kỹ sư sẽ dần dần tối ưu hóa quy trình sản xuất. Đồng thời, bản thân khuôn có thể yêu cầu tinh chỉnh, chẳng hạn như đánh bóng bề mặt để cải thiện độ hoàn thiện hoặc sửa đổi các kênh làm mát để có hiệu quả tốt hơn.

Li Wei chứng kiến ​​toàn bộ quá trình đúc thử. Cô nói: “Việc xem bộ cấp liệu ép phun đầu tiên được đẩy ra khỏi khuôn có cảm giác hoàn toàn khác với in 3D—nó chắc chắn hơn, có kết cấu đồng đều hơn và có cảm giác giống một sản phẩm 'thật' hơn".

05 Tính kinh tế của việc lựa chọn nguyên liệu

Việc chuyển từ in 3D sang ép phun cũng mang đến sự thay đổi cơ bản trong việc lựa chọn vật liệu. In 3D thường sử dụng các loại sợi chuyên dụng như PLA hoặc ABS, trong khi ép phun cung cấp nhiều loại nhựa kỹ thuật hơn với các cấu trúc chi phí khác nhau.

Li Wei giải thích: “Cuối cùng chúng tôi đã chọn vật liệu PP (polypropylen) cấp thực phẩm”. “Nó không chỉ an toàn mà còn có chi phí thấp hơn nhiều so với vật liệu in 3D và có đặc tính đúc tốt hơn”.

Chi phí vật liệu chiếm một phần đáng kể trong sản xuất khuôn ép phun. Tối ưu hóa thiết kế để giảm mức sử dụng nguyên liệu và lựa chọn nhà cung cấp nguyên liệu tiết kiệm chi phí có thể tác động trực tiếp đến khả năng cạnh tranh trên thị trường của sản phẩm.

Sản xuất quy mô lớn cũng làm cho việc tái chế vật liệu trở nên khả thi. Các đường dẫn và các bộ phận bị lỗi được tạo ra trong quá trình ép phun có thể được nghiền nát và đưa lại vào sản xuất theo một tỷ lệ nhất định, giúp giảm chi phí hơn nữa.

06 Nhịp điệu sản xuất và kiểm soát chất lượng

Khi bước vào sản xuất hàng loạt, nhịp điệu sản xuất và kiểm soát chất lượng trở nên quan trọng. Một máy ép phun cỡ trung bình có thể sản xuất hàng chục nghìn máy cấp liệu mỗi ngày. Mỗi sản phẩm được đảm bảo đạt tiêu chuẩn như thế nào?

Các xưởng ép phun hiện đại được trang bị nhiều phương pháp giám sát khác nhau: cảm biến theo dõi áp suất và nhiệt độ phun theo thời gian thực; hệ thống quan sát kiểm tra từng sản phẩm để phát hiện các khuyết tật bề mặt; và lấy mẫu thường xuyên được tiến hành để đo kích thước và kiểm tra chức năng.

Chen cho biết: “Chúng tôi đã thiết lập ba điểm kiểm tra trên dây chuyền sản xuất. "Chỉ những sản phẩm vượt qua tất cả các cuộc kiểm tra mới được đóng gói và lưu trữ."

Kiểm soát chất lượng không chỉ liên quan đến tính nhất quán của sản phẩm mà còn ảnh hưởng đến uy tín thương hiệu. Một dây chuyền sản xuất với tỷ lệ sai sót được kiểm soát tốt có thể giúp thương hiệu tiết kiệm đáng kể chi phí sau bán hàng.

07 Con đường tiếp cận thị trường

Khi lô thức ăn cho vật nuôi đúc phun đầu tiên được đưa ra khỏi dây chuyền sản xuất, hành trình tiếp cận thị trường của chúng chỉ mới bắt đầu.

Thiết kế bao bì phải xem xét đến việc bảo vệ trong quá trình vận chuyển và thu hút trong môi trường bán lẻ. Nhóm của Li Wei đã thiết kế đặc biệt bao bì có cửa sổ để giới thiệu các tính năng của máy cấp liệu. Cô nói: “Người tiêu dùng có thể nhìn thấy trực quan góc độ và kết cấu của khay nạp.

Quản lý hậu cần và hàng tồn kho đặt ra những thách thức mới sau khi sản xuất hàng loạt. Li Wei lưu ý: “Chúng tôi cần cân bằng giữa tốc độ sản xuất, chi phí tồn kho và nhu cầu thị trường”. "Đây là một sự cân nhắc hoàn toàn khác với việc tạo nguyên mẫu."

Việc chuyển đổi từ nguyên mẫu in 3D sang sản phẩm đúc phun hàng loạt không chỉ là sự thay đổi về phương pháp sản xuất mà còn là sự thay đổi về tư duy. Các nhà thiết kế cần phải chuyển từ việc tạo ra những đồ vật đơn lẻ, tinh xảo sang thiết kế những sản phẩm có thể sản xuất hiệu quả, có khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Từ chiếc máy in 3D ồn ào trong xưởng của Li Wei cho đến những chiếc máy ép phun vận hành nhịp nhàng trong nhà máy; từ nguyên mẫu độc đáo trên bàn làm việc đến hàng nghìn sản phẩm được xếp gọn gàng trong kho—mỗi bước trên con đường này đòi hỏi chuyên môn và quyết định khác nhau.

Khuôn mẫu là cầu nối cho sự sáng tạo, kết nối thiết kế và thị trường, nguyên mẫu và sản phẩm. Nó đòi hỏi một khoản đầu tư đáng kể nhưng là con đường thiết yếu để biến một ý tưởng hay thành một hoạt động kinh doanh khả thi.

Trong tuần đầu tiên sau khi máy cho thú cưng ra mắt, nhóm của Li Wei đã nhận được phản hồi đầu tiên của người dùng. Li Wei mỉm cười nói: "Một khách hàng cho biết chiếc máng ăn này hoạt động tốt hơn nhiều so với những chiếc mà cô ấy đã sử dụng trước đây và con mèo của cô ấy cuối cùng đã ngừng rải thức ăn khắp nơi".

Tại thời điểm này, hành trình bắt đầu với máy in 3D cuối cùng cũng đã đến đích chính đáng—đáp ứng nhu cầu thực sự trong thế giới thực.