ƯNG DỤNG CỦA CAD/CAM TRONG NGÀNH CHẾ TẠO

Hệ thống CAD/CAM ñi ñầu trong chế tạo mô phức tạp Socinser là một công ty trẻ và năng ñộng có trụ sở tại Gijon, Tây Ban Nha, dành riêng ñể phát triển kỹ thuật phẫu thuật cấy ghép và thi

ƯNG DỤNG CỦA CAD/CAM TRONG NGÀNH CHẾ TẠO Part 1

Innovative CAD/CAM system supports the manufacturing of

complex implants

Socinser is a young and dynamically growing

company headquartered in Gijón, Spain, dedicated

to development and engineering of surgical

implants and hospital equipment It was founded

in 1996 with a clear vision to deliver innovation to

the traumatology sector, based on the experience

and market knowledge of its management team

At present Socinser has 25 employees and a very

active R&D department with 14 patented

inventions So it is not surprising, that Socinser

received the 2001 Industrial Innovation Award of Spanish Autonomous Region Asturias in the

“Industrial design” category

Hệ thống CAD/CAM ñi ñầu trong chế tạo mô phức tạp

Socinser là một công ty trẻ và năng ñộng có trụ sở

tại Gijon, Tây Ban Nha, dành riêng ñể phát triển

kỹ thuật phẫu thuật cấy ghép và thiết bị bệnh viện

Nó ñược ra ñời từ năm 1996 với tầm nhìn rõ ràng

ñể ñưa ñến sự ñổi mới trong khoa chấn thương,

dựa trên kinh nghiệm và kiến thức thị trường của

ñội ngũ quản lý Hiện ñã có 25 nhân viên và một

phòng R&D hoạt ñộng tích cực với 14 phát minh

sáng chế Vief vậy không ngạc nhiên khi Socinser

nhận giải Sáng tạo Công nghiệp trong năm 2001

của khu tự trị Asturias ở Tây Ban Nha trong lĩnh

vực thiết kế công nghiệp

Socinsers’ professionals develop and manufacture

implants and surgical equipment for hips,

vertebral columns, knees, feet and fastening for

ligaments Furthermore, they offer hospital

equipment designed in close cooperation with

medical scientists and other health professionals,

and they distribute dental implants Although

most of the implants are standard products, they

are not manufactured in series but in small lots

whose number normally does not exceed 50 units

Some are even unique parts, due to a relatively

new activity of the company that has found very

good acceptance in the market: Socinser has

started to design and manufacture custom made

implants, for example for patients suffering from

tumours affecting their osseous structure

Các chuyên gia của Socinsers chuyên phát triển

và chế tạo thiết bị phẩu thuật và cấy ghép cho

hông, cột sống, ñầu gối, bàn chân và dây chằng

Hơn nữa, họ cung cấp trang thiết bị cho bệnh

viện và hợp tác chặt chẽ với các nhà khoa học y

tế và các chuyên gia y tế khác, ñồng thời họ cũng

phát triển ngành cấy ghép nha khoa Mặc dù hầy

hết các sản phẩm cấy ghép là theo tiêu chuẩn,

nhưng họ không sản xuất mỗi kiểu vượt quá 50

cái Một số thậm chí là duy nhất, nhờ sự liên hệ

tốt giữa các bộ phận của công ty mà sản phẩm

dược tieu thụ tốt trên thị trường: Socinser ñã bắt

ñầu thiết kế và chế tạo sản phẩm cho cấy ghép, ví

dụ cho các bệnh nhân bị u ánh hưởng ñến cấu

trúc xương của họ

Despite of the challenging economic conditions,

Socinser is expanding its business, moving

operations to a new site in the Science and

Technology Park of Gijón Other challenges the

team of professionals is facing are the

development and manufacturing of custom made

implants and the generation of a new software

product for surgical planning, as points out Luís

Costales Ponga, one of the company’s technical

engineers The custom-made implants are used for

patients in a life-threatening situation who need a

fast and efficient solution, minimizing the time of

delivery This requires powerful tools to speed up

and facilitate the production process through a close

integration between 3D scanning of the patients

anatomy, 3D CAD design of the implants and

computer aided manufacturing (CAM)

Mặc dù ñiều kiện kinh tế khó khăn, Socinser vẫn

ñang mở rộng kinh doanh, hoạt ñộng di chuyển ñến

một nơi mới trong Công viên Khoa học và Công

nghệ Gijon Thách thức khác là ñội ngũ các chuyên

gia phải ñối mặt là sự phất triển và chế tạo của sản

phẩm cấy ghép cần phần mềm thế hệ mới ñể lập kế

hoạch phẫu thuật, như lời của Luís Costales Ponga,

một cán bộ kỹ thuật của công ty Sản phẩm cấy ghép

tùy chỉnh ñược sử dụng cho bệnh nhân trong tình

huống bị ñe dọa tính mạng cần một giải pháp nhanh

và hiệu quả, giảm thiểu tối ña thời gian ðiều này

ñòi hỏi các công cụ mạnh ñể tăng tốc ñộ và tạo thuận

lợi cho quá trình sản xuất thộng qua một tích hợp

giữa quét 3D giải phẫu bệnh nhân, thiết kế CAD 3D

trong việc tạo mô hình cấy ghép và chế tạo dưới sự

hỗ trợ máy tinh (CAM)

Complex surface design

“As we try to reproduce the anatomy of the patient, we have to work with very complex organic surfaces which are impossible to manufacture without a powerful 3D CAM

system”, explains Luís Costales “That is why SolidCAM plays an important part in this process, converting complex parts to reliable NC programs, which saves us a lot of time in comparison with the solution we used before.”

Until four years ago, engineers at Socinser designed implants with an outdated CAD system with a proprietary module for generating NC programs The replacement of this system by SolidWorks also required a new approach to CAM The company considered various options and finally selected

SolidCAM as the most convenient solution in terms of price performance ratio and integration level with the CAD system “It is like a normal SolidWorks module that the user activates in the same environment, working with a common 3D model”, says Costales The associativity

between the two systems enables the introduction of changes in the CAD model and the update

of the related NC programs for milling

“SolidCAM gives our users much more flexibility than the old system”, as Luís Costales

comments They share a single PC workstation operating Windows XP with an Intel Pentium

3 GHz Processor and 2 GB RAM, but the company plans to expand the installation to a floating license to be able to use it on more than one computer Due to the ease-of-use of SolidCAM, some of the users did not even have to attend training but learned to handle the software under the supervision of more experienced colleagues

Thiết kế bề mặt phức tạp

“Khi chúng tôi cố gắng mô phỏng giải phẫu bệnh nhân, chúng tôi ñã làm việc với bề mặt hữu cơ phức tạp mà không thể sản xuất mà không có hệ thống CAM 3D mạnh”, Luís Costales giải thích

ðiều ñó giải thích tại sao SolidCAM ñóng một vai trò quan trọng trong quá trình này, chuyển ñổi

chi tiết phức tạp sang chương trình NC một cách tin cậy, giúp chúng tôi tiết kiệm nhiều thời gian

so với các giải pháp trước ñây”

Cách ñây 4 năm, các kỹ sư Socinser thiết kế sản phẩm cấy ghép với mô hình CAD lỗi thời với một môñun sở hữu ñộc quyền ñể tạo ra các chương trình NC Việc thay thế hệ thống này bởi SolidWorks yêu cầu cách tiếp cận mới về CAM Công ty ñã cân nhắc và xem xét, cuối cùng cũng ñã chọn

SolidCAM là giải pháp tiện lợi nhất về tỷ lệ giá và mức ñộ tích hợp của hệ thống CAD “ Nó giống như một môñun SolidWorks bình thường mà người dùng có thể làm việc với mô hình 3D thông thường”, Costales nói Sự kết hợp giữa hai hệ thống cho phép thay ñổi mô hình CAD và cập nhật vào chương trình phay NC

“SolidCAM cho người dùng nhiều linh hoạt hơn hệ thống cũ”, theo lời Luis Costales Nó dùng một máy chủ duy nhất trên hệ ñiều hành Windows XP với loại máyIntel Pentium 3 GHz

Processor và 2 GB RAM, nhưng công ty dự ñịnh mở rộng giấy phép ñể có thể sử dụng trên nhiều máy tính Có thể dễ dàng sử dụng SolidCAM, một số người thậm chí không cần ñào tạo nhưng có thể sử dụng dưới sự hướng dẫn của ñồng nghiệp có kinh nghiệm

On-screen collision control

Apart from the easier and faster generation of the NC

programs, one of the main benefits of SolidCAM is the

ability to visualize the NC toolpaths on the screen and

detect collisions much easier than in the past

Consequently, the NC programs are more reliable

Normally the implants are made of titanium, a

biocompatible, light and resistant material; however

this material is also expensive and tough to cut “For

small parts, better visualization would be beneficial”,

comments Luís Costales a proposal for future

enhancements of the system

In general, users are very satisfied with the

continuous enhancements of the SolidCAM

software An important improvement in

the current software version is the higher

flexibility when editing an NC program and

moving operations in the CAM-Manager

operations tree Furthermore, when several

milling operations are based on a profile

geometry, if this geometry is changed, all

the milling operations are automatically

synchronized to the updated profile and

the NC programs are automatically

regenerated This saves a lot of time when

manufacturing the shafts of the hip

prostheses that exist in a big number of

variants To further improve the surface

quality of the parts, the implementation of

SolidCAM´s new High-Speed Machining

module is also being considered

ðiều khiển va chạm trên màn hình

Bên cạnh truyền chương trình NC nhanh và dễ dàng, một

trong những tiện ích chính của SolidCAM là khả năng

hiển thị ñường chạy dao NC và phát hiện va chạm tốt

hơn nhiều so với trước Do ñó, chương trình NC ñáng tin

cậy hơn Thông thường các mô cấy ghép tạo từ Titan, vật

liệu sinh học, vật liệu mỏng và ñộ bền cao; tuy nhiên vật

liệu này ñắt và khó cắt “ Với chi tiết nhỏ, mô phỏn sẽ có

lợi hơn” ðề nghị của Luís Costales và cải tiến hệ thống

trong tương lai.

Nói chung người dùng rất hài lòng với những

cải tiến của phần mềm SolidCAM Một cải

tiến quan trọng trong phiên bản này là tính

linh hoạt cao hơn khi chỉnh sửa chương tình

NC và các hoạt ñộng trong sơ ñồ cây Quản lý

CAM Hơn nữa, khi một số chương trình phay

dựa trên các dạng hình học, nếu thay ñổi hình

dạng, tất cả quá trình phay sẽ tự ñộng ñồng bộ

hóa ñể cập nhận hình dạng và chương trình

NC sẽ tự ñộng thay ñổi theo ðiều này tiết

kiệm thời gian rất nhiều khi sản xuất với quy

mô lớn Xa hơn nữa là cải tiến chất lượng bề

mặt, ứng dụng SolidCAM trên các máy Siêu

tốc

Part 2:

CAD/CAM in Nigerian Manufacturing Industrues: The Case of

Nigerian Casting Industries

Abstract: This study discussed the application of Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing (CAD/CAM) in Nigerian Casting Industries Questionnaires were administered in twelve (12) casting industries visited, in Lagos, Osun and Kogi States The results of the research shows that 42% of the under study had incorporated CAD/CAM into their casting industries, while about 58% has not incorporated CAD/CAM into their operation The percentages of expatriate involved in the casting operation in these industries were examined to have about 13% and also the plant ages were examined The result of the study shows that the use of Computer as

an aid in casting industries has greatly inproved the casting operation at all sections/stages of production It was however discovered that about 71% of Nigeria casting industries are still depending on foreign raw material (software packages) because of insufficient software

developers that are few in our developing society

CAD/CAM TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT NIGERIA: HIỆN TRẠNG

TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP ðÚC

Tóm tắt: Bài nghiên cứu này thảo luận về ứng dụng của Cad/Cam trong ngành công nghiệp ñúc Nigeria Bản câu hỏi ñược ñiều tra trong 12 cơ sở ñúc ở các bang Lagos, Osun và Kogi Kết quả của bảng nghiên cứu cho thấy 42% các cơ sở ñúc là có áp dụng Cad/Cam, trong khi 58% không

áp dụng Tỷ lệ người nước ngoài tham gia vào ngành ñúc ước tính khoảng 13% Kết quả bản nghiên cứu chỉ ra rằng các cơ sở có sử dụng máy tính hổ trợ thì tình hình sản xuất ñược cải thiện

ñáng kể Tuy nhiên, bản báo cáo cũng cho thấy rằng 71% trong ngành ñúc Nigeria sử dụng các

gói phần mềm của nước ngoài vì sự yếu kém trong việc phát triển phẩn mềm trong nước

Introduction:

Manufacturing is the process of converting raw materials such iron glass or polymer into useful products, such as kettle and telephone to machinery such as railway lovomotives and aircraft Manufacturing industries have been called as one of the competitive technologies in today economy Manufacturing industries include casting, material removal via conventional

machinery, deformation, composiotion and spray deposition

• Foundry or casting engineering deals with the process, which includes:

• Preparation of pattern;

• Making the mould;

• Melting of metal;

• Pouring of molten metal into the mould;

• Solidification;

• Shake out and fettling

Giới thiệu

Sản xuất là quá trình chuyển ñổi nguyên liệu như sắt thủy tinh hoặc polyme thành các sản phẩm hữu ích, chẳng hạn như ấm ñun nước và ñiện thoại ñến máy móc thiết bị như ñầu máy xe lửa và máy bay Sản xuất công nghiệp ñược coi là một trong những công nghệ cạnh tranh trong nền kinh tế ngày hiện nay Sản xuất công nghiệp bao gồm ñúc, loại bỏ vật liệu thông qua máy móc thông thường, biến dạng, cấu tạo và bụi lắng ñọng

Quá trình ñúc và xử lý kỹ thuật, bao gồm:

• Chuẩn bị mẫu;

• Làm khuôn;

• Nóng chảy của kim loại;

• Rót kim loại nóng chảy vào khuôn;

• Kiên cố hoá;

• Lắc và loại bỏ bavia

The basic mould available in developing countries like Nigeria is sand mould But due to the unsatisfactory dimensional accuracy and finishing surfaces of sand casting, the application of special casting methods was introduced which can actually produced intricate jobs such as centrifugal casting, die casting, investment casting, shell casting and other precision casting processes The objectives for carrying out this research work are to:

• Find out to what extend has the computer been used and incorporated into the

manufacturing industries in Nigeria most especially in the casting industries;

• Proffer ways by which the casting industries can be encouraged to embrace the use of computer as an aid in their production system

• Evaluate if there are manpower needed to man the various areas of production process where computer will be needed in casting industries

• There is no up to date research work of such in a developing country like Nigeria to know the level of our computer awareness and utilization in the manufacturing industries, most especially casting industries, hence the need to carry out this research

Khuôn ñúc ñược sử dụng ở Nigeria là khuôn cát Do vậy nó không ñáp ứng về yêu cầu ñộ chính xác kích thước cũng như ñộ nhám về mặt, các phương pháp ñúc ñặc biệt ñược giới thiệu và có thể áp dụng các ứng dụng như ñúc ly tâm, ñúc khuôn mẫu chảy, ñúc khuôn vỏ mỏng và các phương pháp chính xác khác Các mục tiêu ñể thực hiện nghiên cứu này là:

• Tìm hiểu ñể mở rộng những phạm vi mà máy tính ñược sử dụng và tích hợp vào các ngành công nghiệp sản xuất ở Nigeria ñặc biệt nhất trong ngành công nghiệp ñúc

Ớ Khuyến khắch ngành công nghiệp ựúc sử dụng máy tắnh như là một công cụ hỗ trợ trong hệ thống sản xuất của họ

Ớ đánh giá nguồn nhân lực liệu có ựủ cho nơi sản xuất mà ở ựó dùng máy tắnh hay

chưa

Ớ Chưa có một nghiên cứu nào từ trước ựến nay ở một nước ựang phát triển như

Nigeria cho thấy mức ựộ sử dụng máy tắnh trong công nghiệp sản xuất, phần lớn là ngành ựúc, thực tiễn ựó là ựộng lực hình thành bài nghiên cứu này

Computer Aided Design (CAD): According to they defined Computer Aided Design as design

activities that involve the effective use of computer to create, modify or document engineering design Computer Aided Design and Drafting (CADD) is a form of automation that helps

designers prepare drawings, specification, part lists and other design related elements using special graphics and calculations-intensive computer programs

Although CAD systems originally merely automated drafting, they now usually include three-dimensional modeling and computers simulated operation of the model rather than having to build prototypes and change components to determine the effects of tolerance ranges

Computer Aided Manufacturing (CAM): Computer Aided Manufacturing (CAM), is the use

of digital computer to enhance the shop floor manufacturing process which include monitoring and controlling of manufacturing equipment shop floor information system with automation and control system that employ feedback that is, they use part output to control their input Once the automated process is set up, human participation in the manufacturing process involves little more than maintanance and repair of the equipment

Computer Aided Design (CAD): Theo ựịnh nghĩa Cad là hoạt ựộng thiết kế với sự trợ giúp của

các tiện ắch máy tắnh như khởi tạo, chỉnh sửa và thiết kế tài liệu kỹ thuật CADD (Computer Aided Design and Drafting ) là một hình thức tự ựộng giúp người thiết kế chuẩn bị bản vẽ, ựặc tắnh kỹ thuật, lên danh sách các chi tiết và các yếu tố liên quan khác sử dụng ựồ họa và các chương trình tắnh toán chuyên sâu

Hệ thống CAD ban ựầu chỉ ựơn thuần ựể khởi tạo bản vẽ tự ựộng, hiện nay nó còn bao gồm mô hình 3 chiều, mô phỏng máy tắnh thay vì xây dựng trên mô hình thật ựể tạo vùng dung sai hợp lý

Computer Aided Manufacturing (CAM): CAM là việc sử dụng máy tắnh ựể làm tăng quá trình

sản xuất bao gồm quá trình theo dõi và quản lý hệ thống thông tin sản xuất một cách tự ựộng và

hệ thống ựiều khiển có sử dụng thông tin phản hồi phản hồi, nó sử dụng ựầu ra ựể ựiều khiển ựầu vào Một khi quá trình tự ựộng ựược cài ựặt, người tham gia quá trình sản xuất sẽ ắt phải bảo trì

và sửa chữa thiết bị

MATERIAL AND METHODS

Twelve (12) casting industries were visited for the administration of questionnaire Majority of the company visited are located at Lagos State, Osun State, Ondo State, Oyo State, Delta State and Kogi State The reason for choosing these locations can be explained by the fact that more casting industries are strategically located around these six states than any other states in Nigeria Tools uses to carry out the project are:

• Questionnaire:

• Visitation to the casting industries used for the study

• Personal interview of some Professionals in the fields

About 24 questionnaires were distributed in which 1 were administered by Production Engineers, Operation Manager, Foundry Manager and Technicians of those companies

Mười hai cơ sở ñúc ñược ghé thăm tham gia vào bản câu hỏi Phần lớn trong số ñó là ở các bang Logos, Osun, Ondo, Delta và Kogi Lý do chọn những nơi này là vì ñây là những vùng chiến lược ngành ñúc của Nigeria Công cụ ñược sử dụng ñể thực hiện dự án là:

• Bản câu hỏi

• ðến trực tiếp những cơ sở ñúc

• Phỏng vấn những chuyên gia trong ngành

RESULTS AND DISCUSSIONS

Personal interview in the casting industries visited: From the personal interview conducted in

the casting industry the following results were obtained

Effect of Computer-Aided Design and Computer –Aided Manufacturing (CAD/CAM) in casting industries: Some of the following assertions that the introduction of CAD/CAM into

their casting industry has greatly improved their products in the following ways:

• Improving casting technologies

• Improving process control

• Improving dimesional control

• Reduction casting defects

• Reduction operation time and cost

• Reduction of drafting labour

• Reduction of wastages in product manufacture

• Eradication of prototype

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN