Thông minh hơn – Nhẹ hơn – Bền hơn

Nhẹ, bền và có khả năng tùy biến gần như không giới hạn, vật liệu composite đang tái định nghĩa những gì có thể đạt được trong thiết kế sản phẩm. Từng chỉ xuất hiện trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và quốc phòng, composite ngày nay đã trở thành vật liệu chiến lược trong hầu hết các ngành công nghiệp – từ ô tô, thiết bị công nghiệp, năng lượng, thể thao – giải trí cho tới hàng tiêu dùng.

Nhờ các công cụ kỹ thuật số tiên tiến như PTC Creo, một quy trình vốn phức tạp và rời rạc nay đã trở nên nhanh hơn, thông minh hơn và kết nối chặt chẽ hơn bao giờ hết.

Nhu cầu đang tăng mạnh

Theo Grand View Research, thị trường composite toàn cầu đạt giá trị 93,7 tỷ USD vào năm 2022 và được dự báo sẽ tăng trưởng với CAGR 7,2% đến năm 2030. Các tổ chức phân tích khác như Future Market Insights và Credence Research thậm chí còn dự báo mức tăng trưởng hai chữ số đối với các dòng composite hiệu suất cao và polymer tiên tiến.

Động lực thúc đẩy các nhà sản xuất là rất rõ ràng
tỷ lệ bền – nhẹ vượt trội, hiệu quả năng lượng và tính bền vững.
Chỉ cần giảm 10% trọng lượng xe có thể giúp tăng hiệu suất nhiên liệu lên đến 8% – một con số mang ý nghĩa rất lớn trong các lĩnh vực như giao thông, hàng không và năng lượng tái tạo, nơi từng kilogram đều có giá trị.

Vật liệu nhẹ hơn cũng đồng nghĩa với động cơ nhỏ hơn, lượng phát thải thấp hơn và tuổi thọ sản phẩm dài hơn. Không ngạc nhiên khi composite đã chuyển mình từ vật liệu “ngách” thành nền tảng cốt lõi cho các thiết kế nhẹ hơn, bền hơn và bền vững hơn.

Vì sao composite ngày càng quan trọng?

Theo ông Paul Sagar – Phó Chủ tịch Quản lý sản phẩm CAD tại PTC, xu hướng tạo ra các sản phẩm nhẹ hơn và thân thiện môi trường hơn đang thúc đẩy một tư duy thiết kế hoàn toàn mới.

“Các nhà sản xuất muốn tạo ra những chi tiết kỹ thuật tối ưu, và composite chính là phương tiện giúp họ làm được điều đó,”
— Paul Sagar

Nhờ trọng lượng nhẹ và khả năng thích ứng cao, composite đóng vai trò trung tâm trong việc nâng cao hiệu suất và giảm dấu chân carbon, đặc biệt trong ngành giao thông vận tải.

Từ cánh turbine gió, bình chứa hydro, cho tới vợt tennis hay tay chân giả, composite mang lại sự kết hợp giữa độ bền, độ cứng và trọng lượng thấp mà kim loại khó có thể sánh kịp.

Quan trọng hơn, composite còn góp phần thúc đẩy phát triển bền vững. Bằng cách gia cường chính xác tại những vị trí cần thiết, kỹ sư có thể giảm lãng phí vật liệu và kéo dài vòng đời sản phẩm – biến composite trở thành lựa chọn không chỉ hiệu suất cao mà còn có trách nhiệm với môi trường.

Thách thức từ sự phức tạp

Dù sở hữu nhiều ưu điểm, thiết kế sản phẩm composite không hề đơn giản. Tính bất đẳng hướng (anisotropic) – nơi độ bền phụ thuộc vào hướng sợi – khiến việc phân tích và mô phỏng phức tạp hơn rất nhiều so với kim loại.

Kỹ sư phải xác định từng lớp ply, hướng sợi và trình tự xếp lớp, đồng thời đảm bảo khả năng sản xuất. Chỉ một thay đổi nhỏ trong layup cũng có thể làm thay đổi đường truyền ứng suất, độ cứng, hoặc thậm chí ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn vật liệu.

Khi dự án có hàng trăm lớp và nhiều vùng khác nhau, việc quản lý thủ công nhanh chóng trở thành nút thắt lớn. Các quy trình truyền thống, nơi CAD – CAE – PLM bị tách rời, càng làm tăng độ phức tạp và kéo dài thời gian phát triển. Trong khi đó, mẫu thử vật lý không thể theo kịp tốc độ của phát triển số hiện đại.

Để khai thác trọn vẹn tiềm năng của composite, một quy trình tích hợp là điều bắt buộc.

Creo – Tái định nghĩa thiết kế composite

PTC Creo mang thiết kế, phân tích và khả năng sản xuất composite vào một môi trường thống nhất. Kỹ sư có thể đi từ ý tưởng đến sản xuất mà không cần rời khỏi không gian thiết kế số.

• Creo 10: giới thiệu bộ công cụ composite hoàn chỉnh – thiết kế ply, mô phỏng draping, và tài liệu sản xuất tự động

• Creo 11: mở rộng với thiết kế theo vùng (zone-based), chuyển tiếp nâng cao và hỗ trợ chiếu laser cho layup thủ công hoặc tự động

• Creo 12: tiếp tục nâng tầm với:

  • Mô hình laminate 3D nhanh và chính xác hơn cho chi tiết lớn, phức tạp

  • Mô hình tham chiếu sản xuất có tính liên kết (associative)

  • Gộp vùng layup để tối ưu thiết kế

  • Kiểm soát draping và chuyển tiếp chân thực hơn

Theo ông Sagar:

“Creo 12 cho thấy chúng tôi đã tiến xa đến mức nào – từ ý tưởng đến mô hình có thể sản xuất chỉ trong một phần nhỏ thời gian, với độ tin cậy và khả năng truy vết hoàn chỉnh.”

Hướng đi trong tương lai

Khi nhu cầu composite tiếp tục tăng, PTC đã sẵn sàng cho bước tiếp theo:
hỗ trợ insert composite, tích hợp mô phỏng sâu hơn và tự động hóa bằng AI.

Trong tương lai, thiết kế composite sẽ được dẫn dắt bởi mô phỏng thời gian thực, dữ liệu nhà cung cấp và chỉ số bền vững, tạo nên chuỗi số hóa xuyên suốt từ ý tưởng đến sản xuất thông qua các nền tảng như Windchill và ThingWorx.

Định hình tương lai đổi mới với composite

Tương lai của sản phẩm composite không chỉ là nhẹ hơn hay bền hơn, mà là thông minh hơn.
AI sẽ gợi ý hướng sợi tối ưu, cộng tác đám mây kết nối đội ngũ toàn cầu, mô phỏng tích hợp xác thực khả năng sản xuất ngay trong quá trình thiết kế.

Đó chính là hướng đi của PTC: trao quyền cho kỹ sư bằng các công cụ thông minh, kết nối và bền vững, để đổi mới nhanh hơn và tự tin hơn.

Khám phá những cải tiến mới nhất trong thiết kế và sản xuất vật liệu composite với Creo 12.