Công nghệ tạo bọt vi mô MuCell: Giải pháp tối ưu cho việc giảm trọng lượng và sản xuất bền vững

Công nghệ MuCell đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như ô tô, điện tử, y tế, đồ dùng thể thao và sản xuất xanh. Trong bối cảnh xu hướng giảm trọng lượng và giảm thiểu carbon ngày càng gia tăng, công nghệ này đã trở thành một bước đột phá lớn trong sản xuất bền vững và hiệu quả. Đặc biệt trong ngành vận tải và xe đạp, MuCell cung cấp các giải pháp giảm trọng lượng, giúp giảm thiểu việc sử dụng nhựa, đồng thời tăng cường độ bền và độ chắc chắn của sản phẩm, từ đó giảm thiểu lượng khí thải carbon.

Tổng quan về Công nghệ MuCell

Công nghệ MuCell (Đúc phun vi mô) được phát triển vào những năm 1980 bởi Giáo sư Nam P. Suh và nhóm nghiên cứu của ông tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), và được thương mại hóa vào những năm 1990. Cốt lõi của công nghệ MuCell nằm ở việc sử dụng kỹ thuật Chất lỏng siêu tới hạn (SCF) để phun carbon dioxide (CO₂) hoặc nitơ (N₂) vào nhựa nóng chảy để tạo thành cấu trúc vi mô đồng nhất. Quy trình này giúp giảm tiêu thụ vật liệu, giảm trọng lượng sản phẩm và cải thiện cả hiệu suất sản phẩm lẫn hiệu quả xử lý.

Lịch sử phát triển của công nghệ MuCell

Những năm 1980 – Hình thành khái niệm và nghiên cứu ban đầu

• • Nhóm nghiên cứu tại MIT đã phát triển quy trình Chất lỏng siêu tới hạn (SCF) bằng cách phun CO₂ hoặc N₂ làm tác nhân thổi vật lý vào polyme nóng chảy, tạo thành cấu trúc vi mô đồng nhất.
  • Mục tiêu ban đầu là giảm lượng vật liệu sử dụng đồng thời tăng cường các tính chất cơ học như độ ổn định về kích thước và kiểm soát cong vênh.

Những năm 1990 – Ứng dụng công nghiệp và phát triển bằng sáng chế

• • Kết quả nghiên cứu của MIT đã dẫn đến việc thương mại hóa công nghệ MuCell và thành lập Trexel, Inc., chuyên quảng bá công nghệ và phát triển thiết bị chuyên dụng.
  • Trexel bắt đầu ứng dụng công nghệ MuCell vào các lĩnh vực như ô tô, điện tử và thiết bị y tế, và đã nhận được nhiều bằng sáng chế về hệ thống kiểm soát khí, thiết kế khuôn mẫu và tối ưu hóa quy trình ép phun.

Sau những năm 2000 – Mở rộng toàn cầu và tối ưu hóa công nghệ

• • Khi công nghệ ngày càng hoàn thiện, MuCell đã được thị trường châu Âu và châu Á đón nhận. Được thúc đẩy bởi nhu cầu giảm trọng lượng xe hơi (để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu) và năng lượng bền vững (để giảm lượng nhựa sử dụng), nhiều công ty đã áp dụng giải pháp này.
  • Để đáp ứng nhiều nhu cầu ứng dụng khác nhau, công nghệ MuCell đã phát triển hơn nữa để bao gồm:
    • Kiểm soát tạo bọt có độ chính xác cao (dành cho sản phẩm 3C và sản xuất chính xác)
    • Kỹ thuật tạo bọt hỗn hợp (để cải thiện độ cứng và độ bền cơ học)

Những năm gần đây – Sản xuất thông minh và bền vững

• • • Công nghệ MuCell đã được tích hợp vào sản xuất thông minh (ví dụ: Công nghiệp 4.0), tăng cường tính ổn định của quy trình thông qua giám sát dữ liệu và tự động hóa.
    • Sự phát triển của MuCell không còn giới hạn ở việc giảm thiểu sử dụng nhựa và duy trì độ cứng của chi tiết. Các ứng dụng mới đang nổi lên, chẳng hạn như đế giữa giày siêu nhẹ, độ đàn hồi cao, các sản phẩm công nghiệp giảm tiếng ồn, cách nhiệt, giữ lạnh và các ứng dụng y tế mô phỏng sinh học.
    • Nhiều công ty đang kết hợp công nghệ MuCell với nhựa tái chế để cải thiện hơn nữa tính bền vững—ví dụ, bằng cách sử dụng vật liệu có nguồn gốc sinh học hoặc tái chế để giảm lượng khí thải carbon.

Hình: Ứng dụng MuCell trong đế giữa giày dép

Là đơn vị tiên phong trong lĩnh vực sản xuất thiết bị ép phun tại châu Á, FCS (Fu Chun Shin) đã đi đầu trong việc phát triển và tích hợp công nghệ tạo bọt vi mô MuCell ngay từ năm 2015. Thông qua việc phát triển máy móc nội bộ và mạng lưới dịch vụ toàn cầu, FCS không chỉ giúp khách hàng đạt được những kết quả đáng kể về giảm trọng lượng và giảm phát thải carbon, mà còn dần dần mở rộng ứng dụng công nghệ này trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như ô tô, bao bì, đồ gia dụng và đồ dùng thể thao.

Quy trình đúc MuCell

So với phương pháp ép phun truyền thống, MuCell bổ sung thêm một bước nữa, đó là phun dung dịch siêu tới hạn. Các bước chi tiết như sau:

• • Bước 1: Làm nóng chảy nhựa – Nhựa nhiệt dẻo (như PP, ABS, PC) được làm nóng chảy bên trong máy phun, tạo thành hỗn hợp nóng chảy nhớt.
  • Bước 2: Tiêm SCF – Dưới áp suất cao, một lượng nhỏ CO₂ hoặc N₂ được tiêm vào nòng, làm bão hòa hỗn hợp nóng chảy bằng khí một cách đồng đều.
  • Bước 3: Ép phun – Nhựa nóng chảy bão hòa khí được phun vào khuôn. Do áp suất giảm, khí giãn nở và tạo thành các bong bóng nhỏ, tạo nên cấu trúc bên trong nhẹ hơn và đồng đều hơn.
  • Bước 4: Làm nguội và đẩy ra – Sau khi làm nguội và đông đặc, cấu trúc vi mô vẫn ổn định, tạo ra các bộ phận nhựa xốp nhẹ, có độ bền cao.

Lợi ích về môi trường và tiết kiệm năng lượng của MuCell

MuCell (Công nghệ ép phun vi mô) giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải carbon thông qua việc tiết kiệm vật liệu, giảm mức sử dụng năng lượng, cải thiện năng suất, thiết kế nhẹ và sử dụng vật liệu tái chế—đáp ứng mục tiêu phát triển bền vững và trung hòa carbon của doanh nghiệp.

Giảm vật liệu → Giảm lượng khí thải carbon từ sản xuất nhựa

• • Phương pháp ép phun truyền thống đòi hỏi một lượng lớn nhựa nguyên sinh, trong khi MuCell có thể giảm lượng nhựa sử dụng từ 10%–20% thông qua phương pháp tạo bọt vi mô.
  • Lượng khí thải carbon từ quá trình sản xuất nhựa:
    • PP, ABS và PC nguyên chất thải ra 2,5–6 kg CO₂ trên mỗi kg sản phẩm được sản xuất.
    • MuCell tiết kiệm 5–20% vật liệu, tương đương với việc giảm 125–1.200 kg CO₂ trên mỗi tấn nhựa.
  • Ví dụ, một nhà máy sử dụng 1.000 tấn nhựa mỗi năm có thể tiết kiệm được 200 tấn bằng cách sử dụng MuCell—giảm 250–1.200 tấn CO₂, tương đương với việc trồng 11.000–55.000 cây (mỗi cây hấp thụ khoảng 22 kg CO₂ mỗi năm).

Giảm áp suất phun và mức tiêu thụ điện năng của máy → Giảm lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất

• • Ép phun truyền thống so với MuCell:
    • Đúc khuôn truyền thống đòi hỏi phải đổ khuôn áp suất cao. MuCell giảm áp suất đổ khuôn từ 30%–50%, do đó giảm mức tiêu thụ năng lượng của máy phun từ 10%–40%.
    • Máy phun chiếm khoảng 60% tổng mức tiêu thụ năng lượng của một nhà máy. Lượng khí thải CO₂ từ quá trình phát điện trung bình khoảng 0,5 kg/kWh (tùy thuộc vào nguồn năng lượng).
  • Ví dụ: Một nhà máy sử dụng 10 triệu kWh/năm và tiết kiệm 20% năng lượng với MuCell sẽ giảm khoảng 1.000 tấn CO₂—tương đương với lượng CO₂ được hấp thụ bởi 91.000 cây.

Thời gian chu kỳ ngắn hơn → Năng suất được cải thiện, giảm lượng carbon hơn nữa

• • MuCell rút ngắn thời gian làm mát và đóng gói từ 15%–50%, mang lại:
    • Năng suất cao hơn trên một đơn vị thời gian—nhiều bộ phận được sản xuất với cùng mức năng lượng đầu vào, giảm lượng khí thải trên mỗi bộ phận.
    • Giảm thời gian chờ hoặc thời gian nhàn rỗi của máy móc, giảm thiểu lãng phí năng lượng.
  • Giả sử năng suất máy móc tăng 20%, có thể đạt được sản lượng tương tự với mức năng lượng ít hơn 20%, do đó giảm lượng khí thải CO₂ tương ứng.

Giảm trọng lượng sản phẩm → Giảm lượng khí thải carbon trong vận chuyển

• • Ứng dụng ngành công nghiệp ô tô
    • MuCell có thể giảm trọng lượng của các bộ phận nội thất ô tô từ 10%–30% (ví dụ: bảng điều khiển, khung ghế, tấm cửa).
    • Cứ giảm 100 kg trọng lượng xe thì lượng khí thải CO₂ của xe chạy bằng nhiên liệu sẽ giảm khoảng 8–10 gam/km; mức tiêu thụ năng lượng của xe điện cũng giảm theo.
    • Nếu giảm trọng lượng của một chiếc xe từ 5%–20% và áp dụng cho 100.000 xe, có thể giảm được 250–1.000 tấn CO₂ mỗi năm—tương đương với việc trồng 22.500–90.000 cây xanh.
  • Điện tử & Vật liệu đóng gói
    • Việc giảm trọng lượng của vỏ và bao bì nhựa giúp cắt giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ trong quá trình vận chuyển, giảm lượng khí thải nhà kính.

Tấm ống dẫn khí ô tô

Vỏ đèn pha ô tô

Vỏ robot AI

Kết hợp nhựa tái chế ( PCR) → Giảm thêm lượng khí thải carbon

• • So sánh lượng khí thải carbon giữa nhựa nguyên sinh và nhựa tái chế
    • Nhựa nguyên sinh (PP, ABS, PC) tạo ra 2,5–6 kg CO₂ trên mỗi kg sản phẩm được sản xuất.
    • Nhựa tái chế (PCR) tạo ra 1–2 kg CO₂ trên mỗi kg, thấp hơn 50%–80% so với vật liệu nguyên sinh.
  • Nếu MuCell giảm 30% lượng nhựa sử dụng và kết hợp 50% PCR, thì:
    • Lượng khí thải từ 1.000 tấn nhựa có thể giảm từ 5.000 tấn CO₂ xuống còn 1.500 tấn CO₂—giảm 70%.
    • Con số này tương đương với lượng CO₂ hấp thụ của 318.000 cây (mỗi cây hấp thụ 22 kg CO₂ mỗi năm).
    • MuCell cũng tăng cường sử dụng nhựa tái chế bằng cách:
      • Cải thiện độ bền cơ học để bù đắp cho độ cứng bị mất trong vật liệu tái chế.
      • Giảm nhiệt độ và áp suất phun để giảm sự phân hủy do nhiệt và cải thiện khả năng xử lý.

MuCell không chỉ giảm việc sử dụng nhựa nguyên sinh mà còn tăng cường khả năng ứng dụng của vật liệu tái chế, mở rộng tiềm năng của nhựa bền vững.

Lợi ích giảm thiểu carbon tổng thể của công nghệ MuCell

Ví dụ, kể từ khi FCS lần đầu tiên giới thiệu công nghệ MuCell vào năm 2015, công ty đã áp dụng và xác nhận thành công việc tích hợp hệ thống trên nhiều dòng máy, bao gồm máy in hai tấm LM, máy in thủy lực FA, máy in chuyển hướng SA, máy in hoàn toàn bằng điện CT-e và máy in hai màu đa thành phần FB. Đến nay, hơn ba mươi hệ thống MuCell đã được cung cấp. Các máy này được sử dụng trong các lĩnh vực như chất bán dẫn, linh kiện ô tô và xe máy, sản phẩm tiêu dùng và giày thể thao, giúp tiết kiệm 10–20% nguyên liệu thô và năng lượng tiêu thụ, đồng thời rút ngắn đáng kể thời gian chu kỳ - cho phép khách hàng đồng thời hưởng lợi về năng lực sản xuất, hiệu quả chi phí và giảm thiểu carbon theo hướng ESG.

Ví dụ ứng dụng của công nghệ MuCell trong ngành công nghiệp di động và xe đạp

Công nghệ MuCell dự kiến sẽ được ứng dụng rộng rãi trong xe đạp, xe điện, xe máy và đồ dùng thể thao , tập trung vào việc giảm trọng lượng, tăng cường sức mạnh và giảm mức tiêu thụ năng lượng sản xuất — hỗ trợ giảm thiểu carbon và phát triển bền vững.

Ứng dụng MuCell trong ngành công nghiệp xe đạp. Mục tiêu: Giảm trọng lượng của các cấu trúc hỗ trợ bằng nhựa được sử dụng với các bộ phận bằng sợi carbon và nhôm, cải thiện hiệu suất năng lượng tổng thể.

Công nghệ MuCell trong linh kiện xe đạp:

• • Gia cố nhựa bên trong cho khung xe đạp → Ước tính giảm trọng lượng 5%–10%
  • Vỏ nhựa cho đèn xe đạp và hệ thống hỗ trợ điện tử → Ước tính tiết kiệm được 25% nhựa
  • Các bộ phận bằng nhựa xốp cho yên xe và tay lái → Ước tính nhẹ hơn 15% với độ cứng tăng thêm

Kết quả giảm thiểu năng lượng và carbon:

• • Mỗi chiếc xe đạp dự kiến sẽ giảm 300–500 g CO₂
  • Sản lượng hàng năm của 500.000 xe đạp = giảm 15.000–25.000 tấn CO₂, tương đương với việc trồng 1,36 triệu cây xanh

MuCell + Nhựa tái chế = Giải pháp sản xuất xanh tối ưu

Việc kết hợp công nghệ MuCell với nhựa tái chế (PCR) không chỉ giúp giảm trọng lượng mà còn mang lại lợi ích môi trường - giảm lượng khí thải carbon, giảm lãng phí nguyên liệu thô và quy trình sản xuất bền vững hơn. Sự kết hợp này mang đến giải pháp xanh tốt nhất cho mọi ngành công nghiệp. Những lợi ích chính bao gồm:

• Giảm sử dụng nhựa nguyên sinh
• Giảm lượng khí thải carbon
• Hỗ trợ sản xuất bền vững
• Tiết kiệm chi phí

MuCell + Nhựa tái chế giúp giảm trọng lượng, tiết kiệm nguyên liệu thô, giảm đáng kể lượng khí thải carbon, giảm mức sử dụng năng lượng và giảm chất thải nhựa.

• Mỗi tấn nhựa được tiết kiệm sẽ giảm 1.250–2.000 kg CO₂—tương đương với việc trồng 113.000–181.000 cây xanh
• Phương pháp sản xuất xanh này giúp các công ty đạt được mục tiêu trung hòa carbon và thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang phát triển bền vững

Công nghệ MuCell kết hợp với nhựa tái chế là chiến lược tối ưu cho tính bền vững, giảm thiểu carbon và sản xuất cạnh tranh!

Nhìn về tương lai, FCS sẽ tiếp tục theo đuổi chiến lược cốt lõi “Thông minh × Xanh × Dữ liệu”, tích hợp công nghệ tạo bọt vi mô MuCell với hệ thống nhà máy thông minh iMF 4.0 độc quyền để thúc đẩy sản xuất carbon thấp và các giải pháp kinh tế tuần hoàn. Chúng tôi tin rằng điều này không chỉ nâng cao khả năng cạnh tranh của khách hàng mà còn là một bước tiến quan trọng hướng tới việc thực hiện cam kết phát triển bền vững của chúng tôi.

📌 Đọc thêm

▶ Khám phá Hệ thống quản lý ép phun thông minh iMF 4.0

▶ Tìm hiểu thêm về các ứng dụng của công nghệ tạo bọt vi mô MuCell