DO AN MAY IN 3d DELTA
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.14 MB, 71 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP
KHOA CƠ KHÍ
Bộ mơn: CƠ ĐIỆN TỬ
------
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Giáo viên hướng dẫn 1:
Giáo viên hướng dẫn 2:
Sinh viên thực hiện 1:
Mã số sinh viên 1:
Sinh viên thực hiện 2:
Mã số sinh viên 2:
PGS.TS. Phạm Thành Long
KS. Ngơ Trọng Hồn
Nguyễn Văn Thời
K175520114121
Đỗ Văn Phịng
K175520114038
Thái Ngun, 2021
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ
Độc lập – Tự do – hạnh phúc
ĐỒ ÁN MƠN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: CƠ ĐIỆN TỬ
Sinh viên: Nguyễn Văn Thời
Đỗ Văn Phòng
MSSV: K175520114121
MSSV: K175520114038
Lớp: K52.CĐT.02
Lớp: K52.CĐT.01
Ngành: Cơ Điện Tử
Ngày giao đề: ...............................................Ngày hoàn thành:....................................
1.Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo sản phẩm máy in 3D Delta
2. Nội dung thuyết minh tính tốn:
Nhiệm vụ đồ án bao gồm:
Tổng quan về đối tượng thiết kế.
Giải quyết bài toán.
Cách điều khiển và vận hành.
3. Các bản vẽ, chương trình và đồ thị
Thuyết minh, chương trình và mơ phỏng.
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
PGS.TS.PHẠM THÀNH LONG
2
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
Thái Nguyên, ngày….tháng…..năm 20....
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
Thái Nguyên, ngày….tháng…..năm 20....
GIÁO VIÊN CHẤM
(Ký ghi rõ họ tên)
3
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
MỤC LỤC
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
4
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
PHỤ LỤC BẢNG BIỂU
5
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng chúng em và
được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Phạm Thành Long. Các nội dung
nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa cơng bố dưới bất kỳ hình
thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích,
nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ
trong phần tài liệu tham khảo.
Ngồi ra, trong đồ án cịn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số
liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích rõ
nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào chúng em xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm về nội dung đồ án của mình. Trường Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái
Ngun không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do chúng em gây
ra trong quá trình thực hiện (nếu có).
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Thời
Đỗ Văn Phịng
6
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
- Công nghệ in 3D hiện tại đã trở nên phổ biến ở các nước trên thế giới
nhiều hãng sản xuất nổi tiếng đã ra đời như: Makerbot, Ultimaker,
Creatbot, 3D systems, Mankati... với các sản phẩm mang tính thương mại.
Tuy nhiên thị trường Việt Nam in 3D dường như vẫn cịn khá mới mẻ.
- Cơng nghệ in 3D đã phát triển đến mức có thể ứng dụng trong rất nhiều
lĩnh vực khác nhau. Với những người khuyết tật, in 3D có thể giúp tạo ra
những bộ chân tay giả với chi phí chỉ khoảng 2 triệu đồng. Cịn trong kỹ
thuật thì in 3D giúp tạo nên các mẫu vật thể một cách nhanh chóng và
chính xác. Đặc biệt trong y học đã ứng dụng rất nhiều vào việc tạo ra các
mẫu bộ phận cơ thể con người, giúp cho q trình chữa bệnh thành cơng
hơn. Vì thế, với những ứng dụng rộng rãi như thế chúng em đã lựa chọn
nghiên cứu máy in 3D để thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình.
- Máy in 3D khơng chỉ phục vụ các sinh viên kiến trúc, đồ họa mà cịn có
thể áp dụng cho những nhà nghiên cứu, kĩ sư, giảng viên hay bất kỳ cá
nhân nào có nhu cầu in tạo mẫu 3D. Ví dụ như các giảng viên có thể sử
dụng máy in 3D để in ra các chi tiết máy cho sinh viên của mình tiếp cận
thực tế mẫu vật trong các tiết học để tăng cường khả năng thu nhận kiến
thức của sinh viên, từ đó kiến thức sẽ khơng cịn là hình ảnh vẽ trên sách
vở. Hay những kĩ sư có thể sử dụng máy in 3D in nhanh các chi tiết máy
để phục vụ khách hàng nhanh nhất với chất lượng tốt nhất.
7
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1. Giới thiệu về máy in 3d.
Máy in 3D là việc biến mơ hình 3D trên máy tính của bạn thành
sản phẩm thật, vật thể thật tùy theo ý muốn của người sử dụng
mà ta có thể cầm trên tay, sờ được và sử dụng được. Chứ không
phải là in ra một hình ảnh mà ta nhìn vào nó nổi khối 3 chiều
giống như ngoài đời.
Máy in 3D đem đến nhiều hứa hẹn cho bất kì ai tạo ra sản phẩm
mong muốn, cho phép in các mơ hình, đồ chơi, những sản phẩm
sử dụng hằng ngày, hay các bộ phận cơ thể hoặc thậm chí cả
ngơi nhà. Máy in 3D có thể tạo ra bất kì thứ gì. Tuy nhiên, đối
với những người dùng mới bắt đầu thì cần phải tập làm quen với
những phần mềm thiết kế 3D gọi là CAD (Computer Aided
Design) hoặc những phần mềm thiết kế khác, như việc lên một
bản vẽ phác thảo trước khi in vật mẫu.
Bên cạnh đó, những chiếc máy in 3D còn được ứng dụng rộng
rãi vào các ngành nghề khác như trong y tế, các bộ phận giả cho
con người có thể “in” ra mà khơng mất nhiều thời gian và chi
phí, phục vụ việc cấy ghép nhanh chóng và hiệu quả hơn.
2. Giới thiệu công nghệ in 3d.
2.1. Cơng nghệ in 3d là gì?
Cơng nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để
thực hiện việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động.
Ngày nay công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng, với mỗi sản
phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật
liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi. Với mỗi loại vật liệu
cũng có nhiều phương thức để in như sử dụng tia laser, dụng cụ
cắt, đùn ép nhựa … Cách thức in thì có in từ dưới lên, in từ đỉnh
xuống.
2.2. Công nghệ tạo mẫu nhanh.
-
Phương pháp tạo mẫu nhanh (rapid prototying) dựa trên
nguyên tắc xây dựng từng lớp vật liệu tương ứng với mơ hình
8
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
3D bằng cách sử dụng các máy in 3D. Quy trình này thực
hiện cần phải có dữ liệu thiết kế đã hồn thiện và chuyển về
định dạng STL (Stereolithography) rồi nhập vào máy in 3D,
từ đó sẽ được tự động xử lý và phân mơ hình thành các lớp để
được tạo mẫu.
-
Một số công nghệ tạo mẫu phổ biến hiện nay gồm có SLA
(Stereolithography); SLS (Selective Laser Sintering), FDM
(Fused Deposition Modeling). Mỗi cơng nghệ đều có ưu và
nhược điểm riêng.
2.3. SLA (Stereolithography).
-
SLA (Stereolithography): là kỹ thuật dùng tia laser làm đông
cứng nguyên liệu lỏng để tạo các lớp nối tiếp cho đến khi sản
phẩm hoàn tất, độ dày mỗi lớp nhỏ nhất có thể đạt đến
0,06mm nên rất chính xác.
-
Có thể hình dung kỹ thuật này như sau: đặt một bệ đỡ trong
thùng chứa nguyên liệu lỏng, chùm tia laser di chuyển (theo
thiết kế) lên mặt trên cùng của nguyên liệu lỏng theo hình
mặt cắt ngang của sản phẩm làm lớp nguyên liệu này cứng
lại. Bệ đỡ chứa lớp nguyên liệu đã cứng được hạ xuống để
tạo một lớp mới, các lớp khác được thực hiện tiếp tục đến khi
sản phẩm hoàn tất.
-
Ưu điểm: Tạo mẫu độ chính xác cao, bề mặt nhẵn, có thể tạo
ra các mẫu hình dạng phức tạp và kích thước lớn, sử dụng vật
liệu nhựa dạng đục.
-
Nhược điểm: Máy móc sử dụng cơng nghệ này cồng kềnh hơn
và đắt hơn so với các công nghệ in 3D khác. Khi sử dụng
cơng nghệ này để tạo mẫu địi hỏi một số yêu cầu đặc biệt
như: cần phải bảo quản mẫu trong phòng tối để tránh ánh
sáng mặt trời làm cong vật liệu nhựa cảm quang tạo mẫu, yêu
cầu sự bảo dưỡng mẫu cẩn thận và cần xử lý mẫu sau khi in,
ngồi ra mẫu có thể chứa một lượng nhựa độc hại tồn tại
trong một thời gian hữu hạn
2.4. SLS (Selective Laser Sintering).
9
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
-
SLS (Selective Laser Sintering): tương tự SLA nhưng vật liệu
ở dạng bột như bột thủy tinh, bột gốm sứ, thép, titan, nhôm,
bạc… Tia laser giúp liên kết các hạt bột với nhau. Đặc biệt,
bột thừa sau quy trình có thể tái chế nên rất tiết kiệm.
-
Ưu điểm: Khả năng tạo mẫu bằng các loại vật liệu dạng bột
khác nhau như nhựa, kim loại, thủy tinh. Tạo mẫu đa dạng về
màu sắc, có thể tạo ra các mẫu hình dạng phức tạp, khơng cần
sử dụng vật liệu hỗ trợ.
-
Nhược điểm: Phức tạp, chi phí đầu tư cao, chi phí vận hành
cao do hao tổn vật liệu lớn.
2.5. FDM (Fused Deposition Manufacturing).
-
FDM (Fused Deposition Manufacturing): dùng vật liệu dễ
chảy như nhựa nhiệt dẻo. Đầu vịi phun gia nhiệt hóa dẻo vật
liệu, sau đó phun lên bệ đỡ theo hình mặt cắt của vật mẫu
thành từng lớp. Điểm hạn chế là độ rộng của đường phun phụ
thuộc kích thước đầu vịi, nên cần tính tốn để chọn đầu vịi
thích hợp.
-
Ưu điểm: Máy in 3D cơng nghệ FDM sử dụng hàng loạt các
vật liệu nhựa ABS, PLA với các sự lựa chọn màu sắc khác
nhau. Chi phí bảo dưỡng thấp, vật liệu in khơng độc hại,
khơng cần sự giám sát trong quá trình in. Các mẫu in bằng
cơng nghệ FDM độ bền tốt, có khả năng chịu nhiệt, chịu va
đập lớn.
-
Nhược điểm: Công nghệ FDM tạo
vậy cơng nghệ này thường ít được
u cầu độ chính xác tuyệt đối. Bề
FDM có thể đạt được bằng cách xử
-
Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, nhưng yếu
tố chính cần cân nhắc khi chọn lựa là tốc độ, chi phí, độ
chính xác và màu sắc muốn đạt được. Cơng nghệ FDM rất
phổ biến hiện nay. Do đó, để chế tạo một chiếc máy in 3D dễ
dàng hơn, giá thành rẽ hơn, độ chính xác cao thì cơng nghệ
FDM là rất thích hợp. Nên chúng em chọn cơng nghệ FDM để
thực hiện đồ án.
ra các lớp in dày hơn vì
sử dụng cho việc tạo mẫu
mặt nhẵn của mẫu in bằng
lý mẫu bằng tay.
10
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
3. Vật liệu tạo mẫu.
Yêu cầu đối với vật liệu tạo mẫu trong cơng nghệ in 3D;
-
Khả năng hóa dẻo: là khả năng biến đổi trạng thái từ dạng rắn
sang dạng chảy dẻo dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Khả năng
này giúp dễ dàng định hình vật kiệu và điều phối thể tích
theo ý muốn. Điều này mang tính quyết định trong việc hình
thành chiều dày lớp tạo hình.
-
Thời gian đơng cứng: sau khi gia nhiệt và định hình theo ý
muốn thì vật liệu sẽ tiếp xúc với mơi trường khơng khí ở
nhiệt độ phịng, khi đó vật liệu phải đơng cứng trở lại. Thời
gian đông cứng của vật liệu phải thật nhanh, thường phải thấp
hơn 10s. Tính đơng cứng này giúp vật liệu có độ cứng vững
cần thiết sau mỗi lớp mỏng tạo hình cho đối tượng tạo mẫu,
điều này có ý nghĩa quan trọng về độ chính xác hình dáng
hình học sau cùng của đối tượng tạo mẫu.
-
Khả năng liện kết: Chính là khả năng kết dính bề mặt của 2
lớp vật liệu mỏng liền kề nhau trong quá trình tạo mẫu, 2 lớp
vật liệu này có thể ở 2 nhiệt độ khác nhau, 2 trạng thái vật lí
khác nhau. Tính chất này mang ý nghĩa quan trọng đối với cơ
tính, độ cứng vững của sản phẩm tạo hình khi hoàn thành.
-
Độ nhớt của vật liệu: độ nhớt của vật liệu sẽ quyết định khả
năng di chuyển của dòng vật liệu khi ở trạng thái chảy dẻo
dưới tác dụng của nhiệt độ. Điều này có ý nghĩa quan trọng
trong việc xác định mức độ lực cần thiết để đẩy dịng vật liệu
với vận tốc xác định trước, do đó nó sẽ ảnh hưởng đến cấu
trúc và kích thước cụm đùn vật liệu của máy.
3.1. Nhựa ABS (acrylonitrile butadiene styrene)
-
Sợi nhựa ABS là vật liệu tổng hợp có nguồn gốc từ dầu mỏ và
được sử dụng nhiều nhất cho máy in 3D FDM sơ cấp. Đặc
tính của nhựa ABS là có độ bền cao, chiu lực tốt, chịu được
nhiệt độ cao, linh hoạt.
11
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
-
Các sản phẩm tạo ra từ vật liệu in 3D là nhựa ABS được ứng
dụng trong công nghiệp: sản xuất ống cống, ống chất thải,
linh kiện ô tô, dụng cụ nhà bếp…
-
Nhiệt độ in của nhựa ABS khá cao từ 2300C trở lên.
3.2. Nhựa PLA
-
Nhựa PLA là nhựa nhiệt dẻo phân ban đầu huỷ sinh học.
Nhựa có nguồn gốc từ các nguồn tái tạo như bột ngơ, mía, củ
sắn. Bản chất của PLA có màu trong suốt nên nó có thể dễ
dàng nhuộm thành bất cứ màu gì hay bất cứ sắc độ đậm nhạt
nào cũng được và có khả năng phát sáng trong buổi tối.
-
Khi chọn vật liệu in 3D là nhựa PLA thì sẽ khơng bền và dẻo
như nhựa ABS nhưng nhựa PLA cứng và khỏe hơn ABS nên
đôi khi khó chế tác gia cơng đối với những chi tiết ở những
bộ phận phải lồng ghép vào nhau như khớp nối chẳng hạn.
-
Trong điều kiện nhiệt độ in thông thường PLA khơng có mùi
lạ. Nhiệt độ in của PLA cũng tương đối thấp 1900C – 2100C.
3.3. Nhựa Resin
-
Nhựa resin là một loại nhựa tổng hợp thường được dùng
trong công nghệ in SLA nhiều hơn thay vì ABS và PLA vốn
hay dùng với cơng nghệ FDM.
-
Resin có rất nhiều loại, chủ yếu sử dụng được là những loại
có thể ngưng kết dưới tác động của tia UV, tức là bao gồm
những chất như acrylics, epoxies, urethanes, polyesters,
silicones…
12
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
CHƯƠNG II. TỔNG HỢP CẤU TRÚC MÁY IN
3D
1. Cơ sở lựa chọn công nghệ thiết kế máy in 3D
Căn cứ vào các phương pháp in 3D đã được tìm hiểu ở phần
trước và yêu cầu của đề tài tìm hiểu nghiên cứu máy in 3D mini
phù hợp với khả năng tiếp cận cơng nghệ của sinh viên. Do đó
chúng em quyết định lựa chọn thiết kế máy in 3D công nghệ
FDM sử dụng vật liệu nhựa ABS, PLA…trên các cơ sở sau:
-
Công nghệ đơn giản hơn các phương pháp in khác (SLA,
SLS, Polyjet…) phù hợp với khả năng tiếp cận của sinh viên.
-
Phần mềm điều khiển mã nguồn mở dễ dàng tiếp cận đối với
đối tượng cá nhân, sinh viên (đối vơi sinh viên cơ khí khơng
chun về điều khiển) … Cộng đồng in 3D đông đảo thuận
lợi cho việc học hỏi trao đổi kinh nghiệm.
-
Giá thành thấp, vận hành đơn giản, linh kiện sẵn có tận dụng
tại chỗ (cả phần cơ khí và điều khiển…).
Dựa vào khảo sát các mẫu máy in 3D mini hiện có trên thị
trường, tham khảo kết cấu của các mẫu máy kể trên và kết hợp
với các kiều điện sẵn có (vật liệu, khả năng cơng nghệ trong chế
tạo…). Chúng em quyết định phương án thiết kế xây dựng khung
máy dạng lắp ghép cơ sở chính là các thanh nhơm định hình
cùng với các phụ kiện lắp ghép đi kèm (gối đỡ, con trượt, ke
góc…) sẵn có trên thị trường
13
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
Hình 2. 1: Sơ đồ cấu trúc máy in
2. Lựa chọn dạng kết cấu máy
2.1. Các dạng kết cấu máy phổ biến
a) Kết cấu dạng Cartesian
Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa nhờ các chuyển động
theo phương X, Y, Z trong hệ tọa độ Cartesian. Đại diện tiêu
biểu dòng máy in 3D mã nguồn mở loại Cartesian chính là Prusa
i3 hay Mendel.
Ưu điểm:
• Lắp ráp, căn chỉnh và bảo dưỡng dễ dàng.
• Cộng đồng mã nguồn mở lớn.
• Phù hợp với người mới làm quen công nghệ in 3D.
Nhược điểm:
• Khối lượng các cơ cấu đi động lớn, nên tốc độ in khơng cao và gây
ồn.
• Khi hoạt động máy thường bị rung và do vậy làm giảm độ chính
xác.
• Kích thước ngang lớn, thường bị hạn chế chiều cao vật in.
14
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
Hình 2. 2: Kết cấu dạng Cartesian
b) Kết cấu dạng Delta
Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa theo nguyên lý của
robot delta (robot song song). Đại diện tiêu biểu cho dòng máy
in mã nguồn mở dạng Delta là Delta robot 3D printer (Kossel).
Hình 2. 3: Máy in có kết cấu dạng Delta
15
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
Ưu điểm:
-
Khối lượng các cơ cấu di động nhỏ và một phần di chuyển
theo các trục thẳng đứng.
-
Hoạt động êm, ít rung, tốc độ cao và chính xác.
-
Có thể in được vật in có chiều cao lớn.
-
Bàn nhiệt (nơi đặt vật in) khơng di chuyển trong suốt q
trình in nên vật in.
-
Khung bệ chắc chắn.
Nhược điểm:
-
Lắp ráp, căn chỉnh máy hơi phức tạp (tuy nhiên khi đã thạo
rồi thì rất dễ).
-
Chiều cao của máy lớn (thường tới 600-700 mm).
-
Thường đắt hơn một chút so với máy dạng Cartesian.
c) Kết cấu dạng Polar
Loại máy in 3D này mới và ít phổ biến hơn hai loại trên. Đầu
đùn nhựa di chuyển theo nguyên lý của tọa độ cực.
Ưu điểm:
-
Kiểu dáng mới.
-
Máy hoạt động ít bị rung lắc như kiểu Cartesian.
-
Kích thước vật in có thể lớn.
Nhược điểm:
-
Momen quán tính của bàn nhiệt lớn.
-
Tốc độ in khơng cao.
-
Lắp ráp và căn chỉnh máy khó.
-
Giá thành cao.
16
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
Hình 2. 4: Máy in dạng Polar
3. Lựa chọn loại kết cấu máy cho sản phẩm:
Dựa vào đặc điểm của các loại kết cấu khác nhau, nhóm chúng
em quyết định chọn dạng máy 3D DELTA ANYCUBIC. Sử dụng
đầu phun J-Head E3D V6; mạch điều khiển dùng RAMPS 1.4 và
Arduino Mega2560 kết hợp bộ LCD 2004 chun dụng cho máy
in 3D có tích hợp thẻ SD; module điều khiển động cơ dùng
module A4988; dẫn động trục x, y và z dùng bộ truyền đai răng
GT2 khổ 6 mm, động cơ dùng 4 động cơ bước size42 dạng
NEMA17, hai cho trục x và y, một cho đầu phun. Kết cấu khung
máy được ghép bằng nhơm định hình.
17
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
CHƯƠNG III. XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG
HỌC MÁY IN 3D
1. Ngun lý của hệ thống động học trong cơ cấu dellta
Hình 3. 1: Vịng ngũ giác trên nột chân của
Robot Delta
Hình 3. 2: Robot Delta
Quan niệm rằng R và r chéo nhau tổng quát, hướng giữa hai hệ quy chiếu
O0 và O1 khác nhau một lần quay bằng ma trận RRPY. Phương trình vịng
véc tơ viết cho ngũ giác có dạng như sau:
p + RRPY .r − R = a + b
Hình họa dưới đây để tính tọa độ khai triển chi tiết cho vế phải
Hình 3. 3: Khai triển tính tọa độ chi tiết cho điểm C
cβ .cγ
p y + cβ .sγ
p z − sβ
px
sα .sβ .cγ − cα .sγ cα .sβ .cγ + sα .sγ r R 0 + b.s31
sα .sβ .sγ + cα .cγ cα .sβ .sγ − sα .cγ . 0 − 0 = a.c11 − b.c31 .s21
sα .cβ
cα .cβ
0 0 a.s11 + b.c31 .c21
18
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
Xác lập các hệ quy chiếu với tấm động và tấm cố định như hình dưới đây:
Hình 3. 4: Xác lập hệ quy chiếu động
cβ .cγ
p y + cβ .sγ
px
pz
− sβ
cβ .cγ
p y + cβ .sγ
px
pz
− sβ
−r
−R
2
2
0 + b.s32
cα .sβ .cγ + sα .sγ
r 3 R 3
cα .sβ .sγ − sα .cγ .
−
= a.c12 − b.c32 .s22
2
2
cα .cβ
a.s12 + b.c32 .c22
0
0
sα .sβ .cγ − cα .sγ
sα .sβ .sγ + cα .cγ
sα .cβ
sα .sβ .cγ − cα .sγ
sα .sβ .sγ + cα .cγ
sα .cβ
−r
−R
2
2
0 + b.s33
cα .sβ .cγ + sα .sγ
−r 3 −R 3
cα .sβ .sγ − sα .cγ .
−
= a.c13 − b.c33 .s23
2
2
cα .cβ
a.s13 + b.c33 .c23
0
0
Khai triển thành hệ phương trình 9 phương trình đại số như sau:
Px+cos(bt)*cos(gm)*r-R-b*sin(t31)=0
Py+cos(bt)*sin(gm)-a*cos(t11)+b*cos(t31)*sin(t21)=0
Pz-sin(bt)*r-a*sin(t11)-b*cos(t31)*cos(t21)=0
Px-0.5*r*cos(bt)*cos(gm)+0.86602*r*(sin(ap)*sin(bt)*cos(gm)-cos(ap)*sin(gm))0.5*R-b*sin(t32)=0
Py-0.5*r*cos(bt)*sin(gm)+0.86602*r*(sin(ap)*sin(bt)*sin(gm)+
+cos(ap)*cos(gm))-0.86602*R-a*cos(t12)+b*cos(t32)*sin(t22)=0
Pz+0.5*r*sin(bt)+0.86602*r*sin(ap)*cos(bt)-a*sin(t12)-b*cos(t32)*cos(t22)=0
Px-0.5*r*cos(bt)*cos(gm)+0.86602*r*(sin(ap)*sin(bt)*cos(gm)-cos(ap)*sin(gm))0.5*R-b*sin(t33)=0
Py-0.5*r*cos(bt)*sin(gm)-0.86602*r*(sin(ap)*sin(bt)*sin(gm)+cos(ap)*cos(gm))
+0.86602*R-a*cos(t13)+b*cos(t33)*sin(t23)=0
19
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
Pz+0.5*r*sin(bt)+0.86602*r*sin(ap)*cos(bt)-a*sin(t13)-b*cos(t33)*cos(t23)=0
Sử dụng lệnh replace để thay thế tọa độ theo tên biến mô tả trên bảng excel ở dưới
trước khi khai nội dung tính tốn trong từng ơ:
(A4+cos(E2)*cos(F2)*A4-B4-D4*sin(A10))^2
(B2+cos(E2)*sin(F2)-C4*cos(A6)+D4*cos(A10)*sin(A8))^2
(C2-sin(E2)*A4-C4*sin(A6)-D4*cos(A10)*cos(A8))^2
(A4-0.5*A4*cos(E2)*cos(F2)+0.86602*A4*(sin(D2)*sin(E2)*cos(F2)cos(D2)*sin(F2))-0.5*B4-D4*sin(B10))^2
(B20.5*A4*cos(E2)*sin(F2)+0.86602*A4*(sin(D2)*sin(E2)*sin(F2)+cos(D2)*cos(F2)
)-0.86602*B4-C4*cos(B6)+D4*cos(B10)*sin(B8))^2
(C2+0.5*A4*sin(E2)+0.86602*A4*sin(D2)*cos(E2)-C4*sin(B6)D4*cos(B10)*cos(B8))^2
(A4-0.5*A4*cos(E2)*cos(F2)+0.86602*A4*(sin(D2)*sin(E2)*cos(F2)cos(D2)*sin(F2))-0.5*B4-D4*sin(C10))^2
(B2-0.5*A4*cos(E2)*sin(F2)0.86602*A4*(sin(D2)*sin(E2)*sin(F2)+cos(D2)*cos(F2))+0.86602*B4C4*cos(C6)+D4*cos(C10)*sin(C8))^2
(C2+0.5*A4*sin(E2)+0.86602*A4*sin(D2)*cos(E2)-C4*sin(C6)D4*cos(C10)*cos(C8))^2
Hình 3. 5: Mơ tả một điểm trong vùng làm trên bài toán ngược
20
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
2. Mô hình động học của máy in 3D cơ cấu dellta thực
Hình 3. 6: Tọa độ của 3 trục máy in 3D
21
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
Hình 3. 7: Tọa các điểm vị trí đầu phun máy in 3D
Hình 3. 8: Tọa độ khoảng cách các vị trí của cơ cấu truyền động
22
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
Để tính tốn vị trí của 3 trục A, B, C dựa vào vị trí của đầu phun T(tx,ty,tz), khi đó
gọi
tọa độ các điểm trên trục A, B, C có tọa độ như hình 3a, như vậy A2 =
(A2x,A2y,A2z)
B2 = (B2x, B2y, B2z); C2 = (C2x, C2y, C2z) và vị trí của 3 khớp A1,B1,C1 lần
lược có tọa độ A1 = (A1x,A1y,A1z); B1 = (B1x,B1y,B1z); C1 = (C1x,C1y,C1z).
Quan hệ giữa đầu phun T và A1, B1, C1 được thể hiện như bảng 1, quan hệ của các
tọa độ lên các trục A, B, C như bảng sau:
Bảng 3. 1: Quan hệ giữa các khớp
Khớp A
A1x = tx + po. sin(240°)
A1y = ty + po. cos(240°)
A1z = tz + to
Khớp B
Khớp C
B1x = tx + po. sin(120°) C1x = tx
B1y = ty + po. cos(120°) C1y = ty +po
C1z = tz + to
B1z = tz + to
Bảng 3. 2: Bảng quan hệ tọa độ trên trục A,B,C
Trục A
A2x = r. sin(240°)
A2y = r.cos(240°)
A2z=?
Trục B
B2x = r. sin(120°)
B1y = r. cos(120°)
B2z = ?
Trục C
A2x = 0
A2y = r
A2z = ?
Xét khoảng cách aa, ab, ac (H.3c) của các khớp đến các trục
như (8):
Chiều cao ha, hb, hc (H.3c) từ con trượt đến các khớp:
Độ cao của con trượt đến mặt phẳng in:
23
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
3. Vận tốc của đầu phun
Hàm hiệu suất tốc độ đầu phu của máy in 3D được tính bằng
cách sử dụng cơng thức động học Jacobian tại một tập hợp các
điểm trong khu vực in. Cơng thức ma trận Jacobian có thể được
viết như sau:
J=
Trong đó xe, ye, ze là tọa độ của đầu phun trong hệ tọa độ
Cartersian, và z1, z2, z3 là tọa độ của ba bộ phận chuyển động.
Các biểu thức giải tích của mỗi mục trong biểu thức ma trận
Jacobian có thể dễ dàng suy ra được bằng cách tính phương trình
động học nghịch sau:
Với xi, yi, zi là tọa độ của bộ phận chuyển động, và L là chiều
dài thanh chống. Ma trận Jacobian liên quan vận tốc đầu vào tại
các bộ phân chuyển động đến đầu phun bằng các mối quan hệ:
J=
Do đó, tại mỗi điểm trong cơ cấu delta, ma trận nghịch đảo
Jacobian vận tốc bộ phận chuyển động tới vân tốc của đầu phun.
Tại một thời điểm nhất định, nếu chúng ta để cho vận tốc của bộ
phận chuyển động thay đổi dọc theo tất cả các hướng, dẫn đến
các vector vận tốc của đầu sẽ di chuyển khơng chính xác. Các
trục chính tối thiểu của hình elip này cho thấy sự hạn chế hướng
vận tốc và độ lớn. Vận tốc giới hạn này là dạng cơ bản của số
liệu tốc độ. Trong tập hợp các điểm trong khu vực in, có thể
quan sát vận tốc giới hạn tối thiểu.
Các điểm i trong khu vực in sẽ có độ lớn vận tốc giới hạn là i.
Các hàm hoạt động được giảm thiểu là:
24
Đồ án TKHT Cơ Điện Tử
PGS.TS. Phạm Thành Long
25
