NGHIÊN cứu, TÍNH TOÁN, THIẾT kế đầu đùn và TRỤC x CHO máy IN 3d

2022
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ĐẦU ĐÙN VÀ TRỤC X CHO MÁY IN 3D
Họ và tên sinh viên : Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ĐẦU
ĐÙN VÀ TRỤC X CHO MÁY IN 3D

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Mã sinh viên: 1811504110113
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Huy
Mã sinh viên: 1811504110117
Lớp: 18C1

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2022


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ĐẦU
ĐÙN VÀ TRỤC X CHO MÁY IN 3D

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Mã sinh viên: 1811504110113
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Huy
Mã sinh viên: 1811504110117
Lớp: 18C1

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho người hướng dẫn)
1. Thông tin chung:

1. Họ và tên sinh viên: Trần Khánh Duy – Nguyễn Hoàng Huy
2. Lớp: 18C1

Mã SV: 1811504110113 - 1811504110117

3. Tên đề tài: Nghiên cứu,tính tốn và thiết kế đầu đùn và trục x máy in 3D
4. Người hướng dẫn: Nguyễn Xuân Bảo

Học hàm/ học vị: Tiến Sĩ

II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
1. Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
4. Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
III. Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 2đ)
………………………………………………………………………………………..
IV. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá:

……../10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án

☐ Bổ sung để bảo vệ

☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 20…
Người hướng dẫn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho người phản biện)
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: Trần Khánh Duy – Nguyễn Hoàng Huy
2. Lớp: 18C1

Mã SV: 1811504110113 – 1811504110117

Tên đề tài: Nghiên cứu,tính tốn và thiết kế đầu đùn và trục x máy in 3D
3. Người phản biện: ..………………………….………… Học hàm/ học vị: ………….
II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
1. Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
4. Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..


Điểm
tối đa

TT Các tiêu chí đánh giá
1
1a

1b

1c

1d
2
2a
2b
3

Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết các
nhiệm vụ đồ án được giao
- Tính cấp thiết, tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần mới
so với các ĐATN trước đây);
- Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; giá trị ứng dụng thực tiễn;
- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến thức cơ bản, cơ
sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu;
- Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá;
- Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình đáp
ứng yêu cầu đặt ra;
- Chất lượng sản phẩm ĐATN về nội dung báo cáo, bản vẽ, chương trình,
mơ hình, hệ thống,…;
- Có kỹ năng sử dụng phần mềm ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu (thể
hiện qua kết quả tính tốn bằng phần mềm);
- Có kỹ năng sử dụng tài liệu liên quan vấn đề nghiên cứu (thể hiện qua
các tài liệu tham khảo).
Kỹ năng trình bày báo cáo đồ án tốt nghiệp
- Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích;
- Hình thức trình bày.

Điểm

đánh giá

8,0
1,0

3,0

3,0

1,0
2,0
1,0
1,0

Tổng điểm theo thang 10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

1. Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ: …………………………………
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
2. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án

☐ Bổ sung để bảo vệ
☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 20…
Người phản biện

TĨM TẮT
Tên đề tài: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Mã SV: 1811504110113

Lớp: 18C1

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Huy
Mã SV: 1811504110117

Lớp: 18C1

Máy IN 3D là một thiết bị hiện đại trọng điểm và phổ biến nhất hiện nay trong việc gia
công và sản xuất các chi tiết sản phẩm hiện nay. Thường được áp dụng trong các doanh
nghiệp và sản xuất các chi tiết máy hiện nay, nhằm sản xuất các sản phẩm và tiết kiệm
thời gian gia công tạo năng suất cao cho các doanh nghiệp. Máy in 3D không những chỉ
áp dụng cho lĩnh vực cơ khí mà hầu như được áp dụng cho tồn bộ các dạng sản xuất
khác trên nền cơng nghiệp như: và in 3d các sản phẩm định hình khác…
Vậy nên nhóm tác giả gồm hai thành viên và dược sự hướng dẫn tận tình của các thầy
cơ giáo bộ mơn dựa theo các kiến thức tích lũy khi học ở trường học. Đã đưa ra việc
tính tốn, thiết kế và chế tạo mơ hình máy in 3D được thực hiện dựa trên nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm. Khi sử dụng mơ hình này có thể gia cơng chế tạo được nhiều
dạng chi tiết khác nhau một cách thuận tiện mà chính xác hơn nhờ vào việc sử dụng
phần mềm Cura trên máy tính để điều khiển và mơ phỏng. Sử dụng phần mềm
Solidworks để vẽ mơ hình tổng thể của máy bằng 3D và xuất file STL để đưa ra được
bản vẽ thiết kế chi tiết máy. Sau đó có thể dựa trên bản vẽ gia cơng các chi tiết và lắp
ráp các bộ phận lại với nhau để được mơ hình máy in 3D hồn thiện.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HỊA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
Sinh viên thực hiện : Trần Khánh Duy
: Nguyễn Hoàng Huy

Mã SV: 1811504110113
Mã SV: 1811504110117

1. Tên đề tài:
Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Khổ máy: Dài: 380mm, Rộng: 380mm, Cao: 460mm
Vùng hoạt động: X: 200mm, Y: 200mm, Z: 200mm
Kết cấu: Nhôm
3. Nội dung chính của đồ án:
Lý thuyết:

Tổng quan về máy in 3D
Tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D
Thiết kế quy trình cơng nghệ gia công chi tiết căng đai

Bản vẽ:

Bảng vẽ 3D
Bảng vẽ chế tạo

4. Các sản phẩm dự kiến
Bảng thuyết minh tổng hợp về thiết kế máy in 3D
Mơ hình 3D vẽ trên phần mềm Solidworks
Bảng vẽ sơ đồ động máy in 3D(A0)
Bảng vẽ lắp của máy in 3D(A0)
5. Ngày giao đồ án: 23/2/2022
6. Ngày nộp đồ án: 14/6/2022
7. Kết quả dự kiến đạt được


8. Tiến độ thực hiện
TT

Thời gian

Nội dung công việc

Kết quả dự kiến đạt được

1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12
13
14
15

Đà Nẵng, ngày ..…tháng ..…năm 20….

BỘ MÔN DUYỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

CAM ĐOAN
Em xin được cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy
in 3D “”là sản phẩm nghiên cứu của nhóm em trong thời gian qua. Mọi số liệu sử dụng phân
tích trong báo cáo là do chúng em tự tìm hiểu, phân tích một cách khách quan, trung thực, có
nguồn gốc rõ ràng và chưa được cơng bố dưới bất kỳ hình thức nào. Em xin chịu hồn tồn
trách nhiệm nếu có sự khơng trung thực trong thơng tin sử dụng trong cơng trình nghiên cứu
này.

Sinh viên thực hiện
TRẦN KHÁNH DUY
NGUYỄN HOÀNG HUY

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
i


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được rất nhiều lời
động viên của rất nhiều người trong đó có gia đình, thầy cơ giáo, người u cũng
như bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Xuân Bảo, người thầy giáo hướng dẫn em
trong suốt nhiều năm qua, cho dù những lúc em làm chưa tốt, thầy cũng đã tận tình
chỉ bảo em từng bước từng bước để em có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin cảm ơn bạn bè thân thiết của em ở lớp 18C1 đã đem lại cho em những niềm
vui, những kĩ năng và còn nhiều hơn thế trong suốt những năm học.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật , ngành cơ khí chế tạo
đã tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thiện đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo

ii


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. ix
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D ................................................................... 2
1.1 Tổng quan một số công nghệ in 3D thông dụng .......................................................... 2
1.1.1 Công nghệ in FDM[1] ................................................................................................. 2
1.1.2 Công nghệ in SLA/DLP [3] .......................................................................................... 5
1.1.3 Công nghệ in SLS/SLM[6] ........................................................................................... 7
1.2 Một số loại vật liệu in 3D cho máy in FDM thông dụng ............................................. 7
1.3 Một số loại cơ cấu cơ khí của máy in 3D theo cơng nghệ FDM ............................... 10
1.3.2 Cơ cấu CoreXY ......................................................................................................... 10
1.3.3 Cơ cấu HBot............................................................................................................... 11
1.3.4 Cơ cấu Delta............................................................................................................... 11
1.3.5 Cơ cấu SCARA .......................................................................................................... 11
1.4 Một số loại máy in 3D thông dụng[13] ......................................................................... 12
1.5 Mục tiêu của đề tài ....................................................................................................... 13
CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO MÁY IN 3D .............................................................................. 14
2.1 Mơ phỏng 3D và trình tự thiết kế chế tạo máy in 3D................................................ 14
2.2 Thiết kế, lựa chọn phần cơ khí .................................................................................... 15
2.2.1 Thiết kế, lựa chọn khung cơ khí............................................................................... 15
2.2.2 Thiết kế, lựa chọn bộ đùn nhựa ............................................................................... 21
2.3 Thiết kế, lựa chọn phần điện ....................................................................................... 27
2.3.1 Lựa chọn bộ điều khiển ............................................................................................ 27
2.3.2 Thiết kế cổng công suất ............................................................................................. 31

2.3.3 Lựa chọn các linh kiện phần điện khác ................................................................... 32
2.3.4 Lựa chọn cảm biến nhiệt .......................................................................................... 33
2.3.4 Lựa chọn module điều khiển động cơ bước ............................................................ 37
2.4 Xây dựng và lắp ráp máy in 3D theo công nghệ FDM .............................................. 39
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
iii


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT MÁY IN 3D THEO CÔNG NGHỆ FDM VÀ KẾT QUẢ
THỬ NGHIỆM.................................................................................................................. 40
3.1 Cài đặt firmware cho máy in 3D (Marlin 1.1.8) ........................................................ 40
3.1.1 Tải firmware và phần mềm biên dịch (Arduino IDE) ........................................... 40
3.2 Phần mềm tạo mã Gcode cho máy in 3D ................................................................... 49
3.2.1 Tổng quan về phần mềm Cura................................................................................. 49
3.2.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Ultimaker Cura ................................................... 49
3.3 Căn chỉnh ...................................................................................................................... 55
3.4 Kịch bản thử nghiệm.................................................................................................... 59
3.4.1 Kiểm nghiệm về kích thước ...................................................................................... 59
3.4.2 Kiểm nghiệm về độ cứng........................................................................................... 60
3.4.3 Kiểm nghiệm ngoại quan .......................................................................................... 63
Chương 4: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CHI TIẾT CĂNG
ĐAI ............................................................................................................................................ 68
4. Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 68
4.1 Lập quy trình công nghệ.............................................................................................. 68
4.2 Nguyên công 1: Phay phẳng bề mặt 9........................................................................ 69

4.2 Nguyên công 2: Phay mặt phẳng (bề mặt 5 ) ............................................................ 71
4.4 Nguyên công 3: Phay mặt phẳng (bề mặt 1 ) ............................................................ 73
4.5 Nguyên công 4: Phay rãnh giữa 11 mm bề mặt 8 ..................................................... 75
4.6 Nguyên công 5: Phay biên dạng contour ................................................................... 77
4.7 Nguyên công 6: Phay biên dạng lục giác mặt 3 ........................................................ 79
4.8 Nguyên công 7: Khoan lỗ ∅5.5 mm mặt 4 ................................................................. 81
4.9 Ngun cơng 8: Phay lỗ trịn ∅12 bề mặt 6 ............................................................... 82
4.10 Nguyên công 9: Khoan lỗ ∅3.5mm bề mặt 10 .......................................................... 85
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................. 87
5.1 Kết luận ......................................................................................................................... 87
5.2 Phương hướng phát triển ............................................................................................ 87
5.2.1 Máy in đa màu, đa vật liệu ....................................................................................... 87
5.2.2 Phát hiện trượt bước ................................................................................................. 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 94
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 96
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
iv


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo chung của máy in 3D theo công nghệ FDM ......................................... 3
Hình 1.2 Nhựa in dành cho máy in 3D theo cơng nghệ FDM [2] ................................................ 4
Hình 1.3 Lưu đồ công nghệ của máy in 3D theo công nghệ FDM ............................................. 4
Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo chung của máy in 3D theo cơng nghệ SLA/DLP .................................. 5
Hình 1.5 Vật in được in trên máy SLA [5] ................................................................................. 6

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo chung của máy in 3D theo cơng nghệ SLS/SLM .................................. 7
Hình 1.7 Máy in 3D của hãng Prusa[9] ...................................................................................... 10
Hình 1.8 Đi dây đai cho máy in theo cơ cấu CoreXY[10] .......................................................... 10
Hình 1.9 Máy in theo cơ cấu DELTA[11] .................................................................................. 11
Hình 1.10 Máy in theo cơ cấu SCARA[12] ................................................................................ 11
Hình 1.11 Máy Original Prusa I3 Mk3 ..................................................................................... 12
Hình 1.12 Máy Tevo Tarantula................................................................................................. 12
Hình 1.13 Máy Creality3D CR10S ........................................................................................... 12
Hình 1.14 Máy Wanhao Duplicator I3 ..................................................................................... 12
Hình 1.15 Máy Ultimaker 3 ...................................................................................................... 13
Hình 1.16 Wanhao Duplicator 7 ............................................................................................... 13
Hình 1.17 Máy Tevo Little Monster ......................................................................................... 13
Hình 2.1 Mơ phỏng máy in 3D bằng SolidWork 2016 ............................................................. 14
Hình 2.2 Quy trình chế tạo máy in 3D theo cơng nghệ FDM ................................................... 14
Hình 2.3 Máy in 3D nhìn từ phía trước .................................................................................... 15
Hình 2.4 Vùng truyền động XY của máy ................................................................................. 16
Hình 2.5 Vùng in của máy in 3D .............................................................................................. 17
Hình 2.6 Vùng gầm của máy in 3D .......................................................................................... 17
Hình 2.7 Trục X của máy in 3D................................................................................................ 18
Hình 2.8 Cơ cấu ghép của khung nhơm .................................................................................... 18
Hình 2.9 Trục Y của máy in 3D ................................................................................................ 19
Hình 2.10 Cơ cấu khung trục Y ................................................................................................ 19
Hình 2.11 Cơ cấu khung trục Z ................................................................................................ 20
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
v

Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

Hình 2.12 Bộ đẩy nhựa ............................................................................................................. 21
Hình 2.13 Kim phun bằng đồng thau ........................................................................................ 24
Hình 2.14 Kim phun bằng thép SS .......................................................................................... 25
Hình 2.15 Kim phun bằng thép HSS ........................................................................................ 25
Hình 2.16 Kim phun bằng đồng có lắp đầu ruby ...................................................................... 25
Hình 2.17 Các vùng nhiệt độ trong bộ gia nhiệt ....................................................................... 26
Hình 2.18 Hình ảnh thực tế của mạch Arduino Mega 2560 ..................................................... 27
Hình 2.19 Hình ảnh thực tế của mạch RAMPS1.4[32] .............................................................. 27
Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý của mạch RAMPS1.4[33] ............................................................... 28
Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý khối Heater & Fan ........................................................................ 28
Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý khối Endstops ............................................................................... 29
Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến nhiệt độ.................................................................. 29
Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn .................................................................................... 29
Hình 2.25 Sơ đồ nguyên lý khối driver động cơ bước.............................................................. 30
Hình 2.26 Sơ đồ nguyên lý khối Servos ................................................................................... 31
Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp ngoại vi .................................................................. 31
Hình 2.28 Mạch mở rộng cơng suất ......................................................................................... 31
Hình 2.29 Bàn nhiệt máy in 3D[26]............................................................................................ 33
Hình 2.30 Nhiệt trở máy in 3D ................................................................................................. 34
Hình 2.31 Động cơ 17pm-ka39b .............................................................................................. 34
Hình 2.32 Động cơ bước nema17 ............................................................................................ 36
Hình 2.33 Module a4988 .......................................................................................................... 37
Hình 2.34 Module DRV8825 ................................................................................................... 37
Hình 2.35 Module TMC2100 ................................................................................................... 38
Hình 3.1 Sơ đồ góc tọa độ bàn in ............................................................................................. 45
Hình 3.2 Module LCD Graphic 12864 và LCD dùng cho máy in 3D ...................................... 48
Hình 3.3 Phần mềm Ultimaker Cura ........................................................................................ 49
Hình 3.4 Giao diện ngồi cùng của Ultimaker Cura................................................................. 49

Hình 3.5 Hình ảnh hiển thị trên màn hình máy và ý nghĩa các thơng số .................................. 49
Hình 3.6 Ngoại quan xác định Z offset ..................................................................................... 56
Hình 3.7 Kiểm tra độ vng góc............................................................................................... 58
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
vi


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

Hình 3.8 Xác định thơng số để chỉnh vng góc ...................................................................... 58
Hình 3.9 Mẫu vật in kiểm tra vng góc XZ ............................................................................ 58
Hình 3.10 Mẫu vật in kiểm tra vng góc YZ .......................................................................... 58
Hình 3.11 Mẫu vật in kiểm tra kích thước lỗ và kích thước dài ............................................... 59
Hình 3.12 Các kích thước đo đạc để kiểm tra........................................................................... 59
Hình 3.13 Vật in kiểm tra độ dài .............................................................................................. 59
Hình 3.14 Mẫu vật kiểm tra độ cứng vật thể ............................................................................ 60
Hình 3.15 Hệ thống kiểm tra độ cứng vật thể ........................................................................... 61
Hình 3.16 Mẫu in tàu Benchy ................................................................................................... 63
Hình 3.17 Sản phảm tàu Benchy .............................................................................................. 63
Hình 3.18 Mẫu vật in Spiral Cube ............................................................................................ 64
Hình 3.19 Sản phẩm in Spiral Cube ......................................................................................... 65
Hình 3.20 Vật in Lattice Cube .................................................................................................. 66
Hình 3.21 Mẫu vật in Lattice Cube........................................................................................... 66
Hình 3.22 Vật in Wheel Ring ................................................................................................... 67
Hình 3.23 Mẫu vật in Wheel Ring ............................................................................................ 67
Hình 5.1 Máy in sử dụng 2 đầu đùn di chuyển cùng nhau (Dual Nozzle)................................ 87
Hình 5.2 Máy in nhiều đầu phun di chuyển độc lập (Dual Gantry) ......................................... 89

Hình 5.3 Máy Original Prusa I3 MK2 MMU sử dụng ống ghép nhựa ..................................... 90
Hình 5.4 Ơng ghép nhựa ở máy Originals Prusa I3 MK2 ........................................................ 91
Hình 5.5 Khối Prime Pillar cùng vật thể in chính. ................................................................... 91
Hình 5.6 Máy in sử dụng kim phun trộn màu Diamond 3 đầu vào .......................................... 92

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
vii


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

DANH MỤC VIẾT TẮT
Từ

Nghĩa tiếng Anh

FDM

Fused Deposition Modeling

SLA

Stereolithography

DLP

Digital Light Processing

SLS

Selective laser sintering

SLM

Selective laser melting

GTT

Glass Transistion Temperture

Nhiệt độ chuyển thể

PT

Printing Temperture

Nhiệt độ in

HBT

Heated Bed Temperture

Nhiệt độ bàn in

DPI

Dot Per Inch

Điểm ảnh trên một inch

HF

Hotend Fan

Quạt tản nhiệt đầu đùn

LF

Layer Fan

Quản thổi nguội vật in

HE

Hotend

Bộ gia nhiệt

Ex

Extruder

Bộ đẩy nhựa

SS

Stainless steel

Thép không rỉ, Inox

HSS

Hardened Stainless Steel

Thép không rỉ được tơi luyện

OD

Outside Diameter

Đường kính ngồi

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Nghĩa tiếng Việt

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
viii


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng các vật liệu in 3D FDM[7][8] ............................................................................... 24
Bảng 2.1 Bảng lựa chọn vi bước cho A4988, DRV8825[34] ...................................................... 47
Bảng 2.2 Cài đặt các chế độ cho TMC2100 sử dụng các chân CFG1 và CFG2 ....................... 55

Bảng 2.3 Danh sách các chi tiết cho máy in 3D ........................................................................ 56
Bảng 3.1 Kết quả kiểm nghiệm kích thước lỗ của PLA in ở 230oC .......................................... 77
Bảng 3.2 Kết quả kiểm nghiệm độ dài của PLA in ở 230C....................................................... 77

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
ix


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay sự phát triển củ nền cơng nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói riêng, đã và đang
dần đổi mới bước vào trời kì cơng nghiệp hóa hiện đại hóa, nước ta đang mở rộng việc xây
dựng và phát triển các khu công nghiệp, nhà máy, các cơ sở sản xuất… Chính vì thế máy gia
cơng cnc ngày càng được sử dụng và khơng ngừng phát triển nâng cấp về tính cơng nghệ để
đẩy mạnh tiến độ sản xuất và góp phần to lớn trong việc xây dựng và phát triển nền kinh tế
đất nước ta.
Chính vì thế nhóm em được giao nhiệm vụ: “Nghiên cứu và thiết kế máy in 3D ” mục đích
nhằm cho sinh viên tìm hiểu, nghiên cứu về các kết cấu và cách thức hoạt động của máy từ
đó có thể tính tốn và thiết bản vẽ, để đưa ra một quy trình thiết kế và chế tạo máy in 3D
hoàn chỉnh.
Sau thời gian 5 tháng làm đề tài tốt nghiệp bằng chính nổ lực của nhóm em và được sự hướng
dẫn nhiệt tình của thầy TS. Nguyễn Xuân, các thầy trong khoa Cơ Khí, trường Đại học Sư
Phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng và các anh kỹ thuật nơi công ty chúng em thực tập đến
nay nhóm đã hồn thành xong đồ án tốt nghiệp này đúng với thời gian quy định.
Vì lần đầu trong cơng tác thiết kế, kiến thức cịn nhiều hạn hẹp, mặc dù đã được sự hướng
dẫn của thầy TS. Nguyễn Xuân Bảo và thầy Ths Đào Thanh Hùng nhưng cũng khơng tránh

khỏi những bở ngỡ, thiếu sót và gặp nhiều khó khăn. Nên rất mong được sự giúp đỡ vả chỉ
bảo của các thầy trong khoa.
Em xin chân thành cảm ơn q thầy cơ Khoa Cơ Khí, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật –
Đại học Đà Nẵng với lòng biết ơn sâu sắc nhất trong thời gian học tập tại trường.

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
1


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D
1.1 Tổng quan một số công nghệ in 3D thông dụng
Ngày nay, công nghệ in 3D đã phát triển mạnh mẽ, được đưa vào ứng dụng trong nhiều
lĩnh vựa khác nhau như cơ khí, hàng khơng, thể thao, thời trang, sinh học và đồ gia
dụng … Với độ chính xác cũng như giá thành ngày càng được cải tiến, máy in 3D đang
dần được đưa vào đời sống như một đồ gia dụng, được ứng dụng để gia công những vật
thể với tốc độ cao và độ chính xác cao. Công nghệ in 3D sinh học (Bio-3DPrinting)
phát triển ứng dụng nhiều trong việc tạo ra các bộ phận cho con người, đẩy nhanh quá
trình chữa bệnh.
Với giá thành rẻ và mức độ ứng dụng cao, em xin chọn đề tài máy in 3D theo công nghệ
FDM làm đồ án tốt nghiệp của mình.
1.1.1 Cơng nghệ in FDM[1]

FDM (Fused Deposition Modeling) là công nghệ in 3D sử dụng nhựa (filament) được
đun nóng và đùn qua đầu phun thành từng lớp chồng lên nhau, dần dần tạo thành vật
thể 3D hoàn chỉnh. Ở công nghệ FDM, sợi nhựa (1) được dẫn đùn bởi đầu đùn (2) để

đùn lên vật thể in (4), đầu đùn (3) di chuyển theo mặt phẳng ngang (theo trục X, Y) so
với bàn in (6) để điều khiển vị trí mà nhựa sẽ đùn ra. Bàn in (6) sẽ di chuyển lên xuống
theo trục Z để đầu đùn (3) in các lớp in tiếp theo. Đối với những vị trí in đặc biệt (in
khơng có vật liệu sẵn bên dưới), thì phải in thêm phần in hỗ trợ (Support) (5) để có thể
in được những vị trí đặc biệt này. Phần in Support được thiết kế để dễ dàng bóc tách
khỏi vật thể in khi vật thể in xong.
Công nghệ in 3D FDM hiện là công nghệ in 3D giá thành rẻ nhất hiện nay, cho ra vật
thể in bằng nhựa, chi phí nguyên vật liệu rẻ, đa dạng. Nhược điểm của công nghệ in
này là tốc độ chậm, độ chính xác khơng bằng các cơng nghệ in khác, độ chi tiết của vật
thể thấp, dẫn tới bề mặt vật thể khá thô, không mịn.
Là công nghệ in 3D giá rẻ, dễ sửa chữa và thay thế chi tiết máy móc, in với số lượng lớn,
ít tốn nguyên liệu. Thường sử dụng trong các sản phẩm cần chịu lực. Tốc độ tạo hình 3D
nhanh. Quá trình tạo mẫu nhanh của FDM không giống như công nghệ SLA, LOM, SLS
phải sử dụng tia laser để tạo hình sản phẩm mà công nghệ tạo mẫu nhanh FDM đơn giản
hơn rất nhiều, độ tin cậy cao, bảo dưỡng dễ dàng.

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
2


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo chung của máy in 3D theo công nghệ FDM
Máy in 3D theo cơng nghệ FDM có cấu tạo như hình 1.1. Khi bắt đầu quá trình in, máy
in sẽ gia nhiệt ở kim phun (2) và bàn in (6) lên nhiệt độ thích hợp để có thể in, nhiệt ở kim
phun sẽ được gia nhiệt lên đến tầm 200oC (nhiệt độ in của nhựa PLA) và bàn in được gia
nhiệt đến 60oC (Nhiệt độ chuyển thể của PLA), sau khi q trình gia nhiệt hồn tất, đầu

phun sẽ di chuyển về vị trí gốc 0 (Home) rồi bắt đầu thực hiện quá trình cân bàn in (Bed
Leveling), là quá trình đảm bảo cho mặt phẳng chứa bàn in nằm song song với mặt phẳng
mà kim phun di chuyển. Sau khi q trình cân bàn in hồn tất, kim phun sẽ di chuyển
xuống gần sát bàn in, thông thường là 90% độ cao của lớp in bình thường, để nhựa in ra
được ép chặt xuống bàn in đảm bảo vật in sẽ dính chặt vào bàn in trong q trình in, đồng
thời khi vật in được bóc ra khỏi bàn in sẽ có lớp mặt in đẹp.
Đối với vật liệu in cho máy in 3D (Hình 1.2) theo cơng nghệ FDM in nhựa, sẽ có 3 giá trị
nhiệt độ mà ở đó ta cần quan tâm, đó là nhiệt độ in, nhiệt độ bàn in và nhiệt độ chuyển
thể. Nhiệt độ in là khoảng nhiệt độ mà ta gia nhiệt kim phun (3) lên để máy có thể thực
hiện q trình in, đối với PLA nhiệt độ in là từ 195 oC đến 230oC, ở nhiệt độ này, nhựa
in chuyển sang trạng thái lỏng. Nhiệt độ bàn in là nhiệt độ mà ta gia nhiệt cho bàn nhiệt
của máy in lên đến giá trị nhiệt độ đó, thường trong khoảng nhiệt độ chuyển thể của vật
liệu đó. Nhiệt độ bàn in thường khơng cao q nhiệt độ chuyển thể vì nếu để nhiệt độ bàn
in quá cao sẽ dẫn đến vật in không nguội kịp, làm cho lớp nhựa tiếp theo chồng lên sẽ
không đúng chỗ, dẫn tới vật in sẽ không đảm bảo độ cứng cũng như ngoại quan. Giá trị
nhiệt độ chuyển thể là nhiệt độ mà ở đó vật in bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng
thái lỏng, làm cho vật in tồn tại mềm dẻo. Giá trị nhiệt độ chuyển thể này là giá trị cực kì
quan trọng để người dùng có thể chọn loại nhựa thích hợp cho nhu cầu của họ, ví dụ đối
với những vật trang trí hoặc giá đỡ, người dùng có thể chọn vật liệu in PLA do vật trang
trí thường không cần chịu nhiệt độ cao (Nhiệt độ chuyển thể của PLA vào khoảng 55oC
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
3


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

đến 60oC), hoặc đối với những vật cần chịu nhiệt cao như vật để ngoài trời hoặc chụp đèn

… thì thường chọn ABS vì nhiệt độ chuyển thể của PLA vào khoảng 110oC.
Hình 1.2 Nhựa in dành cho máy in 3D theo công nghệ FDM
Lưu đồ thuật tốn của máy in 3D theo cơng nghệ FDM (Hình 1.3):

Hình 1.3 Lưu đồ cơng nghệ của máy in 3D theo công nghệ FDM
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
4


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

1.1.2 Cơng nghệ in SLA/DLP [3]

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo chung của máy in 3D theo công nghệ SLA/DLP
SLA (Stereolithography) hoặc DLP (Digital Light Processing) (Hình 1.4) là cơng nghệ
in 3D dựa trên nền tảng chất cảm quang (Resin). Công nghệ này sử dụng chất cảm quang
làm vật liệu in, đóng rắn bằng ánh sáng, cơng nghệ in này cũng đóng rắn theo lớp giống
cơng nghệ FDM. Đối với công nghệ SLA, ánh sáng sử dụng để đóng rắn bằng tia laser,
cịn đối với cơng nghệ DLP, ánh sáng này sử dụng ánh sáng từ máy chiếu. Chất cảm quang
(Resin) (1) được chứa trong một buồng chứa (2) gắn cố định, tia laser (3) được chiếu từ
nguồn phát (4) (Đối với DLP, nguồn phát (4) này sẽ là máy chiếu DLP), laser chiếu vào
Resin (1) sẽ đóng rắn Resin này, bám vào vật thể in (5).
Ở công nghệ in SLA hoặc PLP, do vật liệu in là chất cảm quang được đóng rắn bằng ánh
sáng, do đó khơng cần phải gia nhiệt bất cứ bộ phận nào, mà sẽ sử dụng tia laser hoặc đèn
chiếu. Đối với công nghệ SLA, tia laser được phát ra từ nguồn phát, sẽ được điều hướng
thông qua các lăng kính được gắn động cơ để điều khiển vị trí mà tia laser được chiếu
tới. Đồng thời tia laser sử dụng ở máy SLA được hội tụ tại bề mặt chất cảm quang có

đường kính rất nhỏ, khoảng tầm 1 2um[4], đo đó máy in SLA có thể in ra vật in có độ
chi tiết rất cao so với máy FDM (Hình 1.5).
Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hồng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
5


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

Hình 1.5 Vật in được in trên máy SLA [5]
Tương tự như công nghệ SLA, công nghệ DLP sử dụng màn hình LCD hoặc máy chiếu
thay cho tia laser. Ưu điểm của máy in DLP so với SLA là dễ điều khiển, độ chính xác
cao, tốc độ nhanh, ngồi ra máy DLP cịn có một ưu điểm lớn là thời gian in phụ thuộc
vào chiều cao của khối vật in, khơng phụ thuộc vào thể tích, cịn thời gian in của SLA thì
phụ thuộc vào thể tích, có nghĩa là, nếu máy DLP in một vật thể trong 10 phút, thì nó có
thể in 10 cái sắp xếp trên cùng 1 mặt phẳng cũng trong 10 phút. Tuy nhiên máy DLP lại
có nhược điểm lớn về mặt kích thước, do máy in sử dụng màn LCD để đóng rắn chất cảm
quang, do đó độ phân giải của vật in ra hoàn toàn phụ thuộc vào độ phân giải của màn
hình LCD, nếu với cùng độ phân giải màn hình mà thể tích in lớn (DPI lớn), thì vật in ra
sẽ thơ hơn so với thể tích nhỏ (DPI nhỏ), SLA không bị hạn chế về mặt này, đó là lý do
vì sao máy DLP thường chế tạo có kích thước theo 2 trục X, Y rất nhỏ để tăng chỉ số
DPI, vật in ra độ mịn rất cao.
Dịng máy in SLA/DLP có ưu điểm so với FDM là vật in ra có độ mịn lớn, vật in đẹp, tuy
nhiên chất cảm quang sử dụng cho máy in có giá thành rất đắt (650 nghìn đồng cho 500g)
so với nhựa in của máy FDM (250 nghìn đồng cho 1kg).

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
6


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

1.1.3 Cơng nghệ in SLS/SLM[6]

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo chung của máy in 3D theo cơng nghệ SLS/SLM
SLS/SLM (Hình 1.6) (Selective Laser Sintering/ Selective Laser Melting) là công nghệ
in 3D sử dụng tia laser làm chảy vật liệu in (Bột mịn), vật liệu in nóng chảy được kết
dính theo từng lớp hình thành vật thể 3D. Tia laser công suất cao từ nguồn phát sẽ được
chiếu vào máy quét (Scanner System), máy quét làm nhiệm vụ lái tia laser này đến vị trí
chính xác cần nung chảy.
Máy in SLS/SLM gồm 2 buồng chứa vật liệu in (Bột in), buồng bên phải là nơi mà vật
in được tạo thành, tia laser chiếu vào mặt trên của buồng, làm chảy vật liệu in, bám vào
vật đang được in (Object being fabricated). Sau khi một lớp in được hoành thành, bàn in
của buồng bên phải sẽ dịch xuống một khoảng cách bằng độ cao 1 lớp in, tương tự buồng
bên trái sẽ dịch lên cũng một khoảng cách như vậy, con lăn (Roller) sẽ gạt bột in từ buồng
bên phải qua buồng bên trái, tạo một bề mặt in mới, và lớp in mới lại bắt đầu. Sau khi
q trình in hồn thành, vật in ở buồng bên trái sẽ được lấy ra thổi sạch bụi còn bám lại
trên bề mặt vật in. In 3D sử dụng công nghệ SLS/SLM thường được dùng để in những
loại vật liệu như bột thủy tinh, gốm, bột kim loại như nhôm, sắt, titan, đồng …
1.2 Một số loại vật liệu in 3D cho máy in FDM thông dụng
Bảng 1.1 Bảng các vật liệu in 3D FDM[7][8]
NO
.

Filament

Glass
Transition
Temperature

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Printing
Temperatu
re

Heatbed
Temperatu
re

Đặc điểm

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
7


Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu đùn và trục X cho máy in 3D

01

Nhựa PLA

55oC đến
60oC

195-230oC

0-60oC

Chịu nhiệt
kém, dễ in, khi
in ra bề mặt
đẹp, độ cứng
thấp

02

Nhựa ABS

110oC

220-250oC

80-110oC

Chịu nhiệt tốt,
khó in, sản
phẩm in ra bề
mặt khá gồ ghề,
độ cứng cao

88oC

235-255oC

40-70oC

Chịu nhiệt tốt,
dễ in ấn, bám
dính rất tốt, bề
mặt in đẹp, độ
cứng cao

03

Nhựa
PET/PETG

04

Nhựa TPE

100oC

210-230

35-65

Nhựa dẻo

05

Nhựa TPU

-53.5 đến 28oC

240-260oC

40-60

Nhựa đàn hồi

06

Nhựa gỗ

55oC đến
60oC

190-250oC

20-40

Tồn tại tầm 510% bột gỗ

07

Nhựa kim loại

55oC đến
60oC

220-250oC

40-60

Tồn tại tầm 510% bột kim
loại

Nền
PL
A

55oC đến
60oC

195-220oC

0-60oC

Nền
PET
G

88oC

235-255oC

40-70oC

Sợi nhựa có
thêm sợi
carbon làm
tăng độ bền vật

liệu

08 Carbon
Fiber

09

Nhựa ASA

110oC

240-260

80-110

10

Nhựa PP

100oC

235-265

100-120

Sinh viên thực hiện: Trần Khánh Duy
Nguyễn Hoàng Huy

Sử dụng đối
với các ứng

dụng về chứa
đựng thực
phẩm

Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Xuân Bảo
8