Chủ đề 18: Tạo mẫu nhanh bằng vật liệu lỏng_CN425_CBHD Mai Vĩnh Phúc_Đại học Cần Thơ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
TRƯỜNG BÁCH KHOA

BÁO CÁO HỌC PHẦN
VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI
CHỦ ĐỀ

TẠO MẪU NHANH BẰNG VẬT LIỆU LỎNG
CBHD: Mai Vĩnh Phúc

Sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Nhật Linh
2. Nguyễn Mạnh Hà
3. Trịnh Chí Bằng
4. Trần Văn Khang
5. Lê Nhật Em
Cần Thơ, 04/2022

B2012513
B2012497
B2012486
B2012507
B2012496


Nội dung báo cáo
I. Tạo mẫu nhanh là gì?
II. Hệ thống tạo mẫu nhanh sử dụng vật liệu lỏng
III. Phương pháp tạo hình lập thể – SLA (của 3D Systems)
IV. Phương pháp xử lý dạng khối – SGC (của Cubital)
V. Phương pháp lưu hóa tạo mẫu khối – SCS (của Sony)

VI. Kết luận phương pháp tạo mẫu nhanh bằng vật liệu lỏng
VII. Việt Nam tiếp cận và ứng dụng công nghệ in 3D.


I. Tạo mẫu nhanh là gì?
1. Khái niệm tạo mẫu nhanh.
 Tạo mẫu nhanh là một nhóm các kỹ thuật được sử dụng để chế tạo một
cách nhanh chóng một mơ hình thu nhỏ của một bộ phận vật lý hoặc lắp
ráp bằng cách sử dụng dữ liệu thiết kế ba chiều có sự hỗ trợ của máy tính.
Các chi tiết hay cụm lắp ráp được chế tạo bằng công nghệ in 3D hay sản
xuất bằng các lớp bồi đắp.

Sản phẩm của tạo mẫu nhanh


I. Tạo mẫu nhanh là gì?
2. Các nhân tố cấu thành tạo mẫu nhanh

Sơ đồ công nghệ tạo mẫu nhanh


I. Tạo mẫu nhanh là gì?
3. Phân loại
 Dựa vào dạng vật liệu tạo mẫu, quá trình tạo mẫu nhanh có
thể được chia thành ba loại như sau :
• Dựa trên cơ sở vật liệu dạng lỏng ( SLA, SGC, SCS…)
• Dựa trên cơ sở vật liệu dạng khối ( LOM, FDM, SSM…)
• Dựa trên cơ sở vật liệu dạng bột ( SLS, 3DP, EOSINT…)

II. Hệ thống tạo mẫu nhanh sử
dụng vật liệu lỏng
1. Giới thiệu chung:
 Vật liệu lỏng được sử dụng để chế tạo mẫu trong các hệ
thống tạo mẫu nhanh. Quá trình tạo mẫu là q trình lưu hóa,
làm cho vật liệu chuyển đổi từ dạng lỏng sang dạng rắn.
 Các phương pháp tạo mẫu nhanh chủ yếu dùng vật liệu
lỏng gồm:
- Thiết bị tạo mẫu lập thể SLA của công ty 3D Systems.
- Thiết bị xử lí dạng khối SGC của công ty Cubital.
- Thiết bị tạo mẫu dạng khối SCS của công ty Sony.


II. Hệ thống tạo mẫu nhanh sử
dụng vật liệu lỏng
2. Giới thiệu nguyên lí chung.
 Trong các hệ thống tạo mẫu nhanh dùng vật liệu lỏng, chi
tiết được chế tạo trong một bể chứa, chất lỏng được lưu hóa
và hóa rắn dưới tác dụng của tia laser, thường trong dãy UV.
- Tia laser lưu hóa lớp nhựa gần trên bề mặt và hóa rắn tạo
nên một lớp chi tiết.
 Khi một lớp chi tiết được chế tạo xong, bệ đỡ sẽ được hạ
xuống nhờ vào hệ thống nâng hạ, cho phép lớp nhựa tiếp
theo được tạo thành mặt cắt kế tiếp. Quá trình tiếp tục lặp lại
cho đến khi chi tiết được chế tạo xong.


II. Hệ thống tạo mẫu nhanh sử
dụng vật liệu lỏng
2. Giới thiệu ngun lí chung

 Có một số khác biệt cơ bản về kĩ thuật đối với các hệ thống
tạo mẫu nhanh khác nhau do:
• Các thiết bị được tạo bởi các nhà sản xuất khác nhau.
• Phụ thuộc vào loại tia laser
• Phương pháp quét và phơi sáng,
• Loại vật liệu nhựa lỏng
• Dạng cơ cấu nâng hạ và hệ thống quang học được sử dụng.


II. Hệ thống tạo mẫu nhanh sử
dụng vật liệu lỏng

Máy in 3D sử dụng công nghệ SLA của công ty 3D Systems.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
1. Giới thiệu
 Cơng nghệ “Tạo hình nhờ tia laser” (stereolithography –
SLA) được phát triển bởi Chuck Hull, đây là công nghệ in
3D xuất hiện đầu tiên và cũng là công nghệ in 3D chi tiết
chuẩn xác nhất, có sai số thấp nhất trong các công nghệ in
3D khác. Hiện 3D Systems là hãng nắm bản quyền thương
mại công nghệ in 3D này. Công nghệ in 3D SLA là một công
nghệ in 3D vẫn hoạt động theo nguyên tắc “đắp lớp” có đặc
điểm khác biệt với các công nghệ khác là dùng tia UV làm
cứng từng lớp vật liệu in (chủ yếu là nhựa lỏng).


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
1. Giới thiệu

 SLA sử dụng chùm tia laser/UV hoặc một nguồn năng lượng
mạnh tương đương để làm “đông cứng” các lớp vật liệu in 3D
là nhựa dạng lỏng, nhiều rất nhiều lớp như vậy sẽ tạo nên vật
thể in 3D SLA. Lớp in SLA có thể đạt từ 0.06, 0.08, 0.1,…
mm.
 Cơng nghệ này được sử dụng để chế tạo ra các vật phẩm 3D
chỉ từ những hình ảnh trên máy tính và công nghệ này cho
phép người dùng kiểm tra các mẫu thiết kế một cách nhanh
chóng, chính xác trước khi quyết định đầu tư sản xuất hàng
loạt.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
2. Nguyên lý hoạt động
 Sau khi tập tin 3D CAD được kết nối dưới ngơn ngữ STL (Tessellation
language) thì q trình in được bắt đầu: Lớp nhựa lỏng đắp lên mẫu 3D
thiết kế sẵn tia UV làm cứng lớp nhựa này, sau đó nhiều lớp được đắp lên
nhau cho đến khi đạt chỉ số kỹ thuật của vật thể đã định sẵn. Các lớp in
3D SLA có thể đạt từ 0.06mm, 0.08mm, 0.1mm tùy vào nhu cầu in.

Sơ đồ nguyên lí làm việc
của SLA


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
2. Nguyên lý hoạt động
 Khi bệ đỡ ở vị trí cao nhất (ở độ sâu a) thì trên tấm là một lớp chất
lỏng cạn. Máy phát laser phát ra chùm tia cực tím tập trung trên một
diện tích của dung dịch photopolymer và di chuyển theo hướng X-Y.
Chùm tia cực tím làm đơng hết phần dung dịch được chiếu sáng và

hình thành nên một khối đặc. Bệ đỡ được hạ xuống một lượng vừa đủ
để một lượng chất lỏng phủ lên phần polyme đã đơng đặc và q trình
được lặp lại. Q trình tiếp diễn cho đến khi đạt được mức b. Lúc này
ta đã tạo nên một chi tiết hình trụ có bề dày khơng đổi. Chú ý rằng lúc
này bệ đỡ đã di chuyển theo phương thẳng đứng một lượng ab


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
2. Nguyên lý hoạt động
 Tại mức b, chuyển động theo phương X-Y của chùm tia rộng hơn, vì thế
ta tạo được một mặt bằng phẳng như mặt bích bên trên phần đã tạo từ
trước. Sau khi đạt được bề dày thích hợp, quá trình được tiếp tục để tạo
nên phần hình trụ giữa mức b và c. Chú ý rằng phần dung dịch xung
quanh vẫn đang ở trạng thái lỏng vì nó khơng bị đơng kết bởi tia cực tím
và chi tiết được tạo thành từ đáy lên trên theo từng “lát” riêng biệt có
chiều dày từ 0,05 – 0,2mm. Các lát này liên kết lại với nhau thành khối.
Phần chất lỏng khơng bị đơng kết có thể được sử dụng lại để tạo chi tiết
khác trong quá trình tạo mẫu khác.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
2. Nguyên lý hoạt động
 Bởi vì chi tiết được tạo thành trong mơi trường chất lỏng và bên trong vật
thể cịn chứa chất lỏng polyme, do đó cần phải thêm các kết cấu trợ giúp
(supports) để tăng độ cứng chi tiết và để tránh cho phần chi tiết đã được
tạo thành chìm trong chất lỏng không bị nổi lên hoặc không bị trôi nổi tự
do ở trong thùng.
 Thời gian quét chùm tia laser phụ thuộc vào hình dạng hình học của
những đường viền, mẫu vạch, tốc độ của tia laser và thời gian bao phủ
(thời gian để một lớp của polymer sao chụp rắn lại và thời gian để lớp

cuối cùng rắn lại). Q trình tạo mẫu nói trên được thực hiện qua các giai
đoạn.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
2. Nguyên lý hoạt động
 Sau khi lấy chi tiết ra khỏi hệ thống SLA, chi tiết phải trải qua một loạt
các quá trình hậu xử lý (post-processing). Đầu tiên, những chất polymer
dư ra được làm sạch hết. Những chi tiết được làm sạch bằng những
phương pháp chuẩn để bỏ đi những chất nhựa dư với: Tri-propylene
Glycol Monomethyl Ether, rửa bằng nước, sau cùng rửa bằng iso-propyl
alcohol, và chi tiết được làm khô trong khơng khí. Do tia laser khơng cung
cấp đủ năng lượng để xử lý hoàn toàn chi tiết, nên ở quá trình xử lý tinh
chi tiết được thực hiện bằng thiết bị xử lý tinh PCA (Post-Curing
Apparatus). PCA là một buồng với một bàn quay và những bóng đèn
chiếu tia tử ngoại. Thông thường, người ta đặt chi tiết trong PCA khoảng
từ 30 phút đến một giờ. Chi tiết sẵn sàng để lấy ra khỏi cơ cấu phụ trợ và
để xử lý bề mặt như: đánh bóng, mạ phủ,… nếu có yêu cầu.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
 Hình ảnh máy in 3D sử dụng công nghệ SLA của
công ty 3D Systems.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
3. Phần mềm được sử dụng trong SLA

 Phần mềm được sử dụng trong các hệ thống SLA là MeastroTM bao gồm
một số mơđun sau:
• Mơđun kiểm tra (3D verifyTM Module): Mơđun này cho phép đọc file
STL và chỉnh sửa trực tiếp mà không cần phải trở về phần mềm thiết kế
CAD 3D ban đầu.
• Mơđun quan sát (ViewTM Module): Module có thể hiển thị file .STL và
file .SLI (Slice File) dưới dạng đồ hoạ. Chức năng quan sát được dùng để
kiểm tra trực quan và định hướng các dữ liệu này sao cho tối ưu hố q
trình tạo mẫu.
• Mơđun kết hợp (Merge Module): Module này kết hợp tất cả các files .
SLI thành một file thống nhất chuẩn bị cho quá trình tạo mẫu.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
3. Phần mềm được sử dụng trong SLA
•

•

Mơđun hỗ trợ (VistaTM Module): Module này cơng cụ mạnh của phần
mềm. Nó tự động thiết kế thêm các kết cấu hổ trợ (supports) sản phẩm khi
sản phẩm ở trạng thái lơ lửng trong khối chất lỏng trong suốt q trình tạo
mẫu.
Mơđun quản lý sản phẩm (Part ManagerTM Module): Đây giai đoạn
đầu tiên của quá trình chuẩn bị tạo mẫu. Môđun này chuyển các file .STL
sang dạng bảng (spreadsheet).


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
4. Ưu và nhược điểm

 Ưu điểm
•
•
•
•
•

Q trình làm việc khơng cần giám sát: hệ thống SLA được sử dụng một
cách liên tục, tự động hóa hồn tồn và khơng cần giám sát.
Thể tích chế tạo: các máy SLA khác nhau có dãy thể tích buồng chế tạo từ
nhỏ đến lớn khác nhau, phù hợp với yêu cầu của người sử dụng.
Độ chính xác cao: hệ thống SLA có độ chính xác cao, nên có thể được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực.
Chất lượng bề mặt: SLA có thể tạo sản phẩm có được bề mặt tốt nhất
trong các hệ thống tạo mẫu nhanh, có độ mịn độ sắc nét cao.
Vật liệu sử dụng: vật liệu sử dụng đa dạng, từ vật liệu cho mục đích chung
đến vật liệu đặc biệt cho ứng dụng riêng.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
 Mẫu tạo bởi phương pháp SLA chi tiết có bề mặt
mịn, bóng và độ sắc nét cao.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA

Mẫu tạo bởi công nghệ SLA so với công nghệ khác.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA

4. Ưu và nhược điểm
 Nhược điểm
•
•

•
•

Cần có cơ cấu hỗ trợ: cần có cấu trúc hỗ trợ (Supports) cùng với cấu
trúc chính đối với các bộ phận lồi ra, lõm vào của chi tiết.
Sản phẩm cần hậu xử lý: xử lý sản phẩm bao gồm loại bỏ bộ phận hỗ trợ
và các vật liệu khơng mong muốn, q trình này tốn thời gian và có thể
gây tổn hại cho mơ hình.
Cần q trình hậu lưu hóa (Post-curing): q trình này có thể cần để lưu
hóa hồn chỉnh và đảm bảo tính đồng nhất của chi tiết.
Có thể gây ra cong vênh cục bộ, chất hóa học sử dụng có tính độc hại.


III. Phương pháp tạo hình lập thể SLA
 In 3D cánh quạt với công nghệ SLA phần nhô ra bên dưới
cần phải có hệ thống Supports.