(Đồ án hcmute) nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ đùn ép hạt nhựa cho máy in 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BỘ ĐÙN ÉP HẠT NHỰA CHO MÁY IN 3D

GVHD: Th.S ĐOÀN TẤT LINH
SVTH: NGUYỄN VĂN THUẬN
MSSV: 13143341
SVTH: HUỲNH XUÂN TRIỀU
MSSV: 13143368
SVTH: NGUYỄN ĐẮC PHƯƠNG DUY
MSSV: 13143050

SKL 0 0 4 8 9 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

do an


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐÙN ÉP HẠT

NHỰA CHO MÁY IN 3D
GVHD: Th.S ĐOÀN TẤT LINH
SVTH: NGUYỄN VĂN THUẬN
MSSV: 13143341
SVTH: HUỲNH XUÂN TRIỀU
MSSV: 13143368
SVTH: NGUYỄN ĐẮC PHƢƠNG DUY
MSSV: 13143050
KHỐ: 13

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

do an


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐÙN ÉP HẠT
NHỰA CHO MÁY IN 3D
GVHD: Th.S ĐOÀN TẤT LINH
SVTH: NGUYỄN VĂN THUẬN
MSSV: 13143341
SVTH: HUỲNH XUÂN TRIỀU
MSSV: 13143368
SVTH: NGUYỄN ĐẮC PHƢƠNG DUY
MSSV: 13143050
KHỐ: 13

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

i

do an


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Bộ mơn: Cơng nghệ chế tạo máy

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

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Văn Thuận

MSSV: 13143341

Huỳnh Xuân Triều

MSSV: 13143368

Nguyễn Đắc Phƣơng Duy MSSV: 13143050
Ngành: Cơ khí chế tạo máy

Lớp:131431

Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S ĐOÀN TẤT LINH

ĐT:

Ngày nhận đề tài:

Ngày nộp đề tài:

1.Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3. Nội dung thực hiện đề tài:

4. Sản phẩm:

TRƢỞNG BỘ MÔN
DẪN

GIÁO VIÊN HƢỚNG

ii

do an


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Bộ mơn: Cơng nghệ chế tạo máy

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

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Thuận

MSSV: 13143341

Hội đồng: 15

Họ và tên sinh viên: Huỳnh Xuân Triều

MSSV: 13143368

Hội đồng:15

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đắc Phƣơng Duy

MSSV:13143050

Hội đồng: 15

Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ đùn ép nhựa hạt cho máy in 3D
Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy
Họ và tên GV hƣớng dẫn: Th.S ĐOÀN TẤT LINH
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
............................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

iii

do an


2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát
triển)
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

3. Đánh giá:

iv

do an

TT
1.

Hình thức và kết cấu ĐATN
Đ ng

2.

Điểm
tối đa

Mục đánh giá

Điểm đạt
đƣợc

30

r at với đ y đủ cả hình thức và nội dung của các ục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật,
h a học hội

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành ph n, hoặc quy
trình đáp ứng yêu c u đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mềm chuyên
ngành

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

4. Kết luận:
 Đƣợc phép bảo vệ
 Không đƣợc phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng

năm 20…

Giảng viên hƣớng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)

v

do an

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Bộ mơn Cơng nghệ chế tạo máy

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

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Thuận

MSSV: 13143341

Hội đồng 15

Họ và tên sinh viên: Huỳnh Xuân Triều

MSSV: 13143368

Hội đồng 15

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đắc Phƣơng Duy

MSSV: 13143050

Hội đồng 15

Tên đề tài:Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ đùn ép nhựa hạt cho máy in 3D
Ngành đào tạo: Cơ khí chế tạo máy

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ......................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát
triển)
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

vi

do an


............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................................

5. Câu hỏi:
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:

vii

do an


1.

Hình thức và kết cấu ĐATN
Đ ng

2.

Điểm
tối đa

Mục đánh giá

TT

Điểm đạt
đƣợc

30

r at với đ y đủ cả hình thức và nội dung của các ục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật,
h a học hội

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành ph n, hoặc quy
trình đáp ứng yêu c u đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, ph n mề chuyên ngành

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

7. Kết luận:
 Đƣợc phép bảo vệ
 Không đƣợc phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng

năm 20

Giảng viên phản biện

((Ký, ghi rõ họ tên)

viii

do an


LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐÙN ÉP HẠT NHỰA
CHO MÁY IN 3D
GVHD: Th.S ĐOÀN TẤT LINH
Họ tên sinh viên: NGUYỄN ĐẮC PHƢƠNG DUY
MSSV: 13143050 Lớp: 131431C
Số điện thoại liên lạc: 0906117540
Email:
Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN THUẬN
MSSV:13143341 Lớp: 131431D
Số điện thoại liên lạc: 01212010895
Email:
Họ tên sinh viên: HUỲNH XUÂN TRIỀU
MSSV: 13143368 Lớp: 131431D
Số điện thoại liên lạc: 0971799038
Email:
Ngày nộp khố luận tốt nghiệp (ĐATN):...../....../2017
Lời cam kết: “Tơi in ca đ an h á luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình d
chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tơi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nà đ
được cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi
xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 20…..
Ký tên

ix

do an


LỜI CẢM ƠN
Khơng lời nào có thể thay cho lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất gửi đến Thầy
Ths. Đoàn Tất Linh (Khoa Chất lƣợng cao – Trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật
TPHCM) đã là ngƣời dẫn dắt chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Thầy đã gợi mở những ý tƣởng và có những lúc tƣởng chừng nhƣ bế tắc trong những
phƣơng án thì thầy ln sẵn sàng cho chúng em những lời khuyên, đặt tình huống cho
chúng em. Trong quá trình làm chúng em có đơi lúc làm thầy khó chịu vì lƣợng kiến
thức hạn hẹp và chậm tiến độ hơn các nhóm khác nhiều nhƣng thầy vẫn bỏ qua và đốc
thúc chúng em để kịp tiến độ. Và một lần nữa, chúng em xin cảm ơn thầy vì thầy
khơng những cho chúng em kiến thức chuyên môn, thực tiễn của thị trƣờng,... mà thầy
còn cho chúng em cả tấm lòng, tinh thần làm việc...CHÚNG EM CẢM ƠN THẦY.
Để hoàn thành đồ án này không chỉ là thành quả của riêng bản thân mà đó là một
q trình của rất nhiều ngƣời:
Cảm ơn gia đình, những ngƣời đã tin tƣởng chúng con và tạo điều kiện cho chúng
con làm trong suốt q trình khơng chỉ về điều kiện kinh tế mà mà còn cả về tinh thần.
CẢM ƠN BỐ MẸ.
Cảm ơn tất cả thầy cô Trƣờng đại học Sƣ phạm kỹ thuật TPHCM đã tổ chức buổi
lễ bảo vệ đồ án để chúng em có thể học hỏi kiến thức từ các bạn, tạo điều kiện cho
chúng em trao dồi các kiến thức mềm để phục vụ mai sau. CẢM ƠN TẤT CẢ THẦY
CÔ.
Cảm ơn các bạn đã đồng hành cùng nhóm, hỗ trợ cho nhóm mỗi khi khó khăn về
kinh tế, khơng nắm rõ thị trƣờng thực tế, cũng có khi là cả về những phƣơng án để
nhóm có thể lựa chọn và hoàn thành đồ án. CẢM ƠN CÁC BẠN.
Do lƣợng kiến thức cịn hạn hẹp vì thế trong q trình thực hiện cịn nhiều sai sót

mong đƣợc các thầy và các bạn bỏ qua.

x

do an


TÓM TẮT
Với sự phát triền Khoa học – Kỹ thuật chắc hẳn ai cũng đã từng đƣợc nghe về: âm
thanh 3D, hình ảnh 3D, phim 3D,... đó là những kỹ xảo, góc nhìn, mơ phỏng nhằm tạo
ra ảo giác cho chúng ta khi tiếp cận với chúng để ta có đƣợc cảm giác thật nhất. Trong
những năm gần đây, một công nghệ rất tiên tiến phát triển rất mạnh ở Việt Nam hiện
nay đó là cơng nghệ in 3D. Khơng nhƣ phim ảnh 3D, cơng nghệ in 3D khơng mang
tính chất mô phỏng mà ở đây công nghệ nãy cho chúng ta thấy đƣợc sản phẩm thật có
thể sờ đƣợc, cầm trên tay, và quan sát từng chi tiết sản phẩm. Công nghệ in 3D đƣợc
hoạt động theo nguyên lý xếp chồng các hình cắt lên nhau, vì thế với các chi tiết từ đơn
giản cho đến hết sức phức tạp cũng chả là mối lo ngại với in 3D. Ngày nay ngƣời ta
muốn ứng dụng công nghệ này vào rất nhiều hoạt động mang tính cách mạng nhƣ: sản
xuất khung xe hơi, các mơ hình chi tiết phức tạp khơng thể gia cơng đƣợc,...Khơng chỉ
tiết kiệm đƣợc chi phí về nhân cơng mà nó cịn giúp tiết kiệm về thời gian làm việc đối
với những chi tiết phức tạp. Chính vì lẽ đó, con ngƣời ln tìm cách để cải tiến công
nghệ này để đạt đƣợc hiểu quả tối ƣu nhất. Và cũng nắm bắt đƣợc một ít cơng nghệ
hiện tại nên Thầy Ths. Đồn Tất Linh và nhóm chúng em đã cùng nhau lên ý tƣởng để
cải tiến máy in 3D.
Lấy ý tƣởng của máy đùn nhựa, chúng em đã thực hiện mơ hình của máy đùn nhựa
vít tải đơn với nguyên lý làm nóng chảy nhựa hạt khi đƣợc đƣa vào phễu nạp, nhờ trục
vít tải quay và mang các hạt nhựa theo, đồng thời làm nhiệm vụ trộn, ép với xy lanh để
bộ phận gia nhiệt nung chảy hồn tồn nhựa, sau đó nhựa đƣợc trục vít tải dẫn ra đầu
định hình để tạo ra phơi dây cung cấp cho máy in.

xi

do an


MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT ........................................................................................................... ix
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. x
TÓM TẮT ................................................................................................................... xi
MỤC LỤC .................................................................................................................xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... xiv
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH............................................................................. xv
DANH MỤC VIẾT TẮT .......................................................................................... xvii
Chƣơng 1 Tổng quan .................................................................................................... 1
1.1. Thế giới ......................................................................................................... 1
1.2. Lịch sử ngành nhựa Việt Nam ....................................................................... 4
Chƣơng 2 Giới thiệu ................................................................................................... 10
2.1. Lịch sử và sự phát triển của máy in 3D ........................................................ 10
2.2. Giới thiệu về máy in thông dụng FDM ........................................................ 16
2.3. Máy in 3D cỡ lớn ........................................................................................ 21
2.4. Giới thiệu máy đùn ép nhựa......................................................................... 24
2.4.3. Cấu tạo cơ bản của máy đùn trục vít ......................................................... 28
Chƣơng 3 Nghiên cứu thiết kế đầu ép phun cho máy in 3D ........................................ 39
3.1. Tính tốn xy lanh......................................................................................... 39
3.2. Năng suất lý thuyết của máy ép: .................................................................. 42
3.3. Công suất yêu cầu: N (Kw) ......................................................................... 43
3.4. Điều chỉnh và kiểm tra quá trình ép đùn: ..................................................... 44
3.5. Phƣơng trình chuyển động, gia tốc và vận tốc ............................................. 44
3.6. Tính sơ bộ cơng suất động cơ ...................................................................... 46
3.7. Tính nhiệt độ trục ép.................................................................................... 48

3.8. Tính chọn các thơng số kỹ thuật của máy. ................................................... 49
3.9. Tính tốn bộ truyền đai................................................................................ 52
Chƣơng 4 Lựa chọn vật liệu ....................................................................................... 57

xii

do an


4.1. PVC ............................................................................................................ 57
4.2. PE ............................................................................................................... 67
4.3. PP (polypropylene)...................................................................................... 71
4.4. PET(Polyethylene terephthalate) ................................................................. 73
4.5. PS (polystyren) ............................................................................................ 74
4.6. Nhựa ABS ................................................................................................... 75
Chƣơng 5 Thiết kế mạch điều khiển ........................................................................... 78
5.1. Động cơ....................................................................................................... 78
Chƣơng 6 Thực nghiệm .............................................................................................. 84
6.1. Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D.................................................................... 84
6.2. Mục tiêu thực nghiệm .................................................................................. 86
6.3. Kết quả thực nghiệm: .................................................................................. 87
6.4. Sản phẩm của bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D: ............................................ 88
Chƣơng 7 Kết luận và kiến nghị ................................................................................. 91
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 93

xiii

do an

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Nhiệt độ nóng chảy gia công một số vật liệu................................................ 33
Bảng 3.1: Phân phối tỉ số truyền ................................................................................. 53
Bảng 3.2: Thông số đai ............................................................................................... 53
Bảng 3.3: Thông số đai ............................................................................................... 55
Bảng 5.1: Kết quả thực nghiệm .................................................................................. 87
Bảng 6.2: Sai hỏng – nguyên nhân – khắc phục .......................................................... 88

xiv

do an


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Chuỗi giá trị ngành nhựa thế giới .................................................................. 2
Hình 1.2: Cơng nghệ phun thổi..................................................................................... 7
Hình 1.3: Cơng nghệ thổi màng .................................................................................... 7
Hình 1.4: Cơng nghệ thổi chai, lọ ................................................................................. 8
Hình 1.5: Cơng nghệ ép khn ..................................................................................... 8
Hình 2.1 Q trình hình thành và phát triển máy in 3D............................................... 11
Hình 2.2: Các sản phẩm in 3D phức tạp...................................................................... 19
Hình 2.3: Máy in 3D cỡ nhỏ ....................................................................................... 20
Hình 2.4: Cấu tạo đầu phun máy in 3D ....................................................................... 21
Hình 2.5: Máy in 3D khổ lớn ...................................................................................... 22
Hình 2.6: Sản phẩm in 3D đạt tỉ lệ 1:1 với con ngƣời ................................................. 23
Hình 2.7: Máy ép đùn nhựa trục vít đơn ..................................................................... 26
Hình 1.8: Máy ép đùn nhựa trục vít đơi ...................................................................... 26
Hình 2.9: Máy đùn nhựa trục hành tinh ...................................................................... 27
Hình 2.10: Máy đùn nhựa RAM: ................................................................................ 28
Hình 2.11: Cấu tạo máy đùn ép nhựa trục vít đơn ....................................................... 29

Hình 2.12: Trục vít đùn ép nhựa ................................................................................. 30
Hình 2.13: Thơng số cơ bản trục vít đùn ..................................................................... 31
Hình 3.1: Đồ thị chỉ sự phụ thuộc của áp suất vào chiều cao....................................... 40
Hình 3.2: Đồ thị chỉ sự phụ thuộc của áp suất vào chiều dài trục vít ........................... 41
Hình 3.3 : Đồ thị chỉ sự phụ thuộc của hệ số ma sát với áp lực ................................... 41
Hình 3.4: Sự phụ thuộc của lực dọc trục và áp suất..................................................... 42
Hình 3.5: Phản lực tại trục vít ..................................................................................... 44
Hình 3.6: Các lực tác dụng lên trục vít........................................................................ 46
Hình 4.1 : Cấu tạo nhánh LDPE ................................................................................. 68
Hình 4.2: Cấu tạo nhánh LDPE, LLDPE, HDPE ........................................................ 68
Hình 4.3: Nhựa PET ................................................................................................... 73
Hình 4.4: Nhựa PS...................................................................................................... 74

xv

do an


Hình 4.5: Nhựa ABS .................................................................................................. 76
Hình 5.1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. ......................... 79
Hình 5.2: Động cơ Servo ............................................................................................ 80
Hình 5.3: Động cơ bƣớc ............................................................................................. 81
Hình 5.4: Sơ đồ đấu nối mạch động cơ bƣớc .............................................................. 83
Hình 6.1: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D ................................................................... 84
Hình 6.2: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D ................................................................... 85
Hình 6.3: Bộ đùn ép nhựa cho máy in 3D ................................................................... 86
Hình 6.4: Nhựa PS rổ khí bề mặt ................................................................................ 89
Hình 6.5: Nhựa PS bị quá nhiệt .................................................................................. 89
Hình 6.6: Nhựa PP...................................................................................................... 89
Hình 6.7: Nhựa PS...................................................................................................... 90

Hình 6.8: Nhựa PE ..................................................................................................... 90

xvi

do an


FDM
CAD
NASA
ABS
PLA
FFF
CNC
BAAM
PA
PP
PE
PVC
PS
LDPE
DOP
DOA
DINP
BBP
LLDPE
HDPE
PET

DANH MỤC VIẾT TẮT

Fuse Deposition Modelling
Computer Aided Design
National Aeronautics and Space Administration
Acrylonitrin butadien styren
Polylactic acid
Fused Filament Fabrication
Computer Numerical Control
Big Area Additive Manufacturing
PolyAmide
Polypropylene
polyethylene
Polyvinylclorua
Polystiren
Low Density Polyethylene
Dioctylphthalate.
DioctylAdipate.
Disonylphthalate.
Butylbenzylphthalate .
Linear Low Density Polythylene
High Desity Polyethylene
Polyethylene Terephthalate

xvii

do an


Chƣơng 1 Tổng quan
1.1. Thế giới
1.1.1. Lịch sử ngành nhựa thế giới

Nhựa mà chúng ta dùng ngày nay có nguồn gốc từ cuối thế kỷ 19 khi mà các nhà
khoa học châu âu và Mỹ đã nghiên cứu bằng cách trộn nhiều loại cao su và chất phụ
gia với nhau.
Vật liệu nhựa nhân tạo đầu tiên đƣợc phát minh vào năm 1861 bởi Alexander
Parkes và đƣợc cơng bố chính thức với toàn thể thế giới vào năm 1862 tại một triển
lãm quốc tế ở London, gọi tên là nhựa Parkesine. Một loại nhựa hữu cơ tổng hợp từ
cellulose (phiên âm tiếng việt và viết xenlulo, xenlulozơ, xenluloza hoặc xenlulô). Đặc
điểm loại nhựa này là có thể gia nhiệt, tạo hình và giữ ngun hình dạng khi nguội.
Tuy nhiên chi phí sản xuất tốn kém, khó chế tạo và dễ cháy.
Năm 1868, nhà phát minh ngƣời Mỹ John Wesley Hyatt phát triển một vật liệu
nhựa có tên là Celluloid đƣợc tổng hợp từ cellulose và alcoholized camphor đƣợc cải
tiến trên sự phát minh của Parkes. Giải quyết vấn đề vật liệu làm quả billard (bida)
bằng ngà voi, có thể làm cho voi tuyệt chủng, nhựa Celluloid ra đời là một sự thay thế
tuyệt vời lúc đó.
Cùng với ngƣời anh trai Isaiah của mình, Hyatt đã chế tạo ra máy ép phun đầu
tiên và đƣợc cấp bằng sáng chế năm 1872. Chiếc máy này tƣơng đối đơn giản so với
các máy ép phun đang sử dụng ngày nay. Máy làm việc tựa nhƣ một ống kiêm tiêm,
bằng cách sử dụng một piston để ép nhựa xuyên qua xi lanh đƣợc làm nóng và đi vào
lịng khn. Ngành cơng nghiệp nhựa phát triển chậm chạm trong những năm này vì sự
hạn chế cơng nghệ.
Ngành cơng nghiệp nhanh chóng phát triển và mở rộng trong những năm 1940 vì
chiến tranh thế giới thứ II đã tạo ra một nhu cầu rất lớn cần sản phẩm tốn ít chi phí, sản
xuất hàng loạt. Năm 1946, nhà phát minh Mỹ James Watson Hendry phát triển máy ép
trục vít đầu tiên, cho phép kiểm sốt chính xác hơn nhiều tốc độ ép và chất lƣợng sản
phẩm. Máy này cho phép trộn vật liệu trƣớc khi phun để pha màu nhựa hoặc trộn đều
nhựa tái chế với nguyên liệu nhựa chƣa dùng trƣớc khi phun. Máy ép trục vít vẫn đƣợc
giữ và phát triển cho đến ngày này.
Các cột mốc phát triển quan trọng đáng ghi nhớ:
Năm 1862: Alexander Parkes phát minh nhựa Parkesine – nhựa nhân tạo đầu tiên.

1

do an


Năm 1872: Hyatt phát minh nhựa Celluloid và cùng với anh trai Isaiah phát minh
chiếc máy ép nhựa đơn giản đầu tiên.
Năm 1946: James Watson Hendry phát triển máy ép nhựa trục vít nhƣ ngày nay.
1.1.2. Chuỗi giá trị ngành nhựa thế giới

Hình 1.1: Chuỗi giá trị ngành nhựa thế giới
Trong chuỗi giá trị của ngành nhựa, đầu tiên, những cơng ty hóa dầu sẽ dùng kỹ
thuật “cracking” chuyển hóa dầu thơ và khí thiên nhiên thành những hợp chất
hidrocacbon cấp độ thấp hơn, sau đó tạo ra các khối monome là thành phần chính đƣợc
sử dụng bởi những cơng ty sản xuất nguyên liệu nhựa. Dƣới tác dụng nhiệt, áp suất và
kèm các chất xúc tác, cơng nghệ hóa nhựa sẽ kết nối các khối monomer thành polymer
và hình thành những loại nguyên liệu nhựa.
Với đặc tính dễ dàng vận chuyển, những nguyên liệu nhựa này sau đó sẽ đƣợc
chuyển tới những nhà máy sản xuất nhựa trên khắp thế giới, với những máy móc
chuyên dụng sản xuất chất dẻo, kết hợp các chất phụ gia và chất độn, những nhà máy
này sẽ cho ra những sản phẩm nhựa sử dụng cho tiêu dùng và các ngành công nghiệp
khác.
Gần 60% sản lƣợng nguyên liệu nhựa sản xuất ra đƣợc dùng để sản xuất bao bì,
vật liệu xây dựng, phụ tùng ô tô… Một ngành công nghiệp quan trọng khác tiêu thụ
nguyên liệu nhựa là những nhà sản xuất nhựa phức hợp “plastic compounders” (phối

2

do an

trộn hạt nhựa với các vật liệu khác để đạt đƣợc những đặc tính vƣợt trội hơn theo yêu
cầu của khách hàng, ví dụ nhƣ phối màu sắc, thêm tính linh hoạt, khả năng chống tia
cực tím…). Ngành cơng nghiệp sản xuất sơn, sợi nhân tạo, dây cáp điện, và các bộ
phận xe cơ giới cũng là những ngành tiêu thụ nguyên liệu nhựa chính.
Phần lớn sản lƣợng nguyên liệu nhựa đƣợc vận chuyển đến các nhà máy sản xuất
sản phẩm nhựa, ngành cơng nghiệp sản xuất nhựa đã hồn thành cuộc hành trình
chuyển hóa từ hydrocarbon vào các sản phẩm cuối cùng, những vật dụng hiện hữu
trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
Chuỗi giá trị ngành nhựa có thể phân chia ra các thành phần chi tiết:
Đầu vào:
Công ty cung ứng nguyên liệu hóa dầu và chất phụ gia.
Công ty sản xuất nguyên liệu nhựa.
Công ty “plastic compounders” – chuyển đổi tính chất nguyên liệu nhựa bằng
việc phối trộn các polymers với những phụ gia khác và sản xuất ra các loại hạt nhựa.
Sản xuất:
Công ty sản xuất máy móc – cung cấp máy móc, thiết bị sử dụng trong công
nghiệp chất dẻo.
Công ty sản xuất nhựa – biến đổi nguyên liệu nhựa thành những sản phẩm nhựa
cuối cùng.
Đầu ra:
Công ty phân phối, hệ thống bán lẻ - đƣa sản phẩm tới khách hàng cuối cùng
Tái chế:
Công ty thu gom, tái chế sản phẩm nhựa
Theo nghiên cứu của hiệp hội nhựa Thái Lan, q trình chuyển hóa từ dầu mỏ/khí
thiên nhiên thành các sản phẩm nhựa cuối cùng sẽ gia tăng giá trị gấp 6 lần so với giá
nguyên liệu đầu vào. Cụ thể:
Giá trị khí thiên nhiên/dầu thô: 220-500 USD/tấn
Giá trị Ethane/Naphtha: 340-560 USD/tấn
Giá trị Olefins: 1200-1500 USD/tấn

Giá trị nguyên liệu nhựa: 1300-1600 USD/tấn
Giá trị sản phẩm nhựa: 1400-3200 USD/tấn

3

do an


1.2. Lịch sử ngành nhựa Việt Nam
Ở Việt Nam, cho đến những năm 1960, sản phẩm nhựa vẫn còn xa lạ với công
chúng. Một trong những bƣớc đi đầu tiên trong ngành công nghiệp nhựa Việt Nam bắt
đầu từ năm 1959 - 1962, khi Trung Quốc đã giúp xây dựng Nhà máy hố chất Việt Trì
nhằm mục đích phát triển một dây chuyền sản xuất nhựa PVC với công suất lắp đặt
ban đầu là 350 tấn/năm, sau đó sẽ tăng lên đến 500 tấn/năm vào năm 1975.
Tuy nhiên, sau 9 năm hoạt động, nhà máy đã phải đóng cửa do cơng suất thấp
(trung bình khoảng 30%), cơng nghệ lạc hậu, hiệu quả máy móc thiết bị thấp và giá
thành sản xuất cao hơn so với các sản phẩm nhập khẩu.
Ngành cơng nghiệp nhựa tại Việt Nam vào thời điểm đó chủ yếu là quá trình lắp
ráp nhựa và hầu hết tất cả các loại sản phẩm nhựa đều đƣợc nhập khẩu. Các sản phẩm
nhựa trong giai đoạn này chỉ có thiết kế đơn giản, tính đa dạng thấp cũng nhƣ hạn chế
về số lƣợng sản phẩm. Do đó, trong thời gian đầu những năm 80, thị trƣờng nhựa Việt
Nam vẫn tràn ngập các sản phẩm nhập ngoại. Với sự khởi đầu của cuộc cải cách đổi
mới chính trị và kinh tế ở Việt Nam trong những năm 1990, ngành công nghiệp nhựa
bắt đầu cải thiện đáng kể, tăng 20-25% mỗi năm đi kèm với việc đa dạng hóa về chủng
loại và số lƣợng và chất lƣợng tốt hơn. Từ đó, ngành công nghiệp sản xuất nhựa của
Việt Nam đã đƣợc quan tâm đầu tƣ, dần đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu thụ của thị trƣờng
trong nƣớc và dần dần đƣa sản phẩm xuất khẩu ra các thị trƣờng trong khu vực và quốc
tế.
Ở Việt Nam, cũng nhƣ tất cả các nƣớc Đông Nam Á khác, công nghiệp sản xuất
nguyên liệu cho ngành nhựa đều khởi đầu từ PVC. Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt

Nam bắt đầu vào năm 1998 với sự hiện diện của liên doanh TPC Vina (tiền thân là
Mitsui Vina). Đây là liên doanh giữa Công ty Cổ phần Nhựa và Hóa chất Thái Lan
(TPC), Tổng Cơng ty Hóa chất Việt Nam (Vinachem) và Cơng ty Nhựa Việt Nam
(Vinaplast). Nhờ liên doanh này lƣợng PVC nhập khẩu giảm từ 74.000 tấn năm 1997
xuống còn 61.000 tấn vào năm 1999 và chỉ còn trên dƣới 50.000 tấn vào những năm
sau này.Công suất của TPC Vina là 100.000 tấn/năm. Cuối năm 2002, nhà máy sản
xuất PVC thứ hai (Liên doanh giữa Petronas Malaysia với Bà Rịa – Vũng Tàu) có cơng
suất 100.000 tấn/năm cũng bắt đầu tham gia vào thị trƣờng.
Trong giai đoạn 2008-2012, ngành công nghiệp nhựa Việt Nam đã tăng trƣởng
với tốc độ trung bình

4

do an


20%/năm. Sản lƣợng sản xuất trong năm 1989 là chỉ có 50.000 tấn, đến năm 2006
tăng lên tới 1.6 triệu tấn. Sản lƣợng tiếp tục tăng lên 4.5 triệu tấn vào năm 2012. Trong
những năm gần đây, sản lƣợng nhựa đã tiếp tục phát triển, mặc dù với tốc độ chậm
hơn, ƣớc tính đạt 6.5-7 triệu tấn sản phẩm trong năm 2016.
Năm 1975, chỉ số tiêu thụ chất dẻo trung bình trên đầu ngƣời ở Việt Nam chỉ là
1kg/ngƣời/năm và khơng có bất kỳ dấu hiệu gia tăng nào cho đến năm 1990. Từ năm
2000 trở đi, mức tiêu thụ bình quân đầu ngƣời đã tăng liên tục, từ 21kg vào năm 2005
lên gần 40kg vào năm 2012-2014 và ƣớc đạt trên 50kg/ngƣời vào cuối năm 2016.
1.2.1. Sản xuất
1.2.2. Máy móc, thiết bị ngành Nhựa Việt Nam
Việt Nam hiện đang nhập khẩu khoảng 90% tổng số máy móc, thiết bị phục vụ
cho hoạt động sản xuất nhựa trong nƣớc. Trong năm 2014, kim ngạch nhập khẩu máy
móc thiết bị để sản xuất chất dẻo (nhựa & cao su) đạt 603 triệu USD. Phần lớn các máy
móc nhập khẩu từ các nƣớc châu Á (bao gồm Trung Quốc, Nhật Bản, Đài Loan và Hàn

Quốc) và các nƣớc châu Âu (Đức, Ý…). Trong đó, 82% giá trị máy móc thiết bị sản
xuất chất dẻo đƣợc nhập từ châu Á. Mặc dù chi phí thấp, máy móc nhập khẩu từ các thị
trƣờng nhƣ Trung Quốc, Đài Loan có nhiều điểm lạc hậu hơn so với những thiết bị
nhập từ Đức, Ý, và Nhật Bản.
Trong giai đoạn 2010 - 2014, cùng với sự tăng trƣởng nhanh chóng của ngành
cơng nghiệp nhựa, các cơng ty nhựa đã đầu tƣ rất mạnh trong việc nâng cấp cơng nghệ
và máy móc, thiết bị để có thể cạnh tranh hiệu quả trong cả hai thị trƣờng trong nƣớc
và quốc tế. Hiện nay, có hơn 10.000 máy móc, thiết bị trong ngành cơng nghiệp nhựa
trong đó có khoảng 6.000 máy ép đúc, 3.000 máy thổi đúc và 1.000 máy đùn. Hầu hết
các máy móc cơng nghệ cao tập trung ở các công ty lớn.
1.2.2.1 Công nghệ sử dụng trong ngành Nhựa Việt Nam
Công nghệ ép đúc (Injection Moulding technology)
Việt Nam hiện có khoảng 6.000 máy ép đúc dùng để tạo các bộ phận nhựa và phụ
tùng cho các thiết bị điện tử, thiết bị điện, xe máy và ngành cơng nghiệp ơ tơ tại Việt
Nam, 75% trong số đó là máy móc cũ, cơng nghệ chƣa hiện đại. Chỉ có khoảng 1.000
trong số đó là của thế hệ mới. Một số thƣơng hiệu máy móc chính hiện đang có mặt
trên thị trƣờng Việt Nam bao gồm:
Châu Âu: Engel (Áo); Demag, Battenfeld, Krauss maffei, Arburg (Đức)
NAFTA: Husky (Canada)

5

do an


Châu Á: Mitsubishi, Nigata, Toshiba, Kawaguchi, Sumitomo, Nissei, Kurabe
(Nhật Bản); Chen De, Chuan Tian, Hai Tian, Yue Hong, Jwell, Keewa, Dakelianshun
(Trung Quốc); LG, Dongshin, Woo Jin, Jinhwa (Hàn Quốc); Chuan Lihfa, Fu chu sin,
Lien yu, Yanghing, Jonwai, Han Chang (Đài Loan)
Công nghệ thổi/phun (Injection blow moulding technology)

Một số lƣợng lớn các công ty sản xuất sản phẩm nhựa tại Việt Nam đang sử dụng
máy ép thổi để sản xuất các sản phẩm bao bì nhựa (bao gồm cả chai PET, thùng nhựa).
Các nhãn hiệu máy móc chính hiện nay trên thị trƣờng Việt Nam bao gồm:
Châu Âu: Sipa (Italia); Sidel (Pháp)
NAFTA: Husky (Canada)
Châu Á: Nissei, Placo (Nhật Bản); Kaimei, Parker (Đài Loan); Sinco (Thái Lan);
Hongzhen (Trung
Quốc)
Công nghệ đùn (Extrusion Technology)
Công nghệ đùn thƣờng đƣợc sử dụng để làm ống thoát nƣớc PVC, ống cấp nƣớc
PE, ống nhôm, nhựa, dây cáp quang, cửa nhựa, khung, mái nhà, và các tấm phủ tƣờng.
Các nhãn hiệu chính bao gồm:
Châu Âu: Amut SP (Italia); Battenfelf – Kraussmaffei (Đức); Cincinati (Áo)
NAFTA: PTI – Plastic technical International GmbH, SMS Plastic Technology,
Tecnomatic (Mỹ)
Châu Á: Shin Kwang Engineering Co., (SK), Yarn Bang Electrical Machinery
Co., ltd., SM Platek (Hàn Quốc); Ka lien, Wuhan, Sen fa Machine Co., ltd (Đài Loan);
Koei Industrial Co., Ltd, Nissei, Sumittomo, Mitsubishi (Nhật Bản), Zhangjiagang
(Trung Quốc).
Một số quy trình sản xuất các sản phẩm nhựa chính tại Việt Nam.
Ống nhựa (PVC, HDPE, PP-R), thanh Profile (cửa nhựa) – CƠNG NGHỆ ĐÙN.
Túi nilon, bao bì – CÔNG NGHỆ PHUN THỔI.

6

do an