Hcmute nghiên cứu sản phẩm của máy in 3d với độ chính xác kích thước và bền kéo
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.84 MB, 119 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN
NGUYÊN CỨU SẢN PHẨM CỦA MÁY IN 3D VỚI
ĐỘ CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC VÀ BỀN KÉO
MÃ SỐ: SV2019-116
SKC 0 0 6 8 0 3
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2019
Luan van
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
NGUYÊN CỨU SẢN PHẨM CỦA MÁY IN 3D VỚI
ĐỘ CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC VÀ BỀN KÉO
Mã đề tài: SV2019-116
Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật
SV thực hiện:
Nguyễn Trọng Huynh
Nam
Trần Mạnh Kiên
Nam
Dân tộc:
Kinh
Lớp, khoa:
Lớp 15143CL3 - Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao
Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy
Năm thứ: 4/4
(SV chịu trách nhiệm đề tài: Nguyễn Trọng Huynh)
Người hướng dẫn: Phạm Thị Hồng Nga
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2019
i
Luan van
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là khoa học máy
tính đã làm thay đổi căn bản mọi mặt của đời sống xã hội. Từ giữa thế kỷ XX, khi
công nghệ máy tính được đưa vào áp dụng trong sản xuất đã góp phần tự động hóa
sản xuất, giải phóng sức lao động của con người, tăng năng suất cũng như chất lượng
sản phẩm. Theo đó là sự ra đời của các phương thức sản xuất có sự trợ giúp của máy
tính và các máy cơng cụ được tích hợp bộ điều khiển số.
Ở Việt Nam, ngồi cơng nghệ CAD/CAM đã và đang được phát triển, ứng dụng rộng
rãi trong các xí nghiệp, nhà máy. Thì vài năm trở lại đây công nghệ tạo mẫu nhanh
(RPM) bước đầu đã được nghiên cứu và ứng dụng ở các viện nghiên cứu, các trung
tâm công nghệ cao. Công nghệ tạo mẫu nhanh (RPM) là tổ hợp của CAD, kỹ thuật
thiết kế ngược RE (Reverse Engineering), tạo mẫu nhanh RP (Rapid Prototyoing) và
kỹ thuật chế tạo nhanh RT (Rapid Tooling) mà RP là kỹ thuật chủ chốt. Kỹ thuật
RPM là kỹ thuật tạo nên sản phẩm mới, phù hợp với xu thế hoàn cầu hóa các phương
diện thị trường thương mại và sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, đổi mới sản phẩm
mẫu mã nhanh, sản xuất công nghệ cao, phù hợp với tính cạnh tranh của thị trường
ngày càng khốc liệt.
Tuy nhiên mẫu in 3D tồn tại một số điểm yếu, cụ thể là: độ bền cơ học khơng cao, sai
số kích thước giữa sản phẩm in so với kích thước ban đầu khá lớn. Đồ án “Nguyên
Cứu Độ Chính Xác Kích Thước Và Bền Kéo Của Sản Phẩm In 3D Bằng Phương Pháp
FDM” sẽ tập trung nghiên cứu về độ bền kéo và độ chính xác về kích thước của chi
tiết in 3D bằng phương pháp FDM và sự thay đổi độ bền kéo, kích thước khi thay đổi
các thơng số in. Giúp tìm ra phương án tối ưu nhất để mẫu in 3D có độ bền kéo cao
nhất và tối thiểu sai số về kích thước nhất.
Trong q trình làm nghiên cứu khoa học, mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn
chế về kiến thức và thiết bị nên khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự
góp ý của thầy cơ để đồ án hồn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong
khoa Cơ khí chế tạo máy trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM đã tận tình giúp
đỡ, chỉ dẫn và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
ii
Luan van
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ........................................................... vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................1
1.1 Tổng quan về tình hình cộng nghệ in 3D .......................................................1
1.1.1 In 3D và ứng dụng thực tế ........................................................................1
1.1.2 Ứng dụng công nghệ in 3D trong sản xuất và đời sống..........................1
1.2 Các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay .........................................................7
1.2.1 Phương pháp tạo mẫu lập thể SLA (Stereo Lithography Aparatus). .....7
1.2.2 Công nghệ in 3D JP ..................................................................................8
1.2.3 Công nghệ in 3D FDM (Fused Deposition Modeling) ............................8
1.2.4 Công nghệ in 3D SLS ...............................................................................9
1.2.5 Công nghệ in 3D 3DP ...............................................................................9
1.2.6 Công nghệ in 3D LOM ...........................................................................10
1.4. Ứng dụng công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM ................................12
1.5. Độ bền và độ chính xác kích thước của chi tiết in 3D ................................15
1.5.1. Khái quát về độ bền và độ chính xác kích thước của chi tiết in 3D ....15
1.5.2. Độ Bền Kéo .............................................................................................17
1.5.3. Phương pháp thử nghiệm độ bền kéo của chi tiết in 3D. ....................17
1.5.4 Độ chính xác kích thước .........................................................................19
1.5.5 Tính thiết thực của việc nghiên cứu, xác định độ bền kéo và độ chính
xác kích thước ..................................................................................................20
1.6. Mục tiêu của đề tài: .......................................................................................20
1.7. Phương pháp và nội dung: ...........................................................................21
Chương 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D ...................................................22
2.1. Thiết kế hệ thống cơ khí .................................................................................22
2.1.1. Tính tốn cụm trục X .................................................................................23
2.1.2. Cụm trục Z ..............................................................................................30
iii
Luan van
2.1.2.3. Ray dẫn hướng trục Z...........................................................................31
2.1.3. Thiết kế cụm trục Y.................................................................................32
2.1.4. Đầu phun nhựa ........................................................................................34
2.2. Bộ phận điều khiển cho máy in 3D độ chính xác cao ....................................36
2.3. Lắp ráp hồn chỉnh thiết bị in 3D có độ chính xác cao ..................................41
2.3.1 Các chi tiết trước khi lắp ráp ....................................................................41
2.3.2 Q trình lắp ráp, hồn thành máy in 3D độ chính xác ..........................47
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẪU THỬ BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN 3D
...................................................................................................................................55
3.1. Thông số mẫu thử ...........................................................................................55
3.2. Chế tạo mẫu thử .............................................................................................56
3.2.1. Phần mềm in ............................................................................................56
3.2.2. Chọn và giải thích ý nghĩa các thơng số in .............................................58
3.2.3. Tiến hành in.............................................................................................66
3.4. Sản phẩm in ....................................................................................................68
PHẦN 4: KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM IN 3D ...................................69
4.1. Độ bền kéo .....................................................................................................69
4.2. Phương pháp và trình tự khảo sát độ bền mỏi................................................69
4.2.1. Phương pháp khảo sát độ bền kéo...........................................................69
4.2.2. Trình tự tiến hành khảo sát độ bền kéo của chi tiết in 3D nhựa .............70
4.3. Một số hình ảnh trong quá trình khảo sát độ bền kéo của quá trình in 3D nhựa
...............................................................................................................................71
4.4. Các biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền kéo của các mẫu số liệu khi thay đổi
từng số liệu khác nhau ...........................................................................................74
4.5. Các biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ chính xác kích thước của các mẫu số liệu
khi thay đổi từng số liệu khác nhau ......................................................................83
4.6. Thuận lợi và khó khăn khi tiến hành khảo sát độ bền kéo và chính xác kích
thước của chi tiết in 3D nhựa. .............................................................................105
KẾT LUẬN ............................................................................................................106
1.
Các kết quả đạt được...............................................................................106
iv
Luan van
2.
Những vấn đề còn hạn chế. .....................................................................106
3.
Kết luận. ...................................................................................................107
TÀI LIỆU THAM KHẢO:........................................................................................ ix
v
Luan van
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
FDM: Fused Deposition Modeling
SLA: Stereolithography
DLP: Digital Light Processing
SLS: Selective Laser Sintering
SLM: Selective Laser Melting
EBM: Electron Beam Melting
LOM: Laminated Object Manufacturing
BJ: Binder Jetting
MJ: Material Jetting / Wax Casting
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng thông số động cơ SGMAV10A
Bảng 2.2: Các chi tiết máy in trước khi lắp ráp
Bảng 3.1: Các kiểu in
Bảng 3.2: Bảng thông số in
Bảng 4.1: Bảng số liệu và kết quả trung bình cộng của từng mẫu in sau khi khảo sát
độ bền mỏi bằng máy tạo mỏi và máy đo.
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1.1: Ngun lí đo độ bền mỏi
Hình 2.1: Bản vẽ lắp cụm cơ cấu trục XYZ
Hình 2.2: Bản vẽ lắp cụm trục X
Hình 2.3: Cấu tạo block trượt vuông TBI THR-F
vi
Luan van
Hình 2.4: Bản vẽ thiết kế tầm đỡ trục X
Hình 2.5: Bản vẽ tầm đỡ vịi phun
Hình 2.6: Bản vẽ thiết kế bàn máy
Hình 2.7: Bản vẽ thiết kế thanh đỡ vitme
Hình 2.8: Bản vẽ lắp cụm trục YZ
Hình 2.9: Sơ đồ mạch điện ramps 1.4 reprap 3d printer
Hình 2.10: Máy in 3D độ chính xác cao
Hình 3.1: Thơng số mẫu thử
Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi LAYER HEIGHT
Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi FIRST LAYER
HEIGHT
Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi INFILL DENSITY
Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi INFILL PATTERN
Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi TOP/BOTTOM
INFILL PATTERN
Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi TEMPERATURE
EXTRUDER
Hình 4.7: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi PERIMETERS
Hình 4.8: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi SOLID LAYER
TOP
Hình 4.9: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ bền mỏi khi thay đổi SOLID LAYER
BOTTOM
vii
Luan van
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THƠNG TIN NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ ĐỀ TÀI
1. Thơng tin chung:
Tên đề tài: Nguyên Cứu Sản Phẩm Của Sản Phẩm In 3D Với Độ Chính
Xác Kích Thước Và Bền Kéo
SV thực hiện: Nguyễn Trọng Huynh
Trần Mạnh Kiên
Lớp: 15143CL3
Khoa: ĐTCLC
Người hướng dẫn: Phạm Thị Hồng Nga
MSSV: 15143037
MSSV: 15143042
Năm thứ: 4/4
2. Mục tiêu đề tài: Thử nghiệm 85 mẫu thử độ chính xác kích thước và 22 mẫu
thử độ bền kéo. Phân tích và vẽ biểu đồ với sự thay đổi của các mẫu được in. Tìm
hiểu mối liên hệ giữa sản phẩm in 3D bằng phương pháp FDM thu được với các
thông số in để đáp ứng và cung cấp kịp thời những cải thiện công nghệ và kỹ thuật
in giúp cho sản phẩm ngày càng có độ chính xác cao hơn. Phân tích đánh giá độ
chính xác kích thước và độ bền kéo của sản phẩm in 3D bằng phương pháp FDM
nhằm tìm hiểu mối liên hệ giữa sản phẩm thu được với các thơng số in.
3. Tính mới và sáng tạo:
...........................................................................................................................................
4. Kết quả nghiên cứu: Thu được kết quả thử độ bền kéo từ 22 mẫu thử kéo và
độ chính xác kích thước của 85 mẫu thử. Tiến hành phân tích, nghiên cứu, so sánh
những thơng số, thiết kế ban đầu của mẫu thử so với kết quả đã thu được thơng
qua q trình thực nghiệm, từ trung tâm thử độ bền kéo gửi về. Từ đó rút ra nhận
xét đối với từng thông số in và xác định miền giá trị tối ưu, lập bảng giá trị cụ thể
cho công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM để vừa nâng cao độ bền kéo, độ
chính xác kích thước vừa mang lại hiệu quả kinh tế cao.
viii
Luan van
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc
phòng và khả năng áp dụng của đề tài:
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
6. Công bố khoa học của SV từ kết nghiên cứu của đề tài:
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Ngày tháng năm 2019
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện
đề tài
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
Xác nhận của Trường
(ký tên và đóng dấu)
Ngày tháng năm 2019
Người hướng dẫn
(ký, họ và tên)
ix
Luan van
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về tình hình cộng nghệ in 3D
1.1.1 In 3D và ứng dụng thực tế
In ấn 3D hay chế tạo đắp lớp, là một chuỗi các công đoạn khác nhau được kết
hợp để tạo ra một vật thể ba chiều. Trong in ấn 3D, các lớp vật liệu được đắp chồng
lên nhau và được định dạng dưới sự kiểm sốt của máy tính để tạo ra vật thể. Các đối
tượng này có thể có hình dạng bất kỳ, và được sản xuất từ một mô hình 3D hoặc
nguồn dữ liệu điện tử khác. Máy in 3D là một loại robot công nghiệp.
Thuật ngữ "In 3D" có ý nghĩa liên quan đến q trình tích lũy một cách tuần
tự các vật liệu kết dính trên bàn in bằng đầu máy in phun. Gần đây, ý nghĩa của thuật
ngữ này đã được mở rộng để bao gồm đa dạng hơn các kỹ thuật như các quy trình
dựa trên hoạt động phun và thiêu kết. Tiêu chuẩn kỹ thuật thường sử dụng hạn sản
xuất đắp dần cho nghĩa rộng hơn này.
Một số sản phẩm của công nghệ in 3D
1.1.2 Ứng dụng công nghệ in 3D trong sản xuất và đời sống
Tất nhiên, các ngành công nghiệp sản xuất đã trở thành đối tượng sử dụng máy
in 3D nhiều nhất. Lý do chính khiến cơng nghệ này được sử dụng rộng rãi trong mơi
trường cơng nghiệp là do nó cho phép sản xuất các mơ hình có hình dạng phức tạp,
cắt giảm phế liệu, tạo nhanh sản phẩm thử nghiệm theo yêu cầu. Vì vậy, in 3D mở ra
1
Luan van
tiềm năng về lợi thế chi phí sản xuất, cải tiến quy trình và cả sản phẩm cho các nhà
cung cấp trong một số trường hợp cụ thể.
Ngồi mục đích thử nghiệm, thiết kế, tạo mẫu và sản xuất một số bộ phận,
công cụ lắp ráp đặc biệt, ngành công nghiệp ô tô đã sử dụng công nghệ in 3D để sản
xuất ra những chiếc xe hoàn chỉnh. Trên thực tế, một chiếc xe tên là Urbee là một
minh chứng cho ứng dụng của công nghệ in 3D.
Xe Urbee
Công nghiệp điện tử cũng là một trong những ngành ứng dụng của công nghệ
in 3D: chế tạo các bộ phận phức tạp đặc biệt từ các chất liệu khác nhau và đã mở ra
một trào lưu mới của ngành công nghiệp này. Bên cạnh đó, in 3D cịn hồn tồn phù
hợp với ngành cơng nghiệp thời trang, nơi mà cá tính đóng vai trị vơ cùng quan trọng.
Trang sức và trang phục thiết kế theo yêu cầu cá nhân được sản xuất bằng công nghệ
in 3D hiện nay đã trở nên phổ biến trên thế giới.
Máy in 3D có thể in mạch điện tử
2
Luan van
Một đối tượng nổi bật khác của ứng dụng công nghệ in 3D là ngành hàng
không vũ trụ. Con người đã ứng dụng công nghệ này trong việc sản xuất các bộ phận
máy bay, đặc biệt là các bộ phận có hình dạng phức tạp.
Demo máy bay drone của hãng hàng khơng Airbus
Tương tự, ngành cơng nghiệp quốc phịng sử dụng in 3D cho các mục đích sản
xuất đặc biệt và tiết kiệm chi phí. Sau việc sử dụng nhựa để sản xuất, máy in kim loại
3D chế tạo súng đã ra đời. Bên cạnh đó, Cơ quan Hàng khơng Vũ trụ Mỹ (NASA) sử
dụng công nghệ in 3D để sản xuất một số bộ phận đặc biệt cho tàu vũ trụ. Hơn thế,
NASA đã thực hiện việc in ấn này ngay trong không gian vũ trụ.
Tên lửa được in 3D
3
Luan van
Trong ngành thực phẩm, máy in 3D đã tạo ra rất nhiều loại thực phẩm khác
nhau. Hầu hết các thực phẩm có nguyên liệu là chất lỏng hoặc bột đều có thể in ra
bằng máy in 3D, trong đó sơ-cơ-la và bánh kẹo là những sản phẩm phổ biến hiện nay
sử dụng công nghệ này.
Xếp từng lớp từng lớp với chiều cao 0,2 milimet một lần, chiếc máy in chuyên
dụng tại một cửa hàng sơ cơ la Bỉ có tên là Miam Factory đã sử dụng nguyên liệu sô
cô la tan chảy để tạo thành các hình 3D.
Ứng dụng cơng nghệ in 3D trong sản xuất các mơ hình sinh học (các mơ hình
bộ phận con người như xương, răng, tai giả…). Cơng nghệ in 3D cịn hỗ trợ các thử
nghiệm phương pháp và công nghệ y tế mới, tăng cường nghiên cứu y khoa, giảng
dạy và đào tạo đội ngũ y bác sĩ.
Tái tạo tai người có cả mạch máu và sụn tai bằng công nghệ in 3D
4
Luan van
Trong giáo dục in 3D cũng có những ứng dụng thiết thực trong giáo dục, đặc
biệt liên quan đến các môn học khoa học, công nghệ, kỹ thuật và kỹ năng tốn học.
Sinh viên có thể thiết kế và sản xuất các sản phẩm trong lớp học và có cơ hội thử
nghiệm các ý tưởng, vừa học vừa làm với máy in 3D. Cách làm này làm tăng hứng
khởi học tập, làm việc theo nhóm, tương tác trong lớp học cũng như hỗ trợ khả năng
sáng tạo, kỹ năng máy tính, và khả năng tư duy ba chiều của sinh viên.
In 3D và cuộc cách mạng trong lớp học
Kiến trúc và xây dựng dù mới chỉ ở giai đoạn đầu tiên nhưng đã có rất nhiều
nỗ lực được thực hiện thành cơng trong việc xây dựng các tồ nhà bằng các máy in
3D khổng lồ. Vật liệu phổ biến nhất cho in xây dựng là nhựa, bê tông và cát. Phương
pháp in 3D trong xây dựng có thể mang lại những cải tiến đáng kể về chất lượng, tốc
độ, chi phí, đặc biệt là trong chi phí lao động, cải thiện tính linh hoạt, đảm bảo an
tồn xây dựng và giảm các tác động môi trường.
5
Luan van
Công nghệ in 3D đã giúp xây được nhà bằng bùn chỉ với 48 euro
Xây nhà bằng in 3D Contour Crafting
Trong gia đình với chi phí thấp và sự tiện dụng, máy in 3D sẽ dần trở thành
một thiết bị trong gia đình bạn. Máy in 3D để bàn cho phép bạn sản xuất bất cứ thứ
gì bạn muốn ngay trong căn nhà riêng của mình, tất nhiên là với kích thước phù hợp
với máy in và các nguyên liệu có thể có. Các vật dụng u thích như đồ chơi, đồ dùng
và đồ vật trang trí là những ứng dụng phổ biến nhất. Nhờ máy in 3D để bàn, mỗi
người có thể tự thiết kế và sản xuất vật dụng theo yêu cầu riêng biệt, làm nên cá tính
của bản thân.
6
Luan van
Những chi tiết có thể được thay thế dễ dàng nhờ in 3D
Mặc dù ứng dụng công nghệ in 3D to lớn trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau,
công nghệ in 3D cũng đặt ra khơng ít thách thức cho các nhà kinh doanh, sản xuất và
xã hội. Con người có thể dùng cơng nghệ in 3D để tạo ra các bộ phận, tế bào cơ thể
giúp điều trị bệnh tật, nhưng cũng có thể tạo ra súng đạn trái phép hay sản phẩm độc
hại. Bên cạnh đó, ưu điểm chế tạo nhanh, tại chỗ của công nghệ sẽ khiến những nền
kinh tế phụ thuộc vào nguồn lao động giá rẻ để sản xuất đồ dùng hằng ngày như quần
áo và đồ chơi trẻ em gặp thay đổi lớn. Vì vậy làm sao để quản lý một cách có hiệu
quả việc sử dụng công nghệ mới, phát huy các ưu điểm và hạn chế các mặt tiêu cực
đến nền kinh tế và xã hội là điều không hề đơn giản. Ứng dụng công nghệ in 3D được
phát huy ra sao là cách mà con người nhìn nhận chứ khơng nên nhìn một khía cạnh
mà gạt bỏ tất cả những gì mà công nghệ in 3D đã “cống hiến” cho con người.
1.2 Các công nghệ in 3D phổ biến hiện nay
1.2.1 Phương pháp tạo mẫu lập thể SLA (Stereo Lithography Aparatus).
Là công nghệ sử dụng tia sáng (tia laser, tia UV hoặc tia sáng bình thường)
làm đơng cứng lớp photopolymer lỏng (polymer quang hóa - polymer đóng rắn khi
có ánh sáng chiếu vào) được chứa trong bồn, từng lớp từng lớp để hình thành nên
7
Luan van
vật thể 3D. Đây là công nghệ đầu tiên và cũng là công nghệ đem lại độ dày layer
nhỏ nhất hiện nay (độ chi tiết tốt nhất).
Máy in SLA
Sản phẩm được tạo ra từ công nghệ in SLA
1.2.2 Công nghệ in 3D JP
Thật ra công nghệ này cũng giống như cơng nghệ in 3D SLA nhưng thay vì
ngun liệu được chứa trong bồn thì nguyên liệu được phun giống như máy in phun,
đi kèm với đầu phun là đèn chiếu UV làm đơng cứng lớp photopolymer vừa phun ra.
Vì vậy, công nghệ in 3D
này cho phép in 3D nhiều loại
vật liệu trên cùng một vật thể in,
mỗi bình mực in 3D là 1 loại vật
liệu.
1.2.3 Công nghệ in 3D FDM
(Fused Deposition Modeling)
Công nghệ in 3D này là
công nghệ phổ biến nhất hiện
nay. Sử dụng nguyên liệu đầu vào là sợi nhựa, sau đó được nung nóng chảy ra và đầu
phun kéo các sợi nhựa chảy này theo biên dạng của mặt cắt từng layer, và đắp từng
lớp layer chồng lên nhau để tạo ra sản phẩm 3D. Đây là công nghệ phổ biến nhất hiện
nay vì nó đơn giản và dễ chế tạo. Những máy in DIY giá rẻ hiện nay đều sử dụng
công nghệ này, giá thành chỉ khoảng vài trăm đến vài nghìn đơ la. Tuy nhiên, do
8
Luan van
những nhược điểm cố hữu của công nghệ nên máy in DIY chỉ có thể đáp ứng được
những yêu cầu trung bình.
Máy in FDM
Sản phẩm của máy in FDM
1.2.4 Cơng nghệ in 3D SLS
Sử dụng nguyên liệu dạng bột được chứa trong các bồn, các layer được xếp
chồng lên nhau bằng các bánh lăn (roller), vừa cuộn vừa kéo san phẳng vật liệu ra
thành lớp mỏng. Biên dạng layer được hình thành bằng cách dùng tia laser chiếu cho
nóng chảy bột để bột lớp layer trên liên kết với layer dưới.
Một số dạng sản phẩm của SLS
1.2.5 Công nghệ in 3D 3DP
Công nghệ này sử dụng nguyên lý tạo lớp layer giống như cơng nghệ SLS ở
trên, cịn phần liên kết các layer với nhau thì giống với cơng nghệ máy in phun 2D
bình thường. Mực in lúc này vừa là màu sắc, vừa là keo liên kết các hạt bột với nhau.
Cơng nghệ này có thể in được màu sắc cho vật thể giống như máy in phun màu. Chữ
3dp chính là 3D Printing hay in 3D hiện nay chúng ta đang dùng.
9
Luan van
Công nghệ in 3D 3DP
1.2.6 Công nghệ in 3D LOM
Công nghệ in 3D này sử dụng nguyên liệu đầu vào là các vật liệu có thể dát
mỏng như giấy, gỗ … dạng cuộn hay tờ, mỗi layer chính là mỗi tờ giấy hay lát gỗ,
biên dạng layer được cắt ra bằng laser hay dụng cụ cắt rồi dán chồng lên nhau tạo nên
vật thể 3D. Đối với công nghệ này có thể tạo ra vật thể có màu sắc theo đúng thiết kế.
Hình dáng máy in 3D cơng nghệ LOM và một số sản phẩm
10
Luan van
Công nghệ in 3D LOM
1.3. Các thông số kỹ thuật cần lưu ý khi chọn máy in 3D (FDM)
Máy in 3D FDM
11
Luan van
Vật liệu tạo mẫu
- Vật liệu tạo mẫu: là vật liệu được sử dụng để máy in 3D tạo thành sản phẩm cuối
cùng.
- Vật liệu đỡ: là loại vật liệu tan trong nước hay vật liệu sẽ loại bỏ đi sau khi việc in
3D hồn thành.
Đường kính sợi đùn ra
- Đường kính sợi đùn ra được quyết định bởi đường kính của đầu đùn. Đường kính
đầu đùn càng lớn thì độ chính xác trong kích thước tạo mẫu của máy in 3D càng thấp.
Nhiệt độ đùn
- Nhiệt độ đùn của vật liệu tạo mẫu ABS: 200 – 280˚C.
- Nhiệt độ đùn của vật liệu hỗ trợ ABS: 200 - 260˚C.
Kích thước tối đa sản phẩm
- Kích thước lớn nhất máy in 3D tạo ra sản phẩm.
Kích thước máy
- Kích thước hình bao ngồi của máy in 3D.
Hành trình của các trục (X, Y, Z)
- Máy in 3D (FDM) dùng công nghệ điều khiển CNC cho nên hành trình của các
trục sẽ quyết định đến kích thước tối đa của sản phẩm.
Tốc độ đùn
- Độ dài sợi vật liệu được đùn ra của máy in 3D trong thời gian 1s.
Tốc độ chạy không
- Vận tốc không tải của máy in 3D.
1.4. Ứng dụng công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM
Công nghệ in 3D bằng phương pháp FDM (Fused Deposition Modeling) được phát
triển bởi Scott Crump, và thương mại hóa từ năm 1991. Trong những năm qua nhu
cầu cho các bộ phận, mô hình chức năng liên tục phát triển và cơng nghệ Fused
Deposition Modeling rất phù hợp với tất cả các yêu cầu ngày nay.
12
Luan van
Cơng nghệ tạo in 3D bằng phương pháp FDM có thể tạo ra những sản phẩm phức
tạp mà các công nghệ tạo hình truyền thống khơng làm được. Những sản phẩm với
kết cấu phức tạp, những sản phẩm có các khoảng rỗng bên trong với vỏ ngồi kín,
những sản phẩm mang tính chất từu tượng…
Đối với ngành kỹ thuật, cơng nghệ tạo mẫu nhanh in 3D FDM còn tạo ra những
chi tiết hình học có thể được sử dụng kiểm tra hình dạng và chức năng trước khi đưa
vào chế tạo thật sự, giúp giảm thời gian tạo mẫu cho chi tiết thiết kế, làm rút ngắn
thời gian thiết kế. Từ chi tiết 3D trên máy tính chúng ta có thể tạo được vật mẫu tại
văn phịng thiết kế, khơng cần làm khuôn. Đối với những chi tiết không yêu cầu cơ
tính cao thì tạo mẫu nhanh FDM vẫn đáp ứng được khả năng tạo mẫu sử dụng ngay
như bánh răng ăn khớp với nhau, tạo mẫu mẫu cờ-lê có thể vặn được những bulơng
bình thường. Cơng nghệ in 3D FDM vẫn có thể tạo những khớp nối ống dẫn trong
các hệ thống cung cấp nước làm mát cho máy, cấp khí cho những hệ thống phức tạp.
Tạo mẫu phức tạp
13
Luan van
Các chi tiết được tạo mẫu nhanh FDM
Xương hàm của con người được tạo bởi công nghệ FDM
14
Luan van
1.5. Độ bền và độ chính xác kích thước của chi tiết in 3D
1.5.1. Khái quát về độ bền và độ chính xác kích thước của chi tiết in 3D
In 3D ngày càng được sử dụng rộng rãi, công nghệ này đã được giới thiệu vào
các nhà máy chuyên nghiệp, các ngành công nghiệp như sản xuất xe và các phương
tiện vận chuyển, sản xuất dụng cụ như khuôn đúc. Khả năng thiết kế của công nghệ
in 3D thay đổi khí động học hồn tồn: việc tạo ra những bộ phận bằng in 3D sẽ mang
lại hiệu suất, tiết kiệm trọng lượng và chi phí lợi thế cho sản xuất chuyên môn. Dễ
dàng để sản xuất các bộ phận thay thế và thiết kế mẫu thử nghiệm sản xuất mà những
phương pháp sản xuất truyền thống không làm được. Nhưng song song với những ưu
điểm đó, vẫn có những khuyết điểm của công nghệ này cần được cải thiện, ở phần
này, chúng ta sẽ nói về độ bền kéo và độ chính xác kích thước của các chi tiết được
sản xuất bằng công nghệ in 3D.
Đối với công nghệ in 3D, chúng ta sử dụng nhựa dạng sợi, được gia nhiệt bằng rơ-le
ở đầu phun và phun ra nhựa ở trạng thái dạng nóng chảy. Để hiểu rõ về độ bền của
các chi tiết này, bước đầu phải tìm hiểu về độ bền của các chi tiết nhựa nói chung. Để
đánh giá hoàn chỉnh độ bền của một loại nhựa bất kỳ, phải nắm rõ rất nhiều các chỉ
tiêu, tiêu chuẩn như:
Chỉ số chảy (MFI),
Nhiệt chảy mềm
Độ bền va đập
Độ bền kéo, nén, uốn, mỏi, độ giãn dài,…
Nhiều tiêu chuẩn cũng được đặt ra để dễ dàng đánh giá độ bền một cách thống nhất
ở các quốc gia khác nhau như ASTM, ISO, JIS.
Đối với chi tiết nhựa của công nghệ in 3D, độ bền là một phần rất quan trọng trong
việc đánh giá một chiếc máy in. Độ bền phụ thuộc vào một số yếu tố: loại nhựa, kỹ
thuật in và tuổi thọ sử dụng mong muốn. Sợi nhựa in 3D được gọi là nhựa nhiệt dẻo
thường mạnh hơn 60-80% so với sợi đúc. Các bản in 3D được làm từ các loại sợi
nhựa khác nhau và có độ bền khác nhau. Các loại nhựa mạnh nhất và bền nhất cho in
3D có thể kể đến là PLA, ABS, PETG, Nylon và Poly-carbonate. Độ dày của tường
15
Luan van
