Hcmute nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống truyền động cnc 3 trục cho máy in 3d kim loại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG CNC 3 TRỤC CHO MÁY IN 3D KIM LOẠI

MÃ SỐ: SV2018 - 51

SKC 0 0 6 7 3 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2018

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
Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN

ĐỘNG CNC 3 TRỤC CHO MÁY IN 3D KIM LOẠI
Mã số đề tài: SV2018 - 51

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2018

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống truyền động CNC 3 trục cho máy in
3D kim loại
- SV thực hiện: LÊ NGỌC SƠN
Mã số SV: 15144054
NGUYỄN THÀNH HƯNG
Mã số SV: 15144028
BÙI XUÂN HẬU
Mã số SV: 15144020
- Lớp: 15144CL3
Khoa: CLC
Năm thứ: 3/4
- Người hướng dẫn: TS.PHẠM SƠN MINH
2. Mục tiêu đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống truyền động cho máy in 3D kim loại.
3. Tính mới và sáng tạo: Ứng dụng hệ thống truyền động của máy phay CNC 3 trục để
tạo ra hệ thống truyền động cho máy in 3D kim loại, giúp máy tạo ra sản phẩm một cách
nhanh chóng.
4. Kết quả nghiên cứu: Thiết kế và chế tạo thành cơng mơ hình hệ thống truyền động cho
máy in 3D kim loại
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: Đề tài có khả năng ứng dụng phổ biến vào nền công nghiệp tạo
mẫu nhanh.
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài: Sau những kết quả thực

nghiệm thu được thì để tài có thể áp dụng vào thực tế.
Ngày 23 tháng 9 năm 2018
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài:
Đề tài mang tính ứng dụng cao trong công nghệ in 3D kim loại cũng như trong nền công
nghiệp tạo mẫu nhanh.
Ngày 23
tháng 9
năm 2018
Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)

Xác nhận của trường
(kí tên và đóng dấu)

Luan van


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TẠO MẪU NHANH ............................................. 2
I. Các loại công nghệ in 3D kim loại: ............................................................................... 4
II. Các loại vật liệu được sử dụng trong in 3D kim loại ................................................... 9
III. Các ứng dụng của công nghệ in 3D kim loại ............................................................ 13
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ .................................................... 17
I. TÍNH TỐN CỤM TRỤC X ...................................................................................... 17
II. TÍNH TỐN CỤM TRỤC Z ..................................................................................... 28

III. TÍNH TỐN CỤM TRỤC Y ................................................................................... 39
CHƯƠNG III: CHẾ TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ..................................... 46
I. Thành phần hệ thống tuyền động: ............................................................................... 46
II. Cơ cấu truyền động máy in 3D kim loại: ................................................................... 46
III. Các thành phần cơ khí: ............................................................................................. 48
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 51

Luan van


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Lực dọc trục của trục X............................................................................. 18
Bảng 2.2 Bảng thông số động cơ HY57DJ114 ......................................................... 21
Bảng 2.3 Thông số ray dẫn hướng trục X ................................................................ 22
Bảng 2.4 bảng thông số con lăn SGR ...................................................................... 22
Bảng 2.5 Lực dọc trục của trục Z ............................................................................. 29
Bảng 2.6 Thông số động cơ trục z ............................................................................ 32
Bảng 2.7 Thông số con lăn SGR ............................................................................... 34
Bảng 2.8 Thông số kích thước con lăn SGR ............................................................. 35
Bảng 2.9 Lực dọc trục của trục Y ............................................................................. 40
Bảng 2.10 Thông số động cơ trục Y ......................................................................... 42
Bảng 2.11 : thông số con lăn SGR trục Y ................................................................. 43
Bảng 2.12 Thơng số kích thước con lăn SGR trục Y ................................................ 44

Luan van


DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT
CAD/CAM/CNC : Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing/

Computer Numeric Control.
LOM : Laminated Object Manufacturing.
SLA : Stereo Lithography Apparatus
SLS : Selective Laser Sintering.
FDM : Fused Deposition Modeling.
3DP : 3Dimensional Printing Techniques.

Luan van


LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ in 3D kim hiện tại đã trở nên phổ biến ở các nước trên thế giới nhiều
hãng sản xuất nổi tiếng đã ra đời như: Makerbot, Ultimaker, Creatbot, 3D systems,
Mankati,...với các sản phẩm mang tính thương mại. Tuy nhiên thị trường Việt Nam in 3D
kim loại dường như vẫn cịn khá mới mẻ.
Cơng nghệ in 3D kim loại đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác
nhau.Trong y học, in 3D kim loại được áp dụng để tạo ra các bộ phận thay thế cho cơ thể
người, in 3D kim loại giúp tạo nên các mẫu vật thể một cách nhanh chóng và chính xác
cũng tương tự như in 3D bằng vật liệu nhựa thông thường.Trong giáo dục,in 3D kim loạị
giúp thực tế hóa lý thuyết và giúp sinh viên tạo ra được sản phẩm thực tế. Trong các ngành
công nghiệp như cơ khí, chế tạo máy, điện tử…v..v.. in 3D kim loại cịn tạo ra những chi
tiết máy một cách nhanh chóng và chính xác với độ bền tốt và với những ứng dụng thực
tiễn và hiệu quả vủa máy in 3D kim loại thì nhóm chúng em đã lựa chọn nghiên cứu máy
in 3D kim loại để thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học của mình.

1

Luan van

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TẠO MẪU NHANH
Ngày nay, công nghệ in 3D kim loại bởi sự phổ biến dễ hình dung, và chỉ được phổ
biến trong những năm gần đây, trong cơng nghiệp nó được gọi là cơng nghệ tạo mẫu nhanh.
Do tính chất sản xuất đơn chiếc, từng cái nên ta hấy cụm từ “tạo mẫu” ở đây.
TẠO MẪU CĨ TỪ BAO GIỜ?
Q trình tạo mẫu được phân ra làm 3 thời kì.Hai thời kì sau chỉ mới ra đời 20 năm
trở lại đây.Tương tự như quá trình tạo mẫu trên máy vi tính,tính chất vật lí của mẫu chỉ
được nghiên cứu phát triển trong thời kì thứ 3.
1. Thời kì đầu tạo mẫu bằng tay
Thời kì đầu tiên ra đời cách đây vai thế kỷ.Trong thời kì này các mẫu điển hình
khơng có sự phức tạp cao và chế tạo một mẫu trung bình mất khoảng 4 tuần. Phương pháp
tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề và thực hiện cơng việc một cách cực kì nặng nhọc. Cho
đến ngày nay phương pháp thủ công này vẫn sử dụng rất phổ biến trong các trường đại học
về mỹ thuật có ngành tạo dáng,thì chính là nó. Hiện nay phương pháp tạo mẫu này mang
hơi hướng nghệ thuật, hang chế tác riêng nhiều hơn là tạo mẫu trong sản xuất hàng loạt.
2. Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo
Thời kỳ thứ hai của tạo mẫu phát triển rất sớm, khoảng giữa thập niên 70. Thời kỳ
này đã có phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo. Việc ứng dụng CAD/CAE/CAM đã trở nên
rất phổ biến. Phần mềm tạo mẫu sẽ phát họa trên máy vi tính những suy tưởng, ý tưởng
mới. Các mẫu này như là một mơ hình vật lý: được kiểm tra, phân tích cũng như đo ứng
suất và sẽ được hiệu chỉnh cho phù hợp nếu chúng chưa đạt yêu cầu. Thí dụ như phân tích
ứng suất và sức căng bề mặt chất lỏng có thể dự đốn chính xác được bởi vì có thể xác định
chính xác các thuộc tính và tính chất của vật liệu.
Hơn nữa, các mẫu trong thời kỳ này trở nên phức tạp hơn nhiều so với thời kỳ đầu
(khoảng trên hai lần). Vì thế, thời gian yêu cầu cho việc tạo mẫu có khuynh hướng tăng lên
khoảng 16 tuần, tính chất vật lý của mẫu vẫn còn phụ thuộc vào các phương pháp tạo mẫu
cơ bản trước. Tuy nhiên, việc vận dụng các máy gia cơng chính xác đã cải thiện tốt hơn các
tính chất vật lý của mẫu.

2

Luan van


Hình 1.1: Phần mềm tạo mẫu sẽ phát họa trên máy vi tính
Cùng với sự tiến bộ trong lĩnh vực tạo mẫu nhanh trong thời kỳ thứ ba, có sự trợ
giúp rất lớn của quá trình tạo mẫu ảo. Tuy nhiên, vẫn cịn tranh cãi về những giới hạn của
cơng nghệ tạo mẫu nhanh như: Sự giới hạn về vật liệu (hoặc bởi vì chi phí cao hoặc cách
sử dụng cho từng vật liệu không giống nhau để tạo chi tiết).
3. Thời kỳ thứ ba: q trình tạo mẫu nhanh
Tính chất vật lý từng phần của sản phẩm trong quá trình tạo mẫu nhanh cũng được
biết đến. Quá trình tạo mẫu rỗng thích hợp cho việc sản xuất trên bàn nâng hay công nghệ
sản xuất lớp. Công nghệ này thể hiện quá trình phát triển tạo mẫu trong thời kỳ thứ ba. Việc
phát minh ra các thiết bị tạo mẫu nhanh là một phát minh quan trọng. Những phát minh này
đã đáp ứng được yêu cầu của giới kinh doanh trong thời kỳ này: giảm thời gian sản xuất,
độ phức tạp của mẫu tăng, giảm chi phí. Ở thời điểm này người tiêu dùng yêu cầu các sản
phẩm cả về chất lượng lẫn mẫu mã, nên mức độ phức tạp của chi tiết cũng tăng lên, gấp ba
lần mức độ phức tạp mà các chi tiết đã được làm vào những năm của thập niên 70. Nhưng
nhờ vào công nghệ tạo mẫu nhanh nên thời gian trung bình để tạo thành một chi tiết chỉ còn
lại 3 tuần so với 16 tuần ở thời kỳ thứ hai. Năm 1988, hơn 20 công nghệ tạo mẫu nhanh đã
được nghiên cứu.
Ta thấy rằng nhu cầu tạo nên mẫu sản phẩm ban đầu là một nhu cầu thiết yếu trong
quá trình sản xuất, trước khi sản xuất hàng loạt một sản phẩm nào cũng phải cần tạo mẫu
sản phẩm trước để kiểm tra tính hiện thực và khả thi. Nếu mẫu sản phẩm càng chính xác
bao nhiêu, càng nhanh bao nhiêu thì sẽ càng tránh được những lỗi mắc phải trong quá trình
sản xuất sau này và càng tiết kiệm được chi phí sản xuất bấy nhiêu.
Những ai đã đọc quyển sách về Steve Job thì sẽ thấy rằng Ive đã phải làm rất nhiều
mẫu Iphone bằng bọt biển để S.Job xem trước khi sản xuất ra chiếc Iphone ngày nay.
Nên “công nghệ tạo mẫu nhanh” mang tồn bộ ý nghĩa của nó, “cơng nghệ”: đảm
bảo độ chính xác, “tạo mẫu nhanh” đảm bảo thời gian nhanh chóng.

3

Luan van


I. Các loại công nghệ in 3D kim loại:
Trên thế giới có tất cả 5 cơng nghệ in 3D chính và vì cơng nghệ in 3D bằng vật liệu nhựa
thơng thường và cơng nghệ in 3D kim loại khơng có gì khác nhau nên vì thế cơng nghệ
in 3D kim loại cũng gồm 5 công nghệ cơ bản như: SLA, SLS, LOM, 3DP, FDM
1.1. Công nghệ in SLA (Stereolithography): là kỹ thuật dùng tia laser làm đông
cứng nguyên liệu lỏng để tạo các lớp nối tiếp cho đến khi sản phẩm hồn tất, độ dày mỗi
lớp nhỏ nhất có thể đạt đến 0,06 mm nên rất chính xác. Có thể hình dung kỹ thuật này
như sau: đặt một bệ đỡ trong thùng chứa nguyên liệu lỏng, chùm tia laser di chuyển (theo
thiết kế) lên mặt trên cùng của nguyên liệu lỏng theo hình mặt cắt ngang của sản phẩm
làm lớp nguyên liệu này cứng lại. Bệ đỡ chứa lớp nguyên liệu đã cứng được hạ xuống để
tạo một lớp mới, các lớp khác được thực hiện tiếp tục đến khi sản phẩm hồn tất.

Hình 1.2 Cơng nghệ SLA.
Phương pháp SLA sử dụng nhựa photopolymer lỏng được củng cố bằng tia laser
để tạo ra các bộ phận. Công nghệ này 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
4

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).

1.2. Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering)
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
lỏng. 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.

Hình 1.3 Công nghệ SLS.

5

Luan van


1.3. Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing)
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 cơng nghệ này
có thể tạo ra vật thể có màu sắc theo đúng thiết kế.

Hình 1.4 Cơng nghệ LOM.

6

Luan van


1.4. Công nghệ 3DP (3Dimensional Printing Techniques)
Phương pháp này rất dùng một đầu phun hỗn hợp chất kết dính. Những phần tử
bột sẽ được liên kết với nhau ở những miền có chất kết dính. Cơng nghệ này áp dụng cho
các thiết bị làm việc theo nguyên lí máy in. Công nghệ 3D Priting sử dụng vật liệu dạng

bột để chế tạo mẫu song điểm đặc biệt của công nghệ này là khơng dùng nguồn nhiệt để
tạo biến đổi hố lý hoặc nung chảy vật liệu như trong các công nghệ nêu trên mà sửdụng
một loại keo kết dính phun lên lớp bột để tạo sự kết dính giữa các hạt bột và giữa các lớp
với nhau.

Hình 1.5 Cơng nghệ 3DP

7

Luan van


1.5. Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling)
Sử dụng nguyên liệu đầu vào là sợi kim loại, 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 đô la. Tuy nhiên, do những nhược điểm cốhữu
của công nghệ nên máy in DIY chỉ có thể đáp ứng được những u cầu trung bình.

Hình 1.6 Cơng nghệ FDM

8

Luan van


II. Các loại vật liệu được sử dụng trong in 3D kim loại
1.Titanium
Titan tinh khiết (Ti64 hoặc TiAl4V) là một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến nhất

trong in kim loại 3D, nhờ tính linh hoạt, độ cứng và độ nhẹ. Nó được sử dụng trong q
trình phun bột và các q trình phun chất kết dính, chủ yếu trong ngành công nghiệp y tế (để
thực hiện chỉnh hình) và ngành cơng nghiệp hàng khơng vũ trụ / ô tô / dụng cụ (để chế tạo
các bộ phận và nguyên mẫu). Tuy nhiên nó có thể dễ dàng nổ khi ở dạng bột. Đó là lý do tại
sao Titanium cần phải được in 3D dưới chân không hoặc trong khí quyển argon.

Hình 1.7 Vật liệu Titanium

2.Thép khơng gỉ
Thép không gỉ là một trong những vật liệu giá cả phải chăng nhất trong in kim loại 3D. Nó
rất mạnh và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghệ thuật / thiết kế.
Loại hợp kim thép này, cũng có chứa coban và niken, đặc biệt khó phá vỡ trong khi cùng
một lúc có tính đàn hồi rất cao. Nó được sử dụng hầu như chỉ dành cho các ứng dụng cơng
nghiệp.

Hình 1.8 Vật liệu thép không gỉ

9

Luan van


3. Inconel
Inconel là một superalloy được sản xuất bởi một cơng ty chun sản xuất kim loại
đặc biệt. Nó bao gồm chủ yếu là niken và chrome, kháng nhiệt độ cao. Vì lý do đó, nó được
sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng trong ngành dầu khí, hố học và hàng khơng (hộp đen
trên máy bay).

Hình 1.9 Vật liệu Inconel

4. Nhơm
Do tính nhẹ nhàng và tính linh hoạt của nó, nhơm bây giờ là một kim loại rất phổ
biến cho các ứng dụng in ấn 3D. Nó được sử dụng chủ yếu trong nhiều hợp kim nhơm khác
nhau.

Hình 1.10 Quặng nhôm

10

Luan van


5. Cobalt Chrome
Hợp kim này có độ bền rất cao. Nó thường được sử dụng để sản xuất tuabin, cấy ghép
nha khoa và cấy ghép chỉnh hình — tất cả các lĩnh vực in kim loại 3D đang trở thành phương
pháp sản xuất được ưa chuộng.

Hình 1.11 Vật liệu Cobalt-Chrome
6. Đồng
Một vài trường hợp ngoại lệ, đồng và hợp kim đồng được sử dụng chủ yếu trong q
trình đúc sáp. Đó là bởi vì chúng khơng phải là vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng công
nghiệp và thường được sử dụng trong nghệ thuật và hàng thủ cơng.

Hình 1.12 Quặng đồng

11

Luan van

7. Sắt
Sắt trong in 3D đóng vai trị như một chất phụ gia cho sợi nhựa PLA.

Hình 1.13 Quặng sắt
8.Vàng, bạc và kim loại quý khác
Hầu hết các công ty nhiệt hạch có thể in bằng các kim loại quý như vàng, bạc và bạch
kim. Thách thức ở đây là cùng với việc duy trì tính thẩm mỹ của vật liệu còn phải đảm bảo
rằng việc bảo quản bột của các kim loại quý này. Kim loại quý được in 3D cho các ứng dụng
đồ trang sức, y tế và điện tử.

Hình 1.14 Quặng vàng

12

Luan van


III. Các ứng dụng của công nghệ in 3D kim loại
+ Ứng dụng làm khuôn đúc
Công nghệ in 3D được ứng dụng rất mạnh mẽ trong việc chế tạo chi tiết làm khn phun
ép silicon, nhựa, composite, tạo hình chân khơng…

Hình 1.15 Khn phu ép ghế nhựa
+ Lĩnh vực ơ tô.
Hiện nay trên thế giới các linh kiện trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô đã được
chế tạo và đưa vào sử dụng bằng công nghệ in 3D kim loại được một thời gian (khung, cửa,
vô- lăng). Tuy nhiên mới đây một kỹ sư có tên là “Jim Kor” đang sinh sống tại San Fransico
cùng với các cộng sự của mình thì đã có một ý tưởng đầy táo bạo, khi họ đã chế tạo thành
công một chiếc ô tơ được thực hiện gần như hồn tồn bằng cơng nghệ in 3D kim loại.
Chiếc xe được sản xuất năm 2014, có hai bánh và có thể chở được hai hành khách. Chiếc

xe được trang bị động cơ hybrid được làm bằng sắt.

Hình 1.16 Chiếc xe của kỹ sư Kim Kor

13

Luan van


Mặc dù chiếc xe của Jim Kor có thể chưa hồn hảo, nhưng nó mở ra một hướng
phát triển mới cho ngành sản xuất ô tô. Với công nghệ in 3D kim loại, những chiếc ơ tơ có
thể được chế tạo nhanh chóng và dễ dàng.
+ Lĩnh vực y tế.
Ngành y tế là ngành tiên phong sớm đưa công nghệ in 3D kim loại và ứng dụng
thực tiễn, có tiềm năng mở rộng ứng dụng rất lớn do khả năng tuỳ biến cao và cá nhân hố
cao của cơng nghệ in 3D kim loại, mở ra khả năng cải thiện đời sống của con người khi mà
công nghệ in 3D kim loại ngày càng phát triển và vật liệu được dùng để in 3D kim loại đạt
được các tiêu chuẩn cấp y tế.

Hình 1.17 Các chi tiết in 3D kim loại ứng dụng trong y tế

14

Luan van


+ Lĩnh vực cơ khí, chế tạo máy
Trong lĩnh vực này in 3D kim loại rất tiềm năng có những chi tiết phức tạp phải gia
cơng lâu hoặc địi hỏi những chi tiết làm việc ở những môi trường đặc biệt như rung động
cao, hoặc trong mơi trường ăn mịn cao..v…v.. thì cơng nghệ in 3D kim loại dễ dàng tạo ra

những chi tiết đấy một cách nhanh chóng và đáp ứng được yêu cầu tốt của sàn phẩm.

Hình 1.18 Các chi tiết cơ khí được tạo ra bằng cơng nghệ in 3D kim loại

Ngoài các lĩnh vực kề trên thì cơng nghệ in 3D kim loại cịn được ứng dụng vào
nhiều lĩnh vực khac như: hàng không – không gian, mỹ thuật, trang sức..v…v.
15

Luan van


Hình 1.19 In 3D kim loại bộ phận phản lực cho máy bay

Hình 1.20 In 3D kim loại cho một tác phẩm nghệ thuật

16

Luan van


CHƯƠNG II: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
I. TÍNH TỐN CỤM TRỤC X
1.1. TÍNH TỐN VITME TRỤC X
Các thơng số đầu vào
- Vận tốc: V = 12 m/phút.
- Khối lượng đặt lên: M = 18kg (đã trừ hao hệ số an toàn k =1,5).
- Suy ra W = 18 kgf = 180 N.
- Thời gian làm việc: L = 14600h (5 năm x 8h/ngày x 365 ngày).
- Gia tốc lớn nhất của hệ thống: a = g/2 = 10/2 = 5 m/𝑠 2 .

- Tốc độ vòng động cơ: N max = 3000 (vịng/phút).
- Độ chính xác vị trí khơng tải:  0,03 / 1000mm .
- Độ chính xác lặp:  0,005mm .
- Độ lệnh truyền động: 0,02mm.
- Hệ số ma sát bề mặt: µ = 0,1 .
Bước vitme ( l )
l

Vmax
V
12000


 4(mm / vòng).
N max N max 3000

Chọn l  10mm / vịng
Tính tốn lựa chọn trục vitme
- Điều kiện làm việc:
Lực chống trượt: F = µ.W = 0,1.180 = 18 (N).
Hệ số ma sát lăn: µ = 0,1.
Khối lượng tổng cộng: M = 18kg.
Lực chống không tải: f = 18 N.
Gia tốc trọng trường: g = 10m/𝑠 2 .
- Tính các lực dọc trục:
Xuống:
 Tăng tốc:
𝐹𝑎1 = mg - µmg - ma - f = 18.10 - 0,1.18.10 – 18.5 – 18 =54 (N).
 Chạy đều:
𝐹𝑎2 = mg - µmg - f = 18.10 - 0,1.18.10 – 18 = 144 (N).

 Giảm tốc:
𝐹𝑎3 = mg - µmg + ma - f = 18.10 - 0,1.18.10 + 18.5 – 18 = 234 (N).
Lên:
 Tăng tốc:
𝐹𝑎4 = mg + µmg + ma + f = 18.10 + 0,1.18.10 + 18.5 + 18 = 306 (N).
 Chạy đều:
𝐹𝑎5 = mg + µmg + f = 18.10 + 0,1.18.10 +18 = 216 (N).
17

Luan van


 Giảm tốc:
𝐹𝑎6 = mg + µmg - ma + f = 27.10 + 0,1.27.10 – 27.5 + 27 = 126 (N).
 Lực dọc trục lớn nhất khi đi xuống : 𝐹1𝑚𝑎𝑥 = 234 (N).
 Lực dọc trục lớn nhất khi đi lên : 𝐹2𝑚𝑎𝑥 = 306 (N).
Lực dọc trục trung bình

 F .n .t
 n .t
3

Fm  3

i

i

i

i

3

i

F13max .n1 max .t1  F23max .n2 max .t 2
n1 max .t1  n2 max .t 2

Trong đó :


F1max ; F2 max : lực dọc trục lớn nhất khi gia công và không gia công.



n1 max ;n2 max : tốc độ quay lớn nhất khi gia cơng và khơng gia cơng (vì khi

gia công và không gia công trọng lượng máy gần như nhau nên cùng tốc
độ quay).
 t1 ;t 2 : thời gian máy hoạt động ở chế độ không tải và có tải.
Tốc độ quay (rpm)

Lực dọc trục

Thời gian tương ứng (%)

F1 max = 234 ( N )

1200

70

F2 max = 306 ( N )

1200

30

Bảng 2.1 Lực dọc trục của trục X
3
3
Suy ra : Fm  3 234 .1200.0,7  306 .1200.0,3  259,94( N ).

1200.0,7  1200.0,3

Tính tải trọng tĩnh và tải trọng động ( 𝑪𝒐 , 𝑪𝒂 )
 Tải trọng tĩnh (𝐶𝑜 ):
C
Fa max  o => Co  f s .Fa max
fs
Trong đó:

f s : hệ số an tồn tĩnh (với máy sản xuất cơng nghiệp : 1,2 ÷ 2 ; với máy
công cụ: 1,5 ÷ 3),suy ra chọn f s = 2.

Fa max : lực dọc trục lớn nhất ( Fa max  306( N ) ).
Suy ra , Co  2.306  612( N )  61,2(kgf ).
 Tải trọng động ( C a ):
1

3

Ca  (60.N m .Lt ) .Fm . f w .10 2

Trong đó:
-

Tốc độ quay: N m  V  12000  1200 (vòng/ phút).
l

10

18

Luan van


-

Thời gian làm việc của máy: Lt = 14600h.

-

Lực dọc trục trung bình: Fm = 259.94 (N).

-

Hệ số tải: f w được chọn như sau:
Tác động
Vận tốc

Nhẹ

V < 15 ( m/ phút )

Trung bình

15 < V < 60 ( m/phút )

Nặng

V > 60 ( m/phút )

Hệ số tải
1 ÷ 1,2
1,2 ÷ 1,5
1,5 ÷ 3

Suy ra chọn f w = 1,2
1
3

 C a  (60.1200.14600) .259.94.1,2.10 2  3171,63( N )  317,16(kgf ).
1.2 TÍNH TỐN CHỌN ĐỘNG CƠ TRỤC X
 Tốc độ tối đa : 3000 (vịng/phút).
 Moment qn tính khối :
- Trên trục vitme:
 . 4
 .7,8.10 3 4
2
GDs 

..D .L 
.1 .120  0,367(kgf .cm 2 ).
8
8
- Trên phần dịch chuyển :
GD w2  W .(

-

l 2
1 2
)  18.(
)  0,456(kgf .cm 2 ).
2.
2.

Trên phần ghép nối :
. .l ' .D '4 7,8.10 3. .(3.D).(1,7 D) 4 7,8.10 3. .(3.1).(1,7.1) 4
GD 2j 


 0,04(kgf .cm 2 ).
32
32
32

Suy ra, tổng moment quán tính :
GDL2  GDs2  GDw2  GD 2j  0,367  0,456  0,04  0,863(kgf .cm 2 ).
 Moment phát động:
- Moment đặt trước :

T p  k.

Fao .l
2.

Trong đó: k  0,3; Fao 
Suy ra: T p  0,3.
-

Fmax 306

 102( N ).
3
3

10,2.1
 0,487 ( kgf .cm ).
2.

Moment do lực ma sát:
F .l 30,6.1
Ta  a max 
 5,41(kgf .cm).
2. . 2. .0,9
19

Luan van