Tiểu luận hệ thống sản xuất tiên tiến công nghệ tạo mẫu nhanh bằng in 3d

CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH BẰNG
PHƯƠNG PHÁP IN 3D
GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN
HVTH: TRẦN HOÀNG PHONG – MSHV: 11040395
Công nghệ in 3D ( Three Dimensional Printing (3DP) )
đã được phát triển tại học viện công nghệ
Massachusetts ( MIT ) vào năm 1993. Đây là một trong
những phương pháp tạo mẫu nhanh, vật thể được tạo ra
bằng cách thiêu kết các lớp vật liệu bột lại với nhau
bằng cách thiêu kết lớp vật liệu tại vị trí cần thiết.
3DP là một quá trình tạo mẫu nhanh cực kì hữu dụng và
đa chức năng, nó có thể tạo ra những vật thể có biên
dạng và kết cấu phức tạp đáp ứng nhu cầu của nhiều
lĩnh vực khác nhau. Ngày nay, 3DP không chỉ ứng dụng
được đối với polymer mà còn có thể ứng dụng trên
nhiều loại vật liệu khác nhau, kể cả hợp kim.
3DP hoạt động theo nguyên lý phân lớp vật thể cần in thành
từng lớp đồng thời kết dính các lớp vật liệu lại với nhau
(layer by layer) nhờ vào đầu thiêu kết vật liệu. Thay vì in
lên giấy như công nghệ in 2D, 3DP thực hiện quá trình in
bằng cách quét đầu in qua một lớp bột in nằm bên dưới và
thực hiện quá trình thiêu kết lớp bột này theo đúng tiết diện
mặt cắt ngang của chi tiết cần in được xuất ra từ máy tính.
Phương pháp này rất giống với phương pháp kết tinh laser
chọn lọc (SLS), chỉ khác là tia laser được thay thế bằng một
đầu phun (Ink-Jet Head).
 Đầu phun nhiều tia (A) phun một dung dịch hỗn hợp chất
kết dính lên trên mặt của lớp nền bột vật liệu chế tạo chi tiết
(B). Những phần tử bột sẽ liên kết với nhau ở những miền
có chất kết dính.
Hình 6.19 Nguyên lý làm việc của 3DP.

 Khi một lớp đã hoàn thành, piston (C) sẽ dịch chuyển
xuống dưới bằng độ dày một lớp. Giống như SLS, hệ thống
cung cấp bột vật liệu (E) sẽ cung cấp cho xylanh chế tạo.
Trong trường hợp này, piston cung cấp vật liệu bột di
chuyển lên trên để tăng lượng bột cung cấp cho quá trình;
trục lăn (D) sẽ trải và ép bột lên trên xylanh chế tạo. Quá
trình được lặp lại đến khi toàn bộ vật thể được chế tạo xong
trong nền bột. Sau khi hoàn thành, chi tiết được nâng lên và
bột dư được quét ra khỏi chi tiết.
Bước 1: Đầu in sẽ phủ lên bàn in một lớp bột
Bước 2: Đầu in thực hiện quá trình thiêu kết vật liệu theo
tiết diện mặt cắt của vật thể
Bước 3: Bàn in (chứa bột in ) sẽ di chuyển đi xuống, đầu in tiếp
tục phủ lên bàn in một lớp bột
Quá trình tiếp tục lặp lại bước 2 và bước 3 cho tới khi
hoàn thành chi tiết.
Đầu in di chuyển theo phương X, Y thực hiện quá
trình phủ và thiêu kết các lớp bột in, bàn in di
chuyển đi xuống theo phương Z để tạo layer mới.
VIDEO MINH HỌA
 3DP có thể thực hiện trên nhiều loại vật liệu khác nhau:
nhựa, gốm, kim loại… ( hình 5a, 5b, 5c)
Hình 5b: Bình
bằng gốm.
Hình 5a: Nắp
thùng xăng
bằng nhôm.
Hình 5c: Ghế
bành bằng
muose xốp.

 Có thể tạo ra các chi tiết có hình dáng từ đơn giản tới phức
tạp một cách dễ dàng (hình 6).
Hình 6: Mô hình vỏ hộp giảm tốc có biên dạng phức tạp
được tạo ra bằng phương pháp 3DP.
Có thể tạo ra các sản phẩm có tính dẻ dai và nhiều màu sắc (
hình 7a, 7b)
Hình 7a: Giày thể thao Hình 7b: Đế giày
Có thể tạo ra các sản phẩm có cả nhãn – mác đồng thời trên
sản phẩm ( hình 8)
Hình 8: Các sản phẩm có nhãn – mác đồng thời trong quá
trình in 3D
 Có thể dễ dàng trực tiếp tạo ra sản phẩm đúc hoặc khuôn
đúc sản phẩm (hình 9).
Hình 9: Sản phẩm và khuôn đúc được tạo ra bằng công
nghệ 3DP
Lợi ích của công nghệ 3DP:
 Là một quá trình tạo mẫu nhanh có giá thấp hơn
các phương pháp tạo mẫu nhanh khác.
 Cho phép tạo ra các sản phẩm đa dạng trong thiết
kế.
 Rút ngắn quá trình thiết kế sản phẩm: in 3D giúp
phát hiện sớm các lỗi trong sản phẩm và giúp việc
điều chỉnh thiết kế được linh hoạt hơn.
 Máy in 3D thường có kích thước nhỏ gọn và hợp
túi tiền người sử dụng.
 Đáp ứng nhanh nhu cầu của thị trường: không cần
chế tạo khuôn hay đồ gá…
Ứng dụng của 3DP:
• Tạo ra các sản phẩm mẫu với thời gian ngắn và
chi phí thấp cho các chiến dịch marketing sản phẩm

của các công ty.
• Ứng dụng trong việc nghiên cứu và phát triển các
sản phẩm mới.
• Ứng dụng trong y học: chế tạo vỏ hộp sọ của bệnh
nhân.
• Ứng dụng trong chế tạo các mô hình phục vụ cho
học tập và nghiên cứu.
• Ứng dụng trong việc xây dựng các mô hình mẫu
trong lĩnh vực xây dựng và kiến trúc.