Đồ án thiết kế chế tạo máy in 3D

Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong khoa
Điện Cơ Điện Tử - Trường Đại học Dân lập Phương Đông. Các thầy cô đã luôn
nhiệt tình dạy dỗ và tạo điều kiện cho chúng em học tập và nghiên cứu trong
suốt những năm học đại học.
Em cũng xin cảm ơn tới cô giáo ThS. Phạm Hải Yến đã tận tình giúp đỡ
và chỉ bảo em trong suốt thời gian làm khóa luận vừa qua.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, người thân trong gia đình và các
bạn sinh viên trong tập thể lớp 513122 đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị
khi thực hiện đề tài này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày… …tháng… …năm 2017
Sinh viên

Nguyễn Thị Huyền

Nguyễn Thị Huyền

Page 1


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông
MỤC LỤ

LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................i

MỤC LỤC............................................................................................................ii
MỤC LỤC HÌNH ẢNH.....................................................................................iii
MỞ ĐẦU..............................................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D...................................................7
1.1 CÔNG NGHỆ 3D........................................................................................7
1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ IN 3D..........................................8
1.3 TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ IN 3D MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI. 10
1.4 TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ IN 3D Ở VIỆT NAM...................................11
1.5 MỘT SỐ MÁY IN 3D CỠ NHỎ SỬ DỤNG VẬT LIỆU SỢI NHỰA....14
1.6 ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG..............................14
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CƠ SỞ LÍ THUYẾT VÀ CÔNG CỤ SỬ DỤNG
CHO ĐỀ TÀI.....................................................................................................20
2.1 TÌM HIỂU CƠ SỞ LÍ THUYẾT...............................................................20
2.2.1 Lí thuyết CNC........................................................................................20
a) Điều khiển chu trình hở...............................................................................21
b) Điều khiển chu trình nửa kín.......................................................................22
c) Điều khiển chu trình kín..............................................................................23
d) Hệ thống điều khiển chu trình hỗn hợp.......................................................24
2.2 TÌM HIỂU CÔNG CỤ SỬ DỤNG...........................................................25
2.2.1 Phần mềm solidworks............................................................................25
2.2.2 Phần mềm autocad..................................................................................28
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MÁY IN 3D...........................................................32
3.1 THIẾT KẾ CƠ KHÍ...................................................................................32
3.2 LỰA CHỌN, TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ....................................................34
3.2.1 Lựa chọn động cơ...................................................................................34
a) Động cơ servo.............................................................................................35
b) Động cơ bước..............................................................................................35
3.2.2 Tính toán.................................................................................................35
3.2.2.1 Tính toán trục x...................................................................................35
3.2.2.2 Tính toán trục y...................................................................................36

3.2.2.3 Tính toán trục z....................................................................................37
Nguyễn Thị Huyền

Page 2


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

3.2.2.4 Tính toán công suất động cơ...............................................................37
3.2.2.5. Chọn số vòng quay của động cơ.........................................................38
3.2.2.6. Tính toán chọn trục.............................................................................39
3.2.2.7. Chọn ổ bi :..........................................................................................39
3.3 LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.................................................40
3.3.1 Mạch arduino mega 2560.......................................................................41
3.3.2 Mạch ramps 1.4......................................................................................43
3.3.3 Mạch driver điều khiển động cơ bước a4988.........................................45
3.3.4 Bộ điều khiển, hiển thi LCD..................................................................45
CHƯƠNG 4 : CHẾ TẠO MÁY IN..................................................................47
4.1 LẮP RÁP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.....................................................47
4.2 HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT THÔNG SỐ PHẦN MỀM REPETIER HOST
.........................................................................................................................48
4.2.1 Thiết lập máy in 3D...............................................................................49
4.2.2 Thiết lập slicer........................................................................................54
4.3 CÁC BƯỚC CƠ BẢN ĐỂ IN 3D.............................................................64
4.3.1 Dựng hình 3d bằng phần mềm vẽ 3d và xuất file 3d ra định dạng stl....64
4.3.2 Đưa file stl vào phần mềm in 3d repetier host........................................64
4.3 HIỆU CHỈNH MÁY IN............................................................................68
4.3.1 Thiết lập firmware marlin.......................................................................68

4.3.2 Các thông số cài đặt firmware cho máy in.............................................71
CHƯƠNG 5 : LẮP RÁP,MÔ HÌNH THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ.................81
5.1 LẮP RÁP...................................................................................................81
5.2 MÔ HÌNH THỰC TẾ...............................................................................82
5.3 ĐÁNH GIÁ..............................................................................................82
KẾT LUẬN........................................................................................................84
Y

Nguyễn Thị Huyền

Page 3


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Biểu đồ phát triển của công nghệ in 3D.....................................10
Hình 1.2: Máy in 3D maker starter.............................................................12
Hình 1.3: Máy in 3D creator X...................................................................13
Hình 1.4: Máy in 3D thiết kế đơn giản.......................................................14
Hình 1.5: Máy in nhựa 3D..........................................................................14
Hình 1.6: Chiếc xe Urbee được in bằng công nghệ 3D..............................15
Hình 1.7: Loa điện tử in bằng công nghệ 3D.............................................16
Hình 1.8: Răng giả in bằng công nghệ 3D.................................................16
Hình 1.9: Hình học bằng công nghệ in 3D.................................................17
Hình 1.10: Xây nhà bằng in 3D..................................................................18
Hình 1.11: Ví dụ mô hình máy in 3D..........................................................19
Hình 2.1: Hệ điều khiển chu trình hở.........................................................22

Hình 2.3: Hệ thống điều khiển chu trình kín...............................................24
Hình 2.4: Điều khiển chu trình hỗn hợp.....................................................25
Hình 2.5: VD thiết kế lò xo trong Solidworks.............................................26
Hình 2.6: VD lắp ráp các chi tiết thành khối trong Solidworks.................27
Hình 2.7: Xuất bản vẽ 2D trên Solidworkss................................................28
Hình 3.1: Thành phần trục X......................................................................32
Hình 3.2 :Thành phần trục Y......................................................................33
Hình 3.3 : Thành phần bàn nhiệt................................................................33
Hình 3.4 : Thành phần trục Z.....................................................................34
Hình 3.5 : Mô hình máy in..........................................................................34
Hình 3.13: Bo mạch Arduino Mega 2560...................................................42
Hình 3.14: Mạch RAMPS 1.4......................................................................44
Hình 3.15: Mạch driver a4988...................................................................45
Hình 3.16 Màn hình LCD...........................................................................46
Hình 4.1: RAMPS 1.4 đặt trên Mega 2560.................................................47
Hình 4.2: Sơ đồ nối A4988 với mạch RAMPS 1.4......................................47
Hình 4.3: Sơ đồ nối các bộ phận máy in với RAMPS.................................48
Nguyễn Thị Huyền

Page 4


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Hình 4.4: Giao diện chính của Repetier Host.............................................49
Hình 4.5: Tab Connection...........................................................................50
Hình 4.6 Tab Printer...................................................................................51
Hình 4.7: Tab Extruder...............................................................................52

Hình 4.8: Tab Printer Shape.......................................................................53
Hình 4.9:Tab Slicer.....................................................................................54
Hình 4.10: Thiết lập Layers and perimeters...............................................55
Hình 4.11: thiết lập Infill.............................................................................56
Hình 4.12: thiết lập Skirt and brim.............................................................57
Hình 4.13: thiết lập Speed...........................................................................58
Hình 4.14: thiết lập Filament......................................................................59
Hình 4.15: Thiết lập cooling.......................................................................60
Hình 4.16: Thiết lập General......................................................................61
Hình 4.17: Thiết lập Bed Shape..................................................................62
Hình 4.18: Thiết lập Extruder 1..................................................................63
Hình 4.19: Kết nối máy tính với máy in......................................................64
Hình 4.20:Load file chi tiết 3d....................................................................65
Hình 4.21: Hình ảnh được load..................................................................65
Hình 4.22: Xoay chi tiết theo các trục........................................................66
Hình 4.23: Phóng to/ thu nhỏ theo các trục................................................66
Hình 4.24: File G-code...............................................................................67
Hình 4.25: Start print..................................................................................68
Hình 4.26 : Giao diện chính marlin............................................................69
Hình 4.27 : Chọn mạch điều khiển.............................................................70
Hình 4.28 : Chọn cổng kết nối....................................................................71

Nguyễn Thị Huyền

Page 5


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

MỞ ĐẦU

Các nước phát triển trên thế giới, sự đột phá về khoa học kỹ thuật đã giúp
họ tìm ra những kỹ thuật tiên tiến áp dụng trong sản xuất, chế tạo.Đến thời điểm
hiện nay, việc ứng dụng kỹ thuật trong cuộc sống, công việc cũng như nhiều lĩnh
vực khác đã và đang được áp dụng phổ biến rộng rãi hơn. Xu hướng công nghệ
dù đi tới đâu cũng đều nhằm phục vụ và cải thiện đời sống con người, trong đó,
sẽ có những công nghệ và phát minh có thể thay đổi toàn diện cuộc sống con
người.
Những xu hướng công nghệ sẽ thay đổi cuộc sống tương lai:
+ Trí tuệ nhân tạo–Robot.
+ Công nghệ nano và khoa học vật liệu.
+ Công nghệ in 3D.
+ Sự nở rộ của các thiết bị đeo được.
+ Công nghệ pin và sạc không dây.
+ Màn hình cong.
+ Smart home.
+ Điện toán đám mây.
+Thương mại điện tử.
+ Thực tế ảo.
Công nghệ in 3D là một trong những xu hướng phát triển của khoa học kỹ
thuật, đang thu hút sự chú ý của hàng loạt các nước trên thế giới. Công nghệ in
3D hiện giờ đã không còn quá xa lạ với giới chuyên môn và người sử dụng trên
toàn thế giới. Vậy công nghệ in 3D là gì và tại sao nó đem lại nhiều lợi ích đến
vậy ?.

Nguyễn Thị Huyền

Page 6

Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D
1.1 CÔNG NGHỆ 3D
Cách đây khoảng 40 năm về trước, những ai lần đầu tiên nghe tiếng phát
ra trên radio, nhìn thấy hình mình trên 1 tấm giấy, hay xem những con người bé
tí chạy nhảy trong chiếc hộp vuông thì ta đã thấy công nghệ đó thật hiện
đại.Ngày nay khoa học công nghệ phát triển vượt bậc, đi bất cứ đâu chúng ta
cũng nghe thấy TV 3D, phim 3D, âm thanh 3D, Hình 3D. Tất cả những cụm từ
trên dùng để chỉ những công nghệ tạo ảo giác hình khối lên thị giác và thính giác
của con người, nhằm mô phỏng lại những gì ta có thể thấy và nghe được. Nhưng
3D trong công nghệ in 3D là một định nghĩa hoàn toàn khác với 3D mang tính
mô phỏng mà ta đã nói như ở trên.
In 3D ở đây sản phẩm thật, vật thể thật mà ta có thể cầm trên tay,quan sát
một cách chính xác, 3D ở đây là mọi thứ xung quanh ta, mà từ nguyên thủy đến
hiện nay ta vẫn tiếp xúc hàng ngày, quá quen thuộc mà ta chẳng gọi nó là 3D
làm gì.
Thế nào là in 3D? In 3D là in ấn ra một vật thể theo không gian ba chiều
(Dài-Rộng-Cao) mà ta có thể cầm nắm, quan sát hay sử dụng nó như: mô hình
xe hơi, máy bay, lọ hoa, giày, quần áo,...thậm chí là một ngôi nhà, đôi giày, cái
chụp đèn ngủ. Đối với in 3D, cảm hứng sáng tạo là vô tận, tất cả những gì bạn
cần là một ý tưởng tuyệt vời. Hiện nay có nhiều công nghệ in 3D, trong đó FDM
và SLA là 2 công nghệ 3D được sử dụng rộng rãi nhất: FDM (Fused Deposition
Modeling), SLA (Stereolithograp).
Công nghệ in 3D là gì? Công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là
cách thức để thực hiện việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động. Ngày
nay công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng, với mỗi sản phẩm 3D có thể được in

ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi.
Với mỗi loại vật liệu cũng có nhiều phương thức để in như sử dụng tia laser,
dụng cụ cắt, đùn nhựa… Cách thức in thì có in từ dưới lên, in từ đỉnh xuống.
Vật liệu in 3D: Có thể là nhựa PLA, ABS, Nylon, Flexible, Wood,
giấy, bột, polymer, kim loại, đặc biệt là socola, kem...các vật liệu này có đặc
điểm là có sự kết dính với nhau để vật liệu lớp bên trên kết dính với lớp bên
dưới được.
Công nghệ in 3D xu hướng của tương lai!
Nguyễn Thị Huyền

Page 7


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Công nghệ in 3D có những đặc điểm gì khiến các chuyên gia đánh giá đây
là xu hướng phát triển đầy mạnh mẽ trong thời gian tới, xu hướng của tương lai?
Ưu điểm đầu tiên: Đúng như tên gọi của nó: công nghệ tạo mẫu nhanh
công nghệ này có sự vượt trội về thời gian chế tạo một sản phẩm hoàn thiện.
“Nhanh” ở đây cũng chỉ là một giới hạn tương đối. Thông thường, để tạo ra một
sản phẩm mới mất khoảng từ 3-72 giờ, phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp
của sản phẩm. Có thể bạn cho rằng khoảng thời gian này có vẻ chậm, nhưng so
với thời gian mà các công nghệ chế tạo truyền thống thường mất từ nhiều tuần
đến nhiều tháng để tạo ra một sản phẩm thì nó nhanh hơn rất nhiều. Chính vì cần
ít thời gian hơn để tạo ra sản phẩm nên các công ty sản xuất tiết kiệm được chi
phí, nhanh chóng đưa ra thị trường những sản phẩm mới.
Ưu điểm đặc biệt thứ 2: ví dụ ta có thể chế tạo được cái đầu người với đầy
đủ bộ phận cả bên trong lẫn bên ngoài một cách chi tiết chỉ trong một lần thực

hiện mà các phương pháp truyền thống không thể chế tạo được.
1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ IN 3D
Cơ chế hay tính chất của công nghệ. Thuật ngữ “in 3D” sẽ cho người
nghe hình dung về việc sử dụng máy in phun với đầu mực di Có rất nhiều thuật
ngữ khác nhau được dùng để chỉ công nghệ sản xuất đắp dần quen thuộc nhất là
Công nghệ in 3D, bên cạnh những tên khác như Công nghệ tạo mẫu nhanh,
Công nghệ chế tạo nhanh và Công nghệ chế tạo trực tiếp. Như vậy, hầu hết các
thuật ngữ này đều ra đời dựa trên chuyển trên giấy để tạo ra các sản phẩm hoàn
thiện, giống như máy in bình thường hiện nay vẫn hay sử dụng tại văn phòng.
Trên thực tế thì công nghệ sản xuất đắp dần cũng có thể hoạt động tương tự như
vậy, nhưng nó còn có những quá trình, kĩ thuật tiến bộ hơn. Một cách cụ thể,
Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Mỹ (American Society for Testing Materials ASTM) đã đưa ra một khái niệm rõ ràng về công nghệ đắp dần: “Công nghệ sản
xuất đắp dần là một quá trình sử dụng các nguyên liệu để chế tạo nên mô hình
3D, thường là chồng từng lớp nguyên liệu lên nhau, và quá trình này trái ngược
với quá trình cắt gọt vẫn thường dùng để chế tạo xưa nay”. Có thể thấy đây là
một phương pháp sản xuất hoàn toàn trái ngược so với các phương pháp cắt gọt
- hay còn gọi là phương pháp gia công, mài giũa vật liệu nguyên khối - bằng
Nguyễn Thị Huyền

Page 8


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

cách loại bỏ hoặc cắt gọt đi một phần vật liệu, nhằm có được sản phẩm cuối
cùng. Còn với sản xuất đắp dần, ta có thể coi nó là công nghệ tạo hình như đúc
hay ép khuôn, nhưng từ những nguyên liệu riêng lẻ để đắp dần thành sản phẩm
cuối cùng.

Công nghệ sản xuất đắp dần ra đời đã được 30 năm nay. Năm 1986,
Charles Hull sáng tạo ra một quá trình gọi là Stereolithography – sản xuất vật
thể từ nhựa lỏng và làm cứng lại nhờ laser. Sau đó, ông Hull thành lập công ty
3DSystems, một trong những nhà cung cấp công nghệ lớn nhất hiện nay trong
lĩnh vực sản xuất đắp dần. Nếu lập biểu thời gian thì chúng ta sẽ thấy công nghệ
này phát triển theo một biểu đồ logarit. Từ 1986 đến 2007, trong 20 năm đầu
tiên, công nghệ này mới chỉ có các bước đi nhỏ, chậm, đây được gọi là giai đoạn
xâm nhập, bước nền cho công nghệ tạo mẫu nhanh. Tuy nhiên đến năm 2009, đã
có một sự biến động lớn trên thị trường, nhiều bằng sáng chế về công nghệ này
đã hết hạn bảo vệ bản quyền, trong đó có bằng sở hữu FDM. Quá trình Fuse
Deposition Modelling (FDM) tạo hình sản phẩm nhờ nấu chảy vật liệu rồi xếp
đặt chồng lớp, vốn được sở hữu bởi hãng Stratasys, một trong những đối thủ
cạnh tranh hàng đầu trong lĩnh vực. Khi bằng sáng chế về FDM hết giá trị, công
nghệ này đã thu hút nhiều nhà sản xuất tham gia. Giá thành sản xuất giảm và
FDM trở thành một trong những chìa khóa công nghệ cơ bản của các máy sản
xuất đắp dần được tiêu thụ trên thị trường hiện nay. Ngoài ra, đến năm 2014, các
bằng sáng chế cho công nghệ Nung kết sử dụng laser (Selective Laser SinteringSLS) cũng bắt đầu hết hạn, tạo cơ hội cho những sáng chế mới phát triển hơn
nữa ngành sản xuất đắp dần, mở đường cho một thời kỳ phát triển mạnh mẽ của
ngành công nghiệp này trong tương lai rất gần.
Năm 2013, ngành công nghệ sản xuất đắp dần trị giá khoảng 3,1 tỷ
USD/năm, tăng 35% so với năm 2012. Trong vòng sáu năm tới, tốc độ tăng
trưởng trung bình được dự đoán ở mức cao, khoảng 32%/năm và đạt mức 21 tỷ
USD vào năm 2020.

Nguyễn Thị Huyền

Page 9


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Hình 1.1: Biểu đồ phát triển của công nghệ in 3D
1.3 TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ IN 3D MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI
Công nghệ in 3D rất được quan tâm bởi các nước trên thế giới. Tăng
cường trong sản xuất công nghiệp và giáo dục là chủ đề thu hút sự quan tâm của
các nước với công nghệ này.
Ở Mỹ: công nghệ in 3D có vai trò là tiềm năng cách mạng hóa trong
phương pháp sản xuất ra hầu hết tất cả mọi thứ. Chính phủ Mỹ đã hỗ trợ công
nghệ này từ nhiều thập kỷ trước. Năm 2012, NAMII được thành lập nhằm thúc
đẩy công nghệ in 3D ở Mỹ. Năm 2014, NAMII đầu tư 9 triệu USD cho việc
nghiên cứu ứng dụng in 3D. Ngoài ra, quỹ khoa học quốc gia và bộ quốc phòng
Mỹ rất quan tâm và đầu tư cho công nghệ in 3D.
Ở Trung Quốc (TQ): năm 2012, TQ đã đưa công nghệ in 3D vào chương
trình nghiên cứu và phát triển công nghệ cao quốc gia. Chính phủ TQ cấp 6,5
Nguyễn Thị Huyền

Page 10


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

triệu USD nghiên cứu tập trung về in 3D. 6/2013, TQ cam kết đầu tư 245 triệu
USD cho việc nghiên cứu in 3D.
Ở Anh: 6/2013 Anh hỗ trợ 13,9 triệu USD cho các công ty tư nhân để phát
triển in 3D. 2014, Anh công bố thành lập trung tâm quốc gia in 3D với khoản
đầu tư 25 triệu USD.

Ở Nhật Bản (NB): 2014, NB dành khoảng 44 triệu USD trong ngân sách
để hỗ trợ hoạt động nghiên cứu, phát triển công nghệ 3D.
Từ những thông tin trên thấy được những ứng dụng to lớn cũng như tác động,
ảnh hưởng cụ thể của công nghệ in 3D, là một ngành công nghệ tiên tiến chiếm
lĩnh vị trí to lớn trong kinh tế, xã hội và chính trị …
1.4 TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ IN 3D Ở VIỆT NAM
Công nghệ in 3D ở việt Nam đã có mặt khoảng năm 2003, tuy nhiên do
giá thành còn cao nên vẫn chưa được ứng dụng nhiều, chủ yếu dùng trong công
tác nghiên cứu. Hiện nay công nghệ này được ứng dụng phổ biến hơn trong rất
nhiều các lĩnh vực. Công nghệ in 3D có thể tăng trưởng lợi ích kinh tế tối đa cho
doanh nghiệp nói chung và các cá nhân nói riêng. Với việc mua máy in 3D và có
thể thiết kế 3D, bạn có thể biến ý tưởng thành vật mẫu chỉ trong thời gian ngắn.
Hiện nay, đối với các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp, công đoạn tạo
prototype thường chiếm khá nhiều thời gian trong quy trình nghiên cứu và phát
triển sản phẩm mới, vì phải đưa mẫu thiết kế đến các cơ sở gia công thực hiện,
nhưng độ chính xác lại chưa cao và tốn một khoản chi phí đáng kể. Về vấn đề
này, máy in 3D hoàn toàn có thể đưa đến giải pháp tối ưu cho người sử dụng. Sở
hữu một chiếc máy in 3D của riêng mình sẽ đảm bảo những ý tưởng của bạn
được thực hiện hóa nhanh nhất và hoàn hảo nhất. In một thiết kế riêng bằng máy
in 3D mang đậm cá tính sáng tạo chắc chắn sẽ luôn là những trải nghiệm thú vị
đối với người đam mê công nghệ.
Đa dạng các dòng máy in 3D trên thị trường Việt Nam:
Ngày trước, để mua một máy in 3D thì phải lên mạng nước ngoài để tìm
hiểu, đặt hàng và phải mất thời gian chờ để máy vận chuyển về nước. Tuy nhiên
hiện nay có thể dễ dàng tìm mua máy in 3D ngay tại thị trường trong nước, với
nhiều sự lựa chọn về mẫu mã, giá cả phù hợp nhưng vẫn đảm bảo về chất lượng,
Nguyễn Thị Huyền

Page 11

Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

có thể khẳng định tương đương với các dòng máy nhập khác. Máy in 3D thương
hiệu việt được rất nhiều doanh nghiệp trong nước lựa chọn. Những lí do đáng
xem xét để đầu tư vào công nghệ in 3D.
Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều các công ty máy in 3D
tham gia vào thị trường trong nước.
 Công ty 3D MAKER: chuyên nghiên cứu, sản xuất, phân phối các
loại máy in 3D uy tín, chất lượng với nhiều dòng khác nhau:
STARTER, PRO225,PRO230,PRO350...

Hình 1.2: Máy in 3D maker starter

 Công ty Flashgorge Việt Nam: công ty phân phối máy in 3D tại
Việt Nam với nhiều loại máy đa dạng: 3D printer chocolate, 3D full
color HD printer, 3D printer A Finder,3D Creator X…

Nguyễn Thị Huyền

Page 12


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Hình 1.3: Máy in 3D creator X

 Creatz3D Pte Ltd là nhà phân phối ủy quyền của tập đoàn máy in
3D Stratasys tại Singapore và Việt Nam. Công ty có 4 dòng máy
chính: Idea, Design, Production, Dental... Và còn rất nhiều công ty
khác trên thị trường Việt Nam.

Nguyễn Thị Huyền

Page 13


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

1.5 MỘT SỐ MÁY IN 3D CỠ NHỎ SỬ DỤNG VẬT LIỆU SỢI NHỰA

Hình 1.4: Máy in 3D thiết kế đơn giản

Hình 1.5: Máy in nhựa 3D

1.6 ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG
Công nghệ sản xuất chế tạo:

Nguyễn Thị Huyền

Page 14


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Tất nhiên, các ngành công nghiệp sản xuất đã trở thành đối tượng sử dụng
in 3D nhiều nhất. Lí do chính khiến công nghệ sản xuất đắp dần được sử dụng
rộng dãi trong môi trường công nghiệp là do nó cho phép sản xuất các bộ phận
với số lượng ít, bộ phận có hình dạng phức tạp, cắt giảm phế liệu, tạo nhanh sản
phẩm thử nghiệm, sản xuất theo yêu cầu. Lí do nữa là in 3D giúp giảm độ phức
tạp trong quản lí chuỗi cung ứng, cho phép sản xuất các bộ phận tại chỗ thay vì
phải sản xuất ở nơi khác mang đến.
Ngành công nghiệp ô tô đã sử dụng in 3D để sản xuất những chiếc xe
hoàn chỉnh. Trên thực tế, một chiếc xe tên là Urbee đã được sản xuất toàn bộ
bằng công nghệ in 3D. Nhà sản xuất chiếc xe này đã tập trung vào việc tăng tối
đa số lượng các bộ phận xe được in 3D với mục tiêu chính là tiết kiệm nhiên
liệu.

Hình 1.6: Chiếc xe Urbee được in bằng công nghệ 3D
Công nghiệp điện tử cũng là một trong những ngành ứng dụng đầu tiên
của in 3D. Máy in 3D đã được sử dụng để 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.

Nguyễn Thị Huyền

Page 15


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Hình 1.7: Loa điện tử in bằng công nghệ 3D
Y tế, chăm sóc sức khỏe:
Công nghệ in 3D rất hữu ích trong y tế ( sản xuất chân, tay, răng, tai
giả…)

Hình 1.8: Răng giả in bằng công nghệ 3D
Ngoài ra, công nghệ in 3D còn được dùng để thiết kế và sản suất các bộ
phận cơ thể giúp cho phẫu thuật tái tạo và cấy ghép.
Giáo dục:

Nguyễn Thị Huyền

Page 16


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

In 3D cũng có những ứng dụng thiết thực trong giáo dục, đặc biết liên
quan đến các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật, kỹ năng toán học.

Hình 1.9: Hình học bằng công nghệ in 3D
Kiến trúc và xây dựng:
Xây dựng các tòa nhà bằng máy in 3D khổng lồ. Vật liệu phổ biến nhất
cho in xây dựng là nhựa, bê tông và cát. Phương pháp in 3D mang lại những cải
tiến đáng kể về chật lượng, tốc độ, chi phí, đặc biệt là trong chi phí lao động, cải
thiện tính linh hoạt, đảm bảo an toàn xây dựng và giảm các tác động môi trường.

Hình 1.10: Xây nhà bằng in 3D

Trong gia đình:
Nguyễn Thị Huyền

Page 17


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Máy in 3D để bàn có thể cho phép bạn sản xuất những 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 yêu thích như đồ chơi, đồ dùng và đồ
trang trí là những ứng dụng phổ biến nhất. Nhờ máy in 3D để mỗi người có thể
tự thiết kế và sản xuất vật dụng theo yêu cầu riêng biệt, làm nên cá tính của bản
thân…
 Kết luận:
Máy in 3D được xem là một phát minh mới lạ và đã không còn quá xa lạ
với giới chuyên môn. Ở Việt Nam, máy in 3D đang bắt đầu tiếp cận thị trường
thông qua các hãng với thương hiệu nước ngoài hay các máy in do Việt Nam sản
xuất. Sau khi tìm hiểu em sẽ đi nghiên cứu, chế tạo một máy in 3D mini cá nhân.
Dự kiến kết quả đạt được như sau:
Nghiên cứu lí thuyết:
+ Nghiên cứu tổng hợp về máy in 3D, cơ sở lí thuyết và nguyên lí hoạt động
của máy.
+ Nghiên cứu thiết kế, gia công, lắp giáp cơ khí cho máy in.
+ Nghiên cứu về lựa chọn các module điều khiển cho máy in.
Dự kiến kết quả thực tế:
 Chế tạo thành công máy in 3D: thiết kế, chế tạo máy in 3D mini có

kích thước 470x400x430mm.

Nguyễn Thị Huyền

Page 18


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Hình 1.11: Ví dụ mô hình máy in 3D
Chạy thử nghiệm và tạo ra các sản phẩm cụ thể.

Nguyễn Thị Huyền

Page 19


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CƠ SỞ LÍ THUYẾT VÀ CÔNG CỤ SỬ DỤNG
CHO ĐỀ TÀI
2.1 TÌM HIỂU CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.2.1 Lí thuyết CNC
Máy công cụ CNC là bước phát triển từ máy NC. Các máy CNC có một
máy tính để thiết lập phần mềm để điều khiển chức năng dịch chuyển của máy.
Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào trong bộ

nhớ khi gia công máy tính đưa các câu lệnh vào điều khiển máy. Máy công cụ
CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, cung tròn,
mặt xoắn, mặt parabol và bất kì mặt ba nào, máy CNC cũng có khả năng bù
chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả các chức năng trên đều được nhờ một
phần mềm của máy tính, các chương trình lập ra đều có thể được lưu trữ vào đĩa
cứng hoặc đĩa mềm. So với máy công cụ thường thì máy công cụ CNC có khả
năng tự động hóa, độ chính xác cũng như chất lượng sản phẩm khi gia công rất
cao.
Hệ thống CNC bao gồm 3 bộ phận:
- Hệ NC làm nhiệm vụ tương tác với người vận hành và tiến hành việc
điều khiển vị trí.
- Hệ điều khiển các động cơ.
- Hệ các driver.
 Ưu nhược điểm của máy CNC:
- Tính năng tự động cao: các máy ứng dụng kỹ thuật CNC đạt tốc độ dịch
chuyển lớn. Trong lĩnh vực gia công cắt gọt, máy công cụ CNC có năng suất cắt
gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức tự động hóa nâng cao vượt
bậc.
- Tính linh hoạt cao: máy CNC dễ dàng thay đổi chương trình gia công,
thiết thực với các loại chi tiết khác nhau, thời gian chuẩn bị và hiệu chỉnh kỹ
thuật tại khu vực làm việc giảm đáng kể. Thời gian thay dao được thực hiện

Nguyễn Thị Huyền

Page 20


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

nhanh chóng, chính xác có thể chuẩn bị dao ở vùng ngoại vi và nạp trở lại vào ổ
tích dao chuyền dùng gắn trên máy.
- Tính năng tập trung nguyên công cao: đa số các máy CNC đều có thể
thực hiện một số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi
vị trí gá đặt của chi tiết.
- Tính chính xác, đảm bảo chất lượng gia công: độ chính xác lặp lại đặc
trưng cho mức ổn định trong suốt quá trình đảm bảo chất lượng gia công cao, là
ưu việt tuyệt đối của các máy điều khiển kỹ thuật số. Ngoài ra, máy CNC còn có
điều kiện khai thác tối đa các chế độ cắt gọt, các nguyên lí cắt và phương án gá
đặt, đảm bảo độ chính xác cao, ổn định chất lượng sản phẩm.
- Năng suất, tính hiệu quả kinh tế_kỹ thuật cao: sự lựa chọn thế hệ máy
CNC hiện nay trở thành một đặc tính cần thiết có tầm quan trọng quyết định đối
với các xí nghiệp công nghiệp.
 Hệ thống điều khiển:
Đối với hệ thống điều khiển máy công cụ CNC vấn đề cơ bản quan trọng
là làm sao từ các dữ liệu của chương trình đã lập của người dùng, bộ điều khiển
tiến hành xửlý, tính toán và phát lệnh đến các động cơdẫn động bàn máy và trục
chính thực hiện các dịch chuyển cần thiết để tạo ra hình dáng hình học của chi
tiết cần gia công với độ chính xác nhất định một cách tự động hoàn toàn.
Nếu phân loại dựa theo phương pháp mà hệ điều khiển xác định và kiểm
tra vị trí, người ta chia hệ thống điều khiển thành 4 loại sau:
+ Điều khiển chu trình hở (open loop).
+ Điều khiển theo chu trình nửa kín (semi-closed loop).
+Điều khiển chu trình kín (closed loop).
+Điều khiển hỗn hợp (hybrid loop).
a) Điều khiển chu trình hở
Ở hệ thống điều khiển chu trình hở, dữ liệu chương trình gia công nhập
được đưa vào bộ điều khiển MCU (machine control unit). Nó giải mã thông tin
và lưu trữ trong bộ nhớ cho đến khi người vận hành bấm nút bắt đầu chạy

Nguyễn Thị Huyền

Page 21


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

chương trình. Từng lệnh của chương trình được chuyển đổi sang các xung điện
một cách tuần tự và tự động để gửi tới bộ điều khiển, kích hoạt và điều khiển các
động cơ servo. Lượng dịch chuyển của động cơ hay nói cách khác là bàn máy
phụ thuộc vào số xung điện (electric pulses) mà động cơ nhận được.

Hình 2.1: Hệ điều khiển chu trình hở
Hệ thống này khá đơn giản vì không có mạch hồi tiếp (feedback), tuy
nhiên không có cách nào để kiểm tra xem động cơ servo có dịch chuyển (quay)
đúng theo lệnh đã được yêu cầu hay không, tức là chúng không có mối liên hệ
ngược. Do vậy hệ thống điều khiển chu trình hở không thể áp dụng cho các máy
CNC gia công cơ khí có độ chính xác lớn hơn 0,02 mm hoặc có lực cắt trong
quá trình gia công lớn. Đối với loại điều khiển này động cơ servo là các động cơ
một chiều kiểu động cơ bước (stepper motor). Độ chính xác gia công chủyếu
phụ thuộc vào độ chính xác chuyển động của động cơ bước, vít me và hệ thống
truyền động. Khi mômen quay nhỏ và ít thay đổi thì độ chính xác dịch chuyển
khá cao, do vậy các máy gia công tia lửa điện hiện nay vẫn sử dụng điều khiển
theo chu trình hở.
b) Điều khiển chu trình nửa kín
Điều khiển chu trình nửa kín là loại hệ thống điều khiển phổ biến. Với
loại này, thiết bị kiểm tra vị trí được lắp vào trục của động cơ servo và chúng
Nguyễn Thị Huyền

Page 22


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

kiểm tra góc quay. Độ chính xác cuối cùng (chuyển động của bàn máy) phụ
thuộc khá lớn và độ chính xác của trục vít me. Vì thế, trục vít me bi có độ chính
xác cao được dùng trong hệ truyền động cho bàn máy. Khi cần thiết, một số máy
hệ NC còn cho phép bù trừ sai số của bước vít me và khe hở của trục vít me để
tăng độ chính xác. Bù trừ sai số bước vít me bằng cách hiệu chỉnh chỉ thị đến hệ
dẫn động servo nhằm loại bỏ sai số tích lũy. Bù trừ sai số khe hở khi chiều
chuyển động đổi dấu, một lượng xung tương ứng với khe hở được gửi đến hệ
điều khiển động cơservo để hiệu chỉnh.

Hình 2.2: Điều khiển theo chu trình nửa kín
c) Điều khiển chu trình kín
Mặc dù bộ điều khiển chu trình nửa kín có thể thể bù trừ sai số bước vít
me và khe hở vít me nhưng nói chung khó đạt được độ chính xác cao khi ảnh
hưởng của khe hở sẽ thay đổi theo khối lượng của chi tiết gia công. Độ mòn của
trục vít me cũng khác nhau tại các vị trí khác nhau. Khe hở của vít me cũng thay
đổi theo nhiệt độ. Thêm vào đó, chiều dài của trục vít me cũng bị giới hạn so với
các máy có yêu cầu hành trình lớn. Khi đó cơ cấu bánh răng, thanh răng được sử
dụng đối với các máy có kích thước lớn. Tuy nhiên, độ chính xác của cơ cấu
bánh răng, thanh răng thường kém. Do vậy, điều khiển chu trình kín sử dụng
trong trường hợp này sẽ khắc phục được sai số của vít me hoặc bánh răng, thanh
răng.

Nguyễn Thị Huyền

Page 23


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Hình 2.3: Hệ thống điều khiển chu trình kín
Trong hệ thống điều khiển chu trình kín, thiết bị giám sát vị trí được lắp
trên bàn máy và vị trí thực của bàn máy được hồi tiếp về hệ điều khiển. Chu
trình kín và chu trình nửa kín khá giống nhau ngoại trừ vị trí của thiết bị giám
sát vị trí (gọi là linear scale) được lắp ở bàn máy hay ở trục của động cơ và độ
chính xác của thiết bị nhận biết vị trí của hệ điều khiển chu trình kín rất cao.
Tuy vậy, hiện tượng cộng hưởng trong dao động của khung máy, hiện
tượng dính trượt v.v.. gây nên thiết hụt chuyển động bởi vì bản thân cả thân máy
cũng dính liền với đối tượng giám sát (bàn máy) có ảnh hưởng đến đặc tính của
hệ servo. Hệ điều khiển chu trình kín luôn cố làm giảm sai số giữa vị trí cần đến
trong lệch dịch chuyển và vị trí thật. Để giảm các sai số do các hiện tượng nói
trên gây ra, bộ điều khiển phải nhạy (dập được ảnh hưởng của dao động rung
của khung máy) và đôi khi dẫn đến mất ổn định trong điều khiển. Vì vậy, nếu
tần số cộng hưởng của máy thấp hơn tần số đáp ứng của hệ điều khiển chu trình
kín thì hệ điều khiển vị trí trở nên mất ổn định. Vì thế người ta cố gắng tăng độ
cứng vững của khung máy nhằm tăng tần số dao động cộng hưởng của máy.
Đồng thời cố gắng giảm hệ số ma sát và loại bỏ các nguyên nhân gây ra thiếu
hụt chuyển động.
d) Hệ thống điều khiển chu trình hỗn hợp
Trong trường hợp khó tăng được độ cứng vững của máy khi khối lượng
chi tiết gia công lớn hoặc khó loại bỏ được hiện tượng thiếu hụt chuyển động do

hiện tượng dính hoặc trượt chuyển động trong các máy CNC hạng nặng, người
ta sử dụng bộ điều khiển chu trình hỗn hợp nhằm bảo đảm độ chính xác vị trí mà
không làm mất tính ổn định điều khiển.
Nguyễn Thị Huyền

Page 24


Đồ án: Thiết kế chế tạo máy in 3D

Trường ĐH Phương Đông

Trong chu trình hỗn hợp có hai vòng lặp điều khiển: vòng nửa kín giám
sát chuyển động của động cơ, vòng kín sử dụng thước quang để giám sát vị trí
của bàn máy. Trong vòng lặp nửa kín, có thể dùng thuật toán điều khiển có độ
nhạy cao bởi vì vòng lặp này không bị ảnh hưởng của toàn bộ khung máy. Còn
trong vòng lặp kín, độ chính xác điều khiển được tăng lên nhờ phương pháp bù
trừ sai số mà vòng lặp nửa kín không thực hiện được. Vì vòng lặp kín chỉ bù trừ
sai số thuộc về vị trí nên hoạt động tốt ở chế độ nhạy thấp hơn. Sự kết hợp giữa
vòng lặp kín và nửa kín cho phép đảm bảo độ chính xác điều khiển trong mọi
trường hợp.

Hình 2.4: Điều khiển chu trình hỗn hợp
2.2 TÌM HIỂU CÔNG CỤ SỬ DỤNG
2.2.1 Phần mềm solidworks
Phần mềm Solidworks là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế
3D do hãng Dassault System phát hành cho những xí nghiệp vừa và nhỏ, đáp
ứng hầu hết nhu cầu thiết kế cơ khí hiện nay. Solidworks được biết đến từ phiên
bản Solidworks 1998 và được du nhập vào nước ta với phiên bản 2003 và phần
mềm này đã phát triển đồ sộ về thư viện cơ khí và phần mềm này không dành

cho những xí nghiệp cơ khí nữa mà còn dành cho các ngành khác như: đường
ống, kiến trúc, trang trí nội thất…
 Một số chức năng cơ bản trong solidworks:
+ Xây dựng mô hình khối 3D:
- Các khối xây dựng trên cơ sở kỹ thuật parametric, mô hình hóa.

Nguyễn Thị Huyền

Page 25