Máy móc và thiết bị công nghệ cao trong sản xuất cơ khí

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài tiều luận môn học này, em xin cảm ơn thầy đã cung cấp cho em
những kiến thức về môn học “Máy và Thiết bị công nghệ cao trong sản xuất cơ
khí”. Qua môn học này, em có thêm hiểu biết về xu hướng phát triển trong kỷ
nguyên Cách mạng Công nghiệp 4.0, IoT. Hiểu biết thêm về điều khiển CNC,
Robot công nghiệp. Do kiến thức của em còn nhiều hạn chế và kinh nghiệm thực tế
còn ít nên không thể tránh khỏi những sai sót khi làm bài tiểu luận này. Em rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy để hoàn thiện hơn. Em
xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 30 tháng 3 năm 2019
Học viên

Trần hải Nhu


LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự phát triển của nền kinh tế hiện nay, sự phát triển của ngành cơ khí là
lĩnh vực mũi nhọn Việt Nam cũng như các nước trên thế giới đang chú trọng. Việc
phát triển mũi nhọn ngành cơ khí ý thì thì đi kèm đó là nghiên cứu và phát triển về
thiết bị và máy móc công nghệ cao trong sản xuất sản xuất là rất quan trọng. Có thể
nói máy thiết bị và máy móc công nghệ cao trong nền kinh tế thế Trung Trung và
trong công nghiệp cơ khí nói riêng, đóng một vai trò rất quan trọng đối với việc
hình thành ngành sản xuất dịch vụ mới hoặc hiện đại hóa, công nghiệp hóa các
ngành sản xuất, dịch vụ đó.
Trên cơ sở đã được học và đọc tài liệu môn máy và thiết bị công nghệ cao trong
sản xuất cơ khí cùng với thời gian tìm đọc tài liệu trên mạng. Em đã hoàn thành bài
tiểu luận môn học về một số phần theo yêu cầu là công nghệ và công nghệ cao
trong nền kinh tế, công nghiệp tạo mẫu nhanh, các nguyên lý tạo mẫu nhanh, robot

công nghiệp và vai trò của robot công nghiệp trong nền kinh tế tri thức, phân tích
chuyển động của robot kuka.
Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không nhiều nên bài luận của em
còn nhiều sai sót và hạn chế mặc dù đã cố gắng tìm và đọc, nghiên cứu tài liệu
nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót do chưa được thực tế và kiến thức và kinh nghiệm
còn hạn hẹp.
em mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp thêm của thầy để bài luận của em đầy
đủ và hoàn thiện hơn để làm tài liệu học và nghiên cứu cho các bạn trong nghành
cơ khí nói riêng và các bạn sinh viên cũng như đọc giả nói chung.
Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên
Nhu
Trần Hải Nhu


I. Công nghệ và công nghệ cao
Ở Việt Nam, cho đến nay công nghệ thường được hiểu là quá trình tiến hành một
công đoạn sản xuất là thiết bị để thực hiện một công việc (do đó công nghệ thường
là tính từ của cụm thuật ngữ như: qui trình công nghệ, thiết bị công nghệ, dây
chuyển công nghệ). Cách hiểu này có xuất xứ từ định nghĩa trong từ điển kỹ thuật
của Liên Xô trước đây: “công nghệ là tập hợp các phương pháp gia công, chế tạo,
làm thay đổi trạng thái, tính chất, hình dáng nguyên, vật liệu hay bán thành phẩm
sử dụng trong quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh”. Theo những quan
niệm này, công nghệ chỉ liên quan đến sản xuất vật chất.
I.1. Khái niệm công nghệ và công nghệ cao
Công nghệ (tiếng Anh: technology) là sự phát minh, sự thay đổi, việc sử dụng,
và kiến thức về các công cụ, máy móc, kỹ thuật, kỹ năng nghề nghiệp, hệ thống, và
phương pháp tổ chức, nhằm giải quyết một vấn đề, cải tiến một giải pháp đã tồn
tại, đạt một mục đích, hay thực hiện một chức năng cụ thể. Công nghệ cũng có thể

chỉ là một tập hợp những công cụ như vậy, bao gồm máy móc, những sự sắp xếp,
hay những quy trình. Công nghệ ảnh hưởng đáng kể lên khả năng kiểm soát và
thích nghi của con người cũng như của những động vật khác vào môi trường tự
nhiên của mình. Thuật ngữ có thể được dùng theo nghĩa chung hay cho những lĩnh
vực cụ thể, ví dụ như "công nghệ xây dựng", "công nghệ thông tin".

Công nghệ cao hay Kỹ thuật cao là công nghệ có hàm lượng cao về nghiên cứu
khoa học và phát triển công nghệ; được tích hợp từ thành tựu khoa học và công
nghệ hiện đại; nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng, tính năng vượt trội, trị giá gia
tăng cao và thân thiện với môi trường; đóng một vai trò rất quan trọng đối với việc
hình thành ngành sản xuất, dịch vụ mới hoặc hiện đại hóa, công nghiệp hóa các
ngành sản xuất, dịch vụ hiện có.
I.2. Bốn yếu tố trong công nghệ cao
Bốn yếu tố đánh giá trình độ công nghệ- T.H.I.O bao gồm công nghệ và kỹ thuật
chuyên nghành (Technoware), con người (Humanware), thông tin (Inforware), tổ
chức (Orgaware).
Trong đó:


Công nghệ hàm chứa trong dạng vật chất T, đó là phương tiện, thiết bị công nghệ
chuyên nghành máy móc, phương tiện vận chuyển, kết cấu hạ tầng, nguyên liệu,
vật tư, kỹ thuật… Dạng công nghệ này được phân cấp theo các cấp sau: thủ công –
cơ khí hóa – vạn năng – chuyên dung – tự động cứng – linh hoạt – cơ điện
tử(mechatronics) – tích hợp CIM. Kỹ thuật là cốt lõi trogn bất kì công nghệ nào, do
con người vận hành, T tang thì H.I.O tăng theo.
Trình độ hiện đại đánh giá loạt sản xuất, độ chính xác và chất lượng sản phẩm, các
thao tác cần, hệ thống điều khiển, trình độ của dây chuyền công nghệ. Công nghệ
thông tin là tiêu chuẩn cơ bản đánh giá trình độ phát triển của kỹ thuật đương đại.
Công nghệ hàm chứa trong con người gồm kiến thức, kỹ năng, khôn ngoan, trí
nghề và tay nghề. Năng lực con người tổng hợp từ sự sáng tạo và đạo đức. Những

tác động của con người tới kỹ thuật gồm lắp đặt, vận hành, sửa chữa, sao chép,
thích nghi, cải tiến, đổi mới, nghiên cứu, sáng chế, phát minh. Con người là yếu tố
chủ động trong công nghệ, nhưng lại chịu sự chi phối của I và O. Kỹ năng công
nghệ của con người bao gồm học vấn, kỹ năng, trí lực( khả năng tư duy, IQ).
Tài năng con người về công nghệ gồm:
+ Tiềm năng sáng tạo.
+ Kỹ thuật công nghiệp và tiêu chuẩn hóa.
+ Hiệu suất làm việc.
+ Đảm bảo độ chính xác, chất lượng.
+ Tác phong công nghiệp.
Ngày nay, tăng hàm lượng chất xám chứ không phải tăng hàm lượng vật chất trong
1 đơn vị sản phẩm. Trong đó, nắm vững công nghệ thông tin là nền tảng.
Công nghệ hàm chứa trong tài liệu (I) là các dữ liệu kỹ thuật, sách tài liệu kỹ thuật,
thông tin và công nghệ thông tin. Các đặc tính của yếu tố I gồm đặc tính, mổ tả,
đặc trưng, sử dụng, nhận thức, tổng quát, đánh giá, quyết định (xử lý thông tin –
kinh doanh). Ứng dụng công nghệ thông tin để tư liệu hóa, số hóa, bí quyết, phần
mềm, mạng. Chức năng thông tin gồm tri thức tích lũy là rút ngắn thời gian cùng
thiết bị và trang thiết bị, với trình độ sản phẩm thực hiện khác nhau, đưa ra bí quyết
đương đại của công nghệ. Vòng đời yếu tố này trải qua: tìm kiếm, phân tích, đặt
câu hỏi, trả lời câu hỏi, lựa trọn thông tin, tổ chức lưu trữ, chế tạo sản phẩm thông
tin, đưa ra thông tin có thể dung cho nhiều sản phẩm khác.


Độ phức tạp của thông tin: Thông tin báo hiệu như hình ảnh, mô hình.., thông tin
mô tả như nguyên lý hình ảnh…., thông tin lắp đặt: đặc tính lắp đặt, nguyên liệu…,
thông tin chuyển giao: hướng dẫn vận hành, ăn toàn, bảo dưỡng, sửa chữa, phần
mềm…, thông tin để thiết kế: các chi tiết, nguyên liệu, thương hiệu. Trong đó bốn
thông tin cuối cùng là bí quyết để bảo vệ thu hồi chi phí nghiên cứu khoa học.
Yếu tố công nghệ hàm chứa trong thể chế (O) là tổ chức sản xuất quản lý điều
hành, các mối liên kết để tạo ra một cơ cấu tổ chức. Các tính chất trong yếu tố gồm

phấn đấu, rằng buộc, mạo hiểm, ổn định, triển vọng, lãnh đạo. Yếu tố tổ chức đóng
vai trò điều hòa 3 yếu tố trên để tạo ra hiệu quả, quản lý tốt, phát triển thương hiệu,
xây dựng chiến lược doanh nghiệp, gọi vốn đầu tư… Yếu tố tổ chức mang tính
động lực và thay đổi theo thời gian.
Đánh giá tổ chức công nghệ theo:
+ Tồn tại được, tự quản lý, quy mô nhỏ.
+ Tồn tại vững: làm chủ phương tiện, sản xuất ổn định, giảm chi phí, mở
rộng, tăng lợi nhuận
+ Bảo toàn: tìm hiểu được sản phẩm mới, thị trưởng mới. Ứng dụng phương
tiện hiện
đại lợi nhuận trung bình.
+ Ổn định: liên tục cải tiến chất lượng sản phẩm và chủng loại sản phẩm,
nâng cao trình độ công nghệ, thương hiệu tạo ra sức cạnh tranh.
+Nhìn xa: thường xuyên đổi mới tạo sản phẩm mới, công nghệ tiên tiến, lợi
nhuận cao, có nghiên cứu phát triển.
+ Dẫn đầu: đạt tới giới hạn công nghệ, chuyển giao công nghệ, đầu tư
nghiên cứu và phát triển, trình độ cao, lợi nhuận rất cao.
Hiệu quả của tổ chức doạnh nghiệp:
+ Trình độ lãnh đạo và quản trị.
+ Mức độ tự trị và phát triển.
+ Định hướng phát triển sản xuất và kinh doanh.
+ Quan tâm lợi ích xã hội và môi trường.
+ Khả năng đáp ứng nhu cầu và sức cạnh tranh thị trường.
+ Đổi mới: hiện đại hóa, đổi mới công nghệ.


+ Thích nghi và linh hoat trong sản xuất, kinh doanh.
Trên bốn yếu tố đã trình bày thì 3 yếu tố H.I.O được coi là phần mềm của công
nghệ, T là phần cứng của công nghệ. Trong đó cai trò của công nghệ thôn tin là yếu
tố quyết định.

Vai trò của máy móc trong nền công nghiệp phát triển kinh tế nói chung và nền
công nghiệp cơ khí nói riêng cực kỳ quan trọng, nó là khung xương vững chắc,
máy móc thiết bị hiện đại sẽ làm cho năng suất tăng lên cùng với đó là chất lượng
sản phẩm sản xuất ra cũng tăng lên, có khả năng đáp ứng được những đòi hỏi ngày
càng khắt khe của thị trường cả về chất lượng sản phẩm cũng như mẫu mã, chủng
loại. Việc nâng cao chất lượng sản phẩm kết hợp với hạ giá bán sẽ làm tăng sức
cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường, điều này càng có ý nghĩa hơn trong
bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang có những thay đổi theo chiều hướng hội nhập.
Tóm lại muốn đạt được mục tiêu lợi nhuận, nâng cao vị thế của mình, mỗi doanh
nghiệp cần phải tăng năng lực sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm , tăng khả
năng cạnh tranh. Điều đó cũng đồng nghĩa với sự cần thiết phải đầu tư đổi mới
máy móc thiết bị công nghệ đối với mỗi doanh nghiệp.
Con người là nhân vật trung tâm của xã hội, là chủ thể chân chính sáng tạo ra mọi
giá trị vật chất - tinh thần để phục vụ lại chính đời sống của mình. Trong mọi hoạt
động của xã hội, đặc biệt là hoạt động sản xuất kinh tế không thể thiếu vắng bàn
tay khối óc của con người.
Nói nhân tố con người là nói đến những phẩm chất, thuộc tính, tri thức, kinh
nghiệm, năng lực, thói quen… của con người được biểu hiện trong các dạng thức
hoạt động khác nhau, qua đó ảnh hưởng đến quá trình sản xuất kinh tế. Một quan
điểm cơ bản của Hồ Chí Minh về quản lý kinh tế là nguyên tắc hạch toán kinh tế,
làm ăn phải hiệu quả.
Phương thức sản xuất là một trong những yếu tố rất quan trọng làm thay đổi phần
lớn các thể chế chính thức, trong đó có thể chế kinh tế. Việc chuyển từ phương
thức sản xuất này sang phương thức sản xuất khác sẽ làm thay đổi căn bản thể chế
nói chung của một thuốc gia, do sự khác biệt cơ bản về tính chất và trình độ của
lực lượng sản xuất, sự thay đổi các quan hệ về sở hữu, phân phối, trao đổi và tiêu
dùng, sự khác biệt về cơ cấu bộ máy nhà nước, sự thay đổi trong địa vị của những
người ban hành và cả những người thực thi thể chế... Chế độ sở hữu và cơ cấu
quyền tài sản là những yếu tố rất quan trọng tác động tới thể chế mà trước hết là
thể chế kinh tế. Hệ tư tưởng là nền tảng tinh thần làm thay đổi nhận thức của con

người về thế giới quan, nhân sinh quan. Hệ tư tưởng có tác động lớn tới việc giải
thích thế giới xung quanh và các hoạt động kinh tế. Chính vì vậy, hệ tư tưởng có


tác động rất lớn tới hệ thống thể chế nói chung, thể chế quản lý kinh tế nói riêng.
Mô hình kinh tế cũng có tác động mạnh tới thể chế. Sự khác biệt giữa các mô hình
kinh tế, chẳng hạn như giữa mô hình kinh tế thị trường với mô hình kinh tế kế
hoạch hoá tập trung cũng tạo ra sự khác biệt lớn trong thể chế kinh tế. Ngoài ra, sự
khác nhau giữa các mô hình kinh tế thị trường (kinh tế thị trường tự do, kinh tế thị
trường xã hội, kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa...) cũng tạo ra sự
khác biệt lớn trong thể chế kinh tế. Cơ cấu quyền lực chính trị, sự tập trung quyền
lực hay phân quyền sẽ tạo ra sự khác nhau cơ bản dẫn tới khác nhau đáng kể trong
cả tổ chức nhà nước lẫn thể chế kinh tế. Trình độ của chủ thể quản lý vĩ mô thể
hiện trình độ nhận thức các quy luật khách quan, nhận thức về kinh tế - xã hội, con
người, nhận thức về đối tượng điều chỉnh... Điều này có tác động lớn đến chất
lượng của thể chế kinh tế, vì các thể chế do con người tạo lập ra. Các tập tục thông
lệ cũng có tác động mạnh tới các thể chế chính thức của quốc gia, trong đó có thể
chế kinh tế. Thể chế kinh tế thị trường có vai trò to lớn trong phát triển kinh tế – xã
hội. Đặc biệt chúng ta phát triển nền kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ
nghĩa. Nghiên cứu thể chế kinh tế và các nhân tố ảnh hưởng tới thể chế kinh tế,
nhất là kinh tế thị trường định hướng XHCN chúng ta sẽ có được các chủ trương,
chính sách hợp lý để xây dựng và phát triển nó.


II. Công nghệ tạo mẫu nhanh:
II.1. Sơ lược về nghành tạo mẫu nhanh
Trước những đòi hỏi về hiệu quả sản xuất, người ta đã nghiên cứu ra những
phương pháp tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping ) với nhiều công nghệ và thiết bị
khác nhau. Đặc biệt, in 3D là công nghệ tạo mẫu nhanh tiên tiến mới mẻ và có sức
bùng nổ nhất trong số các phương pháp chế tạo sản phẩm nhanh hiện nay.

Tạo mẫu nhanh (Rapid prototyping) là phương pháp gia công đơn chiếc thông qua
các máy công cụ tự động ( CNC, 3DPrinter,..) Cần phải nhấn mạnh tính “đơn
chiếc” để phân biệt với sản xuất hàng loạt với nhiều nguyên công riêng lẻ. Tạo
mẫu nhanh có thể được thực hiện bằng cách cắt gọt hoặc bồi đắp vật liệu để thành
hình hài vật thể. Tạo mẫu nhanh còn được biết đến với những cái tên khác
như: chế tạo khối rắn dạng tự do (Solid free-form manufaturing), sản xuất tự động
hóa (Automated manufacturing), hay là sản xuất theo lớp (Layer manufacturing)
… Tạo mẫu nhanh được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực từ sản xuất, y tế, giáo
dục cho đến giải trí…
Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia công hết sức tinh
xảo, cứng cững, độ chính xác cao. Ta có thể bắt gặp CNC dưới dạng máy tiện, máy
phay, máy cắt laze, máy cắt tia nước có hạt mài, máy đột rập và nhiều công cụ
công nghiệp khác.

Hình 01: Cấu trúc tổng thể máy CNC


IN 3D là phương pháp đắp từng lớp vật liệu tương ứng với mô hình 3D CAD thông
qua các máy in 3D. Để thực hiện quy trình đó, dữ liệu thiết kế được xử lý và
chuyển về dạng lưới tam giác STL ( Stereolithography),rồi phần mềm chuyên dụng
đi kèm theo máy in 3D sẽ chia mô hình thành các lớp phục vụ cho quá trình tạo
mẫu.
Đặc điểm của phần lớn các phương pháp PRT là chế tạo ra các mẫu bằng cách đắp
thêm vật liệu theo từng lớp. Muốn vậy phải cắt mô hình 3D đã thiết kế bằng CAD
ra thành các lớp có chiều dày xác định. Để cho thuận tiện, trước khi cắt lớp, người
ta chuyển mô hình 3D sang dạng tệp đặc biệt, ví dụ tệp STL.
Cho đến nay có hàng chục phương pháp RPT phụ thuộc vào khả năng tạo lớp của
vật liệu được sử dụng. Dưới đây trình bày sơ lược về bản chất của một số phương
pháp thông dụng:
Phương pháp SLA (Stereo lithography apparatus) tạo ra các mẫu từ vật liệu cao su

bắt sáng (photocurable resin) lỏng. Khi nguồn laser, được điều khiển theo tín hiệu
của máy tính, quét phủ mặt cắt ngang của mô hình 3D làm hoá cứng một lớp. Sau
đó thùng đựng cao su lỏng hạ xuống một nấc và cứ thế dần dần sẽ hình thành mẫu
theo từng lớp một
Phương pháp SGC (Solid Ground Curing) cũng là phương pháp làm khô cứng từng
lớp. Khác với SLA, ở đây không sử dụng nguồn laser điểm mà dùng chùm ánh
sáng cực tím chiếu lên toàn bề mặt, đã được che chắn qua một mặt nạ (mask). Phần
vật liệu hở sáng sẽ đông cứng thành một lớp. Mặt nạ là một tấm phim âm bản của
tiết diện được cắt.
Phương pháp LOM (Laminated Object Manufacturing) dùng vật liệu dạng tấm có
phủ keo dính (chủ yếu là giấy nhưng cũng có thể dùng tấm nhựa, tấm kim loại
v.v.). Nguồn Laser tạo ra từng lớp mặt cắt bằng cách cắt tấm vật liệu theo đường
biên của mặt cắt vật thể. Các lớp mặt cắt được dán lần lượt chồng lên nhau nhờ hệ
thống con lăn gia nhiệt
Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) là phương pháp thiêu kết bằng tia
Laser. Sau khi con lăn trải ra trên mặt bàn công tác một lớp bột với chiều dày đã
định trước, nguồn Laser sẽ quét phủ trên bề mặt cần tạo lớp. ở vùng đó các hạt vật
liệu sẽ dính kết vào nhau tạo thành một lớp. Mỗi bước di chuyển thẳng đứng của
hệ
thống
thiết
bị
sẽ
hình
thành
ra
lớp
tiếp
theo.
Phương pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tắc in “phun mực”. Một loại mực

keo đặc biệt được phun lên lớp bột nhựa đã được trải phẳng và hoá cứng. Như thế
là chúng đã tạo ra một lớp và từng lớp dần dần tạo ra vật thể.


Phương pháp in 3D FDM (Fused Deposition Manufacturing) dùng vật liệu dạng
dây dễ chảy, ví dụ nhựa in 3D ABS, PLA. Như mô tả trên hình 4, sợi dây qua đầu
gia nhiệt sẽ hoá dẻo và được trải lên mặt nền theo đúng biên dạng mặt cắt của mẫu,
theo từng lớp có chiều dày bằng chiều dày lớp cắt. Nhựa dẻo sẽ liên kết theo từng
lớp cho đến khi tạo xong mẫu.

Trên đây giới thiệu một số phương pháp điển hình trong công nghệ tạo mẫu nhanh
sử dụng các dạng vật liệu khác nhau (lỏng, bột, tấm, dây) với những đặc tính khác
nhau. Cái chung là đều xử lý qua từng lớp một. Các việc cắt lớp, tạo lớp và đo lớp
đều không đơn giản và có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác tạo hình. Vì thế đòi hỏi
thiết bị phải có độ chính xác cao, nên rất đắt tiền. Ngoài ra cần có chương trình
phần mềm đủ mạnh, ví dụ, để xử lý ngay thông tin cập nhật về độ dày của lớp vật
liệu vừa tạo ra và sau khi co ngót so với độ dày danh nghĩa khi phân lớp trên máy
tính. Thuận tiện hơn là kiểm tra định kỳ độ cao của vật thể sau khi hoàn thành thao
tác được một số lớp vật liệu.


Tạo mẫu nhanh là một ý tưởng rất thiết thực phục vụ cho việc rút ngắn chu kỳ ra
đời của một sản phẩm và đã đem lại hiệu quả kinh tế không nhỏ ở những nơi biết
khai thác đúng bản chất của công nghệ này một cách linh hoạt.
Thực chất đây là công nghệ tạo lớp tuỳ theo các đặc điểm của vật liệu và dạng hình
học của vật thể. Sai số tạo hình không những phụ thuộc vào cách cắt lớp, độ dày
phân lớp, mức di chuyển tạo độ dày từng lớp, mà quan trọng hơn là phần mềm xử
lý khi được cập nhật thông tin về độ dày thực tế. Vì vậy việc nâng cao độ chính xác
tạo hình vẫn được quan tâm nhiều nhất.

II.2. Nguyên lý cơ bản của thiết bị tạo mẫu nhanh
1.

Mô hình CAD

Đây là bước đầu tiên trong quá trình tạo mẫu nhanh, áp dụng cho tất cả các hệ
thống tạo mẫu nhanh khác nhau, nó gắn liền với việc tạo mô hình 3D của vật thể
thiết kế bằng máy tính.
Để tạo ra mô hình vật thể thiết kế, người thiết kế có thể xây dựng mô hình nhờ
phần mềm CAD, hoặc tạo dựng vật thể theo tọa độ mà máy đo tọa độ cung cấp.
Đây là bước quan trọng nhất quyết định đến chất lượng và độ chính xác của sản
phẩm.

Hìn
h. Nguyên lý chung của quá trình tạo mẫu nhanh
2/ Xuất sang dạng file “.stl”
Thông thường 1 file CAD cần chuyển đến bộ dịch của máy tạo mẫu nhanh. Bước
này đảm bảo dữ liệu CAD đưa vào máy tạo mẫu nhanh được định dạng .stl, dạng


mô hình biểu diễn mặt biên gồm nhiều mảnh tam giác rất nhỏ. Đây là định dạng
tiêu chuẩn của máy tạo mẫu nhanh.
3/ Tạo các chân đỡ sản phẩm
Bước này nhằm tạo chân đỡ và được lưu trong 1 file CAD riêng. Các nhà thiết kế
CAD có thể trực tiếp thực hiện nhiệm vụ này hoặc bằng các phần mềm chuyên
dụng của tạo mẫu nhanh. Việc thiết kế chân đế nhằm:
•

Đảm bảo các lưỡi phủ không bị va vào bàn đặt chi tiết

•

Đảm bảo bất cứ biên dạng nhỏ nào của bàn đặt chi tiết cũng không ảnh
hưởng đến quá trình chế tạo chi tiết.

•

Cung cấp phương thức đơn giản nhất cho việc lấy sản phẩm ra khỏi tấm
đế khi chế tạo xong.

4/ Cắt lát
Cả chi tiết và chân đỡ đều phải cắt lát. Chi tiết được cắt lát toán học bằng máy tính
thành 1 chuỗi các mặt phẳng song song với nhau. Cũng trong bước này cần phải
lựa chọn các thông số như chiều dày lớp cắt, chiều sâu lưu hóa, khoảng cách bước
quét cần thiết.
5/ Chế tạo
Đây là giai đoạn polyme hóa nhựa hay thiêu kết vật liệu và kết quả cuối cùng là
một vật thể 3D được tạo ả. Tùy theo phương pháp gia công chế tạo được thực hiện
với phần cứng và phần mềm với vật liệu thích hợp. Nhưng quá trình chế tạo vẫn
tuân theo nguyên tắc gia công vật liệu theo từng lớp, lớp này kế tiếp lớp kia. Vật
thể được hình thành theo cách bồi đắp vật liệu hay tách bỏ vật liệu theo lớp. Kết
cấu đỡ được chế tạo trước hoặc được chế tạo cùng với chi tiết. Tùy theo phương
pháp, bàn đỡ được hạ xuống hoặc nâng lên để gia công lớp tiếp theo. Chuyển động
của bàn đỡ và dụng cụ đều được lập trình và điều khiển bằng máy tính.
6/ Loại bỏ vật liệu thừa, hoàn thiện và làm sạch vật thể chế tạo
Sau khi kết thúc quá trình chế tạo, vật liệu thừa ( bột thừa trong thiêu kết, nhựa
lỏng thừa, các lớp vật liệu đã được cắt bỏ trong phương pháp LOM…) được lấy đi
khỏi vùng gia công. Vật thể sau khi chế tạo được lấy ra khỏi vùng gia công và
được làm sạch bằng cách phương pháp như phun khí, sửa và làm sạch bằng

phương pháp cơ khí.


7/ Xử lý sau chế tạo
Trong một số công nghệ tạo mẫu nhanh, vật thể sau chế tạo mới chỉ được thiêu kết
hay polyme hóa một phần nên chưa đạt được các chỉ tiêu cao nhất về tính chất cơ
lý hóa… nên cần phải có các bước xử lý tiếp theo tùy theo phương pháp chế tạo.
Vật thể sau khi tạo hình có thể được thiêu kết hoàn thiện hoặc nhúng vào nhựa hay
cao su để tiến hành polyme hóa hay lưu hóa để đạt yêu cầu đặt ra.
8/ Hoàn thiện chi tiết
Tùy theo mục đích sử dụng, có thể dùng nhiều mức hoàn thiện chi tiết nhằm mô
hình hóa quan sát và mô hình hóa khái niệm, chỉ cần loại bỏ các chân đỡ là được.
Để linh hoạt và tối ưu hơn có nhiều phương pháp hoàn thiện như bằng tay, phun
các hạt có kích thước nhỏ, hay biện pháp tích hợp cả 2 phương pháp trên. Các chi
tiết cũng có thể được đánh bóng, sơn hay phủ kim loại.
II.3. Tổng quát 12 nguyên lý tạo mẫu nhanh
Quá trình tạo mẫu là một quá trình lưu hóa, vật liệu chuyển tử trạng thái lỏng qua
trạng thái rắn. Sau đây là một số nguyên lý tạo mẫu nhanh dựa trên cơ sở vật liệu
dạng lỏng.
+ Thiết bị tạo mẫu lập thể SLA của 3D Systems.
+ Thiết bị xử lý dạng khối SGC của Gubital.
+ Thiết bị tạo mẫu dạng khối SCS của Sony.
+ Thiết bị in sử dụng tia tử ngoại tạo vật thể dạng khối SOUP của Misuibish.
+ Thiết bị tạo ảnh nổi của EOS.
+ Thiết bị tạo ảnh khối của Teijin Seiki.
+ Thiết bị tạo mẫu nhanh của Meiko cho nghành công nghiệp đồ trang sức.
+ Thiết bị tạo mẫu nhanh SLP của Denken.
+ Thiết bị tạo mẫu nhanh COLAMM của Mitsui.
+ Thiết bị tạo mẫu nhanh LMS của Fockele và Schwarze.

+ Thiết bị điêu khắc bằng ánh sáng.
+ Thiết bị hai chùm tia Laser.
Trong đó: Nguyên lý tạo mẫu nhanh của thiết bị tạo mẫu lập thể SLA của 3D
Systems khá phổ biến.

Ngoài ra, dựa trên cơ sở dữ liệu dạng khối ta có một số phương pháp tạo mẫu
nhanh sau. Các hệ thống tạo mẫu nhanh với vật liệu cơ bản dạng khối có liên quan
tới tất cả các hình thức vật liệu dạng khối, bao gồm các dạng: dây, cuộn, dát mỏng
và dạng viên.
Một số phương pháp tạo mẫu nhanh tượng trưng cho phương pháp này:
+ Thiết bị tạo mẫu nhanh LOM của Helisys.
+ Thiết bị phun nhiều lớp FDM của Stratasys.
+ Thiết bị dập nóng có sử dụng chất liên kết SAHP của KiRa.
+ Thiết bị tạo mẫu nhanh của Kinergy.


+ Thiết bị tạo mẫu nhiều đầu phun MJM của 3D Systems.
+ Hệ thống tạo mẫu nhanh RPS cảu IBM.
+ Thiết bị tạo mẫu nhanh MM-6B của công ty Sanders Pototype.
+ Thiết bị tạo mẫu nhanh Hot Plot của Sparx AB’s.
+ bị tạo mẫu nhanh Laser CAMM của Scale Model Unlimited.
Và một số thiết bị tạo mẫu nhanh dựa trên cơ sở dạng bột:
+ Thiết bị thiêu kết bằng laser SLS của DTM.
+ Thiết bị đúc khuôn vỏ mỏng trực tiếp DSPC của Soligen.
+ Thiết bị định hình nhiều giai đoạn hóa cứng MJS của Fraunhoter.
+ Hệ thống các thiết bị EOSINT của EOS.
+ Thiết bị in phun (Ink – ket) hay còn gọi là BPM của BPM Technology.
+ Thiết bị in ba chiều 3DP của MIT.

II.4. Phương pháp thiêu kết laser chọn lọc SLS (Selective Laser Sintering)
Phương pháp này được phát minh bởi Carl Deckard vào năm 1986 ở trường đại
học Texas và được bằng sáng chế 1989, được đưa ra thị trường bởi tập đoàn DTM
(được thành lập 1987). Thiết bị đầu tiên được thương mại hoá vào 1992. Đây là
một trong những phương pháp đầu tiên và được công nhận sau SLA. Phương pháp
này cũng dựa trên quá trình chế tạo từng lớp nhưng chất polymer lỏng được thay
bằng vật liệu bột.
Nguyên lý làm việc
Phương pháp SLS sử dụng tính chất của vật liệu bột là có thể hóa rắn dưới tác
dụng của nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại). Một lớp mỏng của bột nguyên liệu
được trải trên bề mặt của xy lanh công tác bằng một trống định mức. Sau đó, tia
laser hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm trong đường biên của mặt cắt (không thực sự
làm chảy chất bột), làm cho chúng dính chặt ở những chỗ có bề mặt tiếp xúc.


Trong một số trường hợp, quá trình nung chảy hoàn toàn hạt bột vật liệu được áp
dụng. Quá trình kết tinh có thể được điều khiển tương tự như quá trình polymer
hoá trong phương pháp tạo hình lập thể SLA. Sau đó xy lanh hạ xuống một khoảng
cách bằng độ dày lớp kế tiếp, bột nguyên liệu được đưa vào và quá trình được lặp
lại cho đến khi chi tiết được hoàn thành.
Trong quá trình chế tạo, những phần vật liệu không nằm trong đường bao mặt cắt
sẽ được lấy ra sau khi hoàn thành chi tiết, và được xem như bộ phận phụ trợ để cho
lớp mới được xây dựng. Điều này có thể làm giảm thời gian chế tạo chi tiết khi
dùng phương pháp này. Phương pháp SLS có thể được áp dụng với nhiều loại vật
liệu khác nhau: Policabonate, PVC, ABS, nylon, sáp,… Những chi tiết được chế
tạo bằng phương pháp SLS tương đối nhám và có những lỗ hỗng nhỏ trên bề mặt
nên cần phải xử lý sau khi chế tạo (xử lý tinh).
Vật liệu sử dụng: Polycacbonate (PC), nylon, sáp, bột kim loại (copper polyamide,
rapid steel), bột gốm (ceramic), glass filled nylon, vật liệu đàn hồi (elastomer).
Quá trình tạo mẫu: Sản phẩm được chia thành các lát cắt từ file định dạng .STL tạo

một lớp bằng cách trải các lớp bột, thiêu kết bằng nguồn laser CO2 theo các bước
sau:
Bước 1: Một lớp vật liệu bột nóng chảy được đặt vào buồng chứa sản phẩm
Bước 2: Lớp vật liệu bột đầu tiên được quét bằng tia laser CO2 và đông đặc lại.
Vật liệu bột không được xử lý sẽ được đưa trở về thùng chứa liệu.
Bước 3: Khi lớp thứ nhất đã hoàn thành thì lớp vật liệu bột thứ hai được cấp vào
thông qua con lăn cơ khí chuẩn bị cho quá trình quét lớp thứ hai.
Bước 4: Bước hai và bước ba được lặp lại cho đến khi sản phẩm được hoàn thành.
Sau khi quá trình kết thúc, sản phẩm được lấy ra khỏi buồng xử lý và có thể qua
giai đoạn hậu xử lý hoặc đánh bóng lại như phun cát tùy từng ứng dụng của sản
phẩm.
* Ưu điểm:
- Số lượng vật liệu đưa vào quá trình cao (Hight Through-put) giúp cho quá trình
tạo mẫu nhanh chóng.
- Vật liệu đa dạng, không đắt tiền.
- Vật liệu an toàn.
- Không cần cơ cấu hỗ trợ (Support).
- Giảm sự bóp méo do ứng suất.
- Giảm các giai đoạn của quá trình hậu xử lý như chỉ cần phun cát.
- Không cần xử lý tinh (Post-curing).
- Chế tạo cùng lúc nhiều chi tiết.
* Nhược điểm:
- Độ bóng bề mặt thô.
- Chi tiết ở trạng thái rỗ.


- Lớp đầu tiên có thể đòi hỏi một đế tựa để giảm ảnh hưởng nhiệt (như uốn quăn).
- Mật độ chi tiết không đồng nhất.
- Thay đổi vật liệu cần phải làm sạch máy kỹ càng.

III. Robot công nghiệp
III.1. Khái niệm và vai trò của robot công nghiệp trong nền kinh tế tri thức
Robot là máy tự động liên kết giữa một tay máy và một cụm điều khiển chương
trình, thực hiện một chu trình công nghệ một cách chủ động với sự điều khiển có
thể thay thế những chức năng tương tự của con người.
Có thể nói, Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều
khiển từ xa với mức độ tri thức ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo
chương trình sốcũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và
phát triển của trí tuệ nhân tạo.....Mặc dù lĩnh vực ứng dụng của robot rất rộng và
ngày càng được mở rộng thêm, song theo thống kê về các ứng dụng robot sau đây
chúng đựoc sử dụng chủ yếu trong công nghiệp, vì vậy khi nhắc đến robot người ta
thường liên tưởng đến robot công nghiệp.Từ khi mới ra đời Robot được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản
xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu quả sản xuất được tăng lên rõ rệt.Trong
ngành cơ khí chúng ta thì Robot được sử dụng nhiều trong công nghệ Đúc , công
nghệ hàn cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi lắp ráp
sản phẩm. Ngay nay thì xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy
CNC với Robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức độ tự động hóa cao, hoạt
động linh hoạtRõ ràng, khả năng làm việc của Robot trong một số điều kiện là hơn
hản con người, do đó là phương tiện hữu hiệu để tự động hóa, để nâng cao năng
suất và giảm sức người,.....
Robot công nghiệp là robot được sử dụng trong sản xuất công nghiệp. Robot
công nghiệp là loại tự động, có thể lập trình và có khả năng di chuyển trên hai hoặc
nhiều trục. Các ứng dụng điển hình của robot bao gồm hàn, sơn, lắp ráp, chọn và
đặt các linh kiện điện tử lên bảng mạch in, làm bao bì và dán nhãn, pallet, kiểm tra
sản phẩm và thử nghiệm. Tất cả các thao tác được thực hiện với độ bền cao, tốc độ
và độ chính xác cao. Mặt khác chúng có thể hỗ trợ xử lý vật liệu.Theo Liên đoàn
Robot học Quốc tế (IFR, International Federation of Robotics) ước tính năm 2015
có khoảng 1,64 triệu robot công nghiệp đang hoạt động trên toàn thế giới.
Loại robot được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp tự động bao gồm robot

có khớp nối (loại thông dụng nhất), SCARA robot và gantry robot (thường gọi là
robot tọa độ đề-cac hay robot x-y-z). Hầu hết mọi loại robot công nghiệp đều được


phân chia theo đặc tính của tay robot. Các robot thông dụng nhất hiện nay là robot
có khớp nối (Articulated robot).
Robot có khớp nối: một robot có khớp là robot có những khớp quay. Robot có
khớp có thể có hai kết cấu nối với nhau rất đơn giản đến những hệ thống có tới hơn
10 kết cấu tương tác với nhau. Chúng có thể dùng để nhấc các chi tiết nhỏ với độ
chính xác cực cao. Các robot thường được dùng để làm các nhiệm vụ như hàn, cắt,
sơn, lắp ráp, gắp chi tiết, đánh bóng,v.v …

III.2. Thành phần cấu thành của một robot công nghiệp cơ bản
Một robot công nghiệp thường được cấu thành từ các thành phần sau:
1. Số lượng trục (number of axes): cần có ít nhất hai trục để đi đến bất kỳ
một điểm nào trên mặt phẳng, 3 trục là ít nhất để đi đến bất kỳ một điểm nào
trong không gian. Để có thể điều khiển một cách toàn diện sự di chuyển ở
điểm cuối của tay robot (cổ tay robot) cần phải có thêm 3 trục nữa (xoay,
dốc và trệch – roll, pitch, yaw) . Một vài thiết kế (ví dụ như robot SCARA)
người ta đã đánh đổi sự giới hạn trong khả năng chuyển động để đạt được
tính kinh tế, tốc độ và độ chính xác
2. Động học (kinematic): sự sắp xếp thực tế của các kết cấu cứng và các
khớp trong robot quyết đinh khả năng di chuyển của robot. Robot được chia
theo động học thành các loại Robot có khớp, Robot đề các, song song và
SCARA0
3. Tầm hoạt động (working envelope): tầm không gian xa nhất mà robot có
thế “với” tới
4. Tải trọng (carrying capacity): khối lượng mà robot có thể nâng
5. Tốc độ (speed): tốc độ robot di chuyển phần cuối của tay( cổ tay robot)
6. Độ chính xác (accuracy): độ chính xác khi di chuyển đến 1 điểm bất kỳ

được ra lệnh . Độ chính xác có thể khác nhau khi ở những tốc độ và vị trí
khác nhau trong cùng một tầm hoạt động.
7. Kiểm soát di chuyển (motion control): trong một số ứng dụng ví dụ như
những ứng dụng gắp-đặt đơn giản, robot chỉ di chuyển lặp đi lặp lại đơn
thuần đến một số điểm đã được lập trình sẵn. Với những ứng dụng phức tạp
hơn, ví dụ như hàn hồ quang, phải có sự kiểm soát di chuyển liên tục để
robot di chuyển theo các đường trong không gian.
8. Nguồn (power source): một số robot dùng động cơ điện, một số khác
dùng động cơ thủy lực. Loại dùng động cơ điện thì nhanh hơn. Robot dùng


động cơ thuỷ lực thì mạnh hơn và có ưu thế hơn trong một số ứng dụng như
phun sơn, khi mà tia lửa điện có thể gây nổ.
9. Truyền động (drive): một số robot kết nối động cơ với các khớp qua các
thiết bị, một số khác kết nối thẳng động cơ vào các khớp.
Một RBCN được cấu thành bởi các hệ thống sau (hình 1.1):

– Tay máy (Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành
cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và
bàn tay (EndEffector) để trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng.
Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn động lực của
các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: điện, thuỷ lực, khí nén hoặc kết hợp giữa
chúng.


Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác.
Các robot cần hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu
của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường.
Hệ thống điều khiển (Controller) hiện nay thường là máy tính để giám sát và điều
khiển hoạt động của robot.

III.3. Phân loại robot
Thế giới robot hiện nay đã rất phong phú và đa dạng, vì vậy phân loại chúng không
đơn giản. Có rất nhiều quan điểm phân loại khác nhau. Mỗi quan điểm phục vụ
một mục đích riêng. Tuy nhiên, có thể nêu ra đây 3 cách phân loại cơ bản: theo kết
cấu, theo điều khiển và theo phạm vi ứng dụng của robot.
III.3.1. Phân loại theo kết cấu
Theo kết cấu (hay theo hình học), người ta phân robot thành các loại: đề các, trụ,
cầu, SCARA, kiểu tay người và các dạng khác nữa (xem các hình từ 1.4 đến hình
1.9). Điều này đã được trình bày trong mục 1.2.2.
III.3.2. Phân loại theo điều khiển
Có 2 kiểu điều khiển robot: điểu khiển hở và điều khiển kín.
Điều khiển hở, dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí
nén,… ) mà quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với số xung điều khiển. Kiểu
điều khiển này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp.
Điều khiển kín (hay điều khiển servo), sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tãng độ
chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm – điểm và điều
khiển theo đường (contour).
Với kiểu điều khiển điểm – điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm
kia theo đường thẳng với tốc độ cao (không làm việc). Nó chỉ làm việc tại các điểm
dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot hàn điểm, vận chuyển, tán
đinh, bắn đinh,…


Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kỳ,
với tốc độ có thể điều khiển được. Có thể gặp kiểu điểu khiển này trên các robot
hàn hồ quang, phun sơn.