Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy in 3d ứng dụng trong xây dựng

I

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH
BAN CHẤP HÀNH TP. HỒ CHÍ MINH
----------------------

CƠNG TRÌNH DỰ THI
1.1.1 GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
EURÉKA
1.1.2 LẦN THỨ XIX NĂM 2017

TÊN CƠNG TRÌNH: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY
IN 3D ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ
CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ

Mã số cơng trình: …………………………….
(Phần này do BTC Giải thưởng ghi)

Mã số cơng trình: …………………………….
(Phần này do BTC Giải thưởng ghi)


II

MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................................. I
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................................... IV
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................................ V
LỜI NĨI ĐẦU ...........................................................................................................................1

CHƯƠNG 1

ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................2

1.1

Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 2

1.2

Mục đích của đề tài ........................................................................................... 5

1.3

Nhiệm vụ của đề tài .......................................................................................... 5

1.4

Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 5

1.5

Nội dung đề tài .................................................................................................. 6

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D ......................................................................7

2.1

Sơ lược công nghệ in 3D................................................................................... 7

2.2

Tổng quan về ứng dụng máy in 3D trong và ngoài nước ............................... 10

2.2.1

Ứng dụng trong các lĩnh vực .................................................................... 10

2.2.2

Tình hình ứng dụng .................................................................................. 15

CHƯƠNG 3

GIỚI THIỆU VỀ MÁY IN 3D ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG ........17

3.1

Giới thiệu ........................................................................................................ 17

3.2

Nguyên lý hoạt động. ...................................................................................... 19

3.3

Nguyên liệu in. ................................................................................................ 20

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY .................................................................22

4.1

Yêu cầu cần thiết khi thiết kế .......................................................................... 22

4.2

Thiết kế phần khung........................................................................................ 22

4.3

Chất liệu khung và bản lề................................................................................ 23


III
4.3.1

Chất liệu của khung. ................................................................................. 23

4.3.2

Khớp nối và con lăn trên các trục. ........................................................... 26

4.4

Khớp đỡ vít me. .............................................................................................. 29

4.5

Tru ̣c vitme-đai ố c . .......................................................................................... 29

4.6

Đô ̣ng cơ bước STEP 57. ................................................................................. 30

4.7

Vít tải đẩy vật liệu. .......................................................................................... 33

4.7.1

Giới thiệu vít tải. ...................................................................................... 33

4.7.2

Ưu và nhược điểm .................................................................................... 34

4.8

Phần thi cơng cơ khí. ....................................................................................... 35

4.8.1

Ba trục XYZ. ............................................................................................ 35

4.8.2

Vít tải. ....................................................................................................... 36

4.9

Phần board điều khiển ..................................................................................... 37

4.9.1

Board điều khiển chính ............................................................................ 37

4.9.2

RAMPS 1.4 .............................................................................................. 42

4.10

Lập trình điều khiển ..................................................................................... 44

4.10.1

Phần mềm lập trình điều khiển Arduino IDE ....................................... 44

4.11

Firmware ...................................................................................................... 45

4.12

Phần mềm điề u khiể n Creation Workshop .................................................. 47

4.13

Các bước in thử nghiê ̣m............................................................................... 49

CHƯƠNG 5

KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT ..............................................................................51

5.1

Kết luận ........................................................................................................... 51

5.2

Đề xuấ t ............................................................................................................ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................53
PHỤ LỤC .................................................................................................................................54


IV

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.2. Thành phần hóa học hợp kim nhôm ............................................................. 26
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật ATmega2560 .................................................................. 38


V

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Tạo hình sản phẩm phức tạp .......................................................................... 2
Hình 1.2. Máy in 3D và sản phẩm tạo mẫu nhanh ......................................................... 3
Hình 1.3. Máy in 3D xây dựng của Alex-Le-Roux ........................................................ 4
Hình 1.4. Các ứng dụng của máy in 3D ........................................................................ 4
Hình 2.1. Cơng nghệ SLA .............................................................................................. 7
Hình 2.2. Cơng nghệ FDM ............................................................................................. 8
Hình 2.3. Ngun lý hoạt động cơng nghệ LOM ........................................................... 9
Hình 2.4. Mơ tả cơng nghệ 3DP ..................................................................................... 9
Hình 2.5. Cơng nghệ SLS ............................................................................................. 10
Hình 2.6. Các mơ hình từ in 3D ................................................................................... 10
Hình 2.7. Mơ hình thiết kế và sản phẩm in 3D............................................................. 11
Hình 2.8. Mơ hình thiết kế và sản phẩm in 3D............................................................. 11
Hình 2.9. Lĩnh vực xây dựng. ....................................................................................... 12
Hình 2.10. khung của chi tiết........................................................................................ 13
Hình 2.11. Ứng dụng hiện đại ...................................................................................... 13
Hình 2.12. Các hộp sọ được gia cơng từ in 3D ............................................................ 14
Hình 2.13. Xương hàm từ in 3D. .................................................................................. 14
Hình 2.14. Máy in thức ăn của Essential Dynamics có giá $2,995 .............................. 15
Hình 2.15. MaketBot bán trên thị trường với giá 1,999$ ............................................. 15
Hình 3.1. 10 Căn nhà được “in” đầu tiên trên thế giới ................................................. 18
Hình 3.2. Tịa lâu đài được in bằng xi măng. ............................................................... 18
Hình 3.4. khác nhau giữa in 3D thông thường và in 3D bằng xi măng........................ 19
Hình 3.5. máy in 3D bằng xi măng có kích thước lớn và vừa...................................... 20
Hình 3.6. Nguyên liệu vào của máy. ............................................................................ 21
Hình 4.1. Bản thiết kế phần khung hồn chỉnh. ........................................................... 23
Hình 4.2. Nhơm định hình V-rail 20X20. .................................................................... 23
Hình 4.3. Nhơm định hình V-rail vẽ trên solid works .................................................. 25
Hình 4.4. Trục X được thiết kế . ................................................................................... 25
Hình 4.5. Trục Z được lắp trên trục X . ........................................................................ 26
Hình 4.6. Trục Y . ......................................................................................................... 26

VI
Hình 4.7. Bản vẽ gia cơng các pass gá động cơ. .......................................................... 27
Hình 4.8. Bản vẽ gia cơng các pass nối cơ cấu chấp hành ........................................... 27
Hình 4.9. Con lăn V-slot............................................................................................... 28
Hình 4.10.Khớp nối và con lăn của trục trên bản vẽ và sau khi gia cơng. ................... 28
Hình 4.11. Khớp đỡ vít me trục Z. ............................................................................... 29
Hình 4.12. Vít me. ........................................................................................................ 30
Hình 4.13. Động cơ bước STEP 57. ............................................................................ 31
Hình 4.14. Bên trong của động cơ bước. ..................................................................... 31
Hình 4.15. Cấu tạo động cơ bước và cách điều khiển. ................................................. 32
Hình 4.16. Hình dạng vít tải ......................................................................................... 33
Hình 4.17. Hình dạng vít tải được vẽ trên solid works. ............................................... 34
Hình 4.18 Phay mặt và khoan khớp nối. ...................................................................... 35
Hình 4.19. Trục di chuyển của máy sau khi gia công và lắp ráp. ................................ 36
Hình 4.20. Động cơ và phểu vào vật liệu . ................................................................... 36
Hình 4.21. Vít tải đã gia cơng. ...................................................................................... 37
Hình 4.22. Hình dạng thực tế của board điều khiển chính. ......................................... 38
Hình 4.23. Mạch ngun lý khối giao tiếp với máy tính .............................................. 39
Hình 4.24. Khối tạo nguồn 3.3V .................................................................................. 40
Hình 4.25. Khối điều khiển chính. .............................................................................. 40
Hình 4.26. Mạch ngun lý và mạch layout tồn board ............................................... 41
Hình 4.27. Board RAMPS 1.4 ...................................................................................... 42
Hình 4.28. Board A4988............................................................................................... 42
Hình 4.29. Mạch nguyên lý driver step motor............................................................. 43
Hình 4.30. Arduino IDE ............................................................................................... 44
Hình 4.31. Giao diện cơ bản Arduino IDE ................................................................... 45
Hình 4.32. Nội dung configuration.h............................................................................ 46
Hình 4.33. Giao diện của Creation Workshop trên windowns ..................................... 47

Hình 4.34. Tab Gcode để hiể n thi ̣thông tin về code điề u khiể n do phầ n mề m xuấ t ra47
Hình 4.35. Hiǹ h ảnh cắ t lớp ......................................................................................... 48
Hình 4.36. Thiế t lâ ̣p máy và thơng sớ máy in 3D......................................................... 48
Hình 4.37. Thiế t lâ ̣p thông số của resin ........................................................................ 49


VII
Hin
̀ h 4.38. Thiế t lâ ̣p kế t nố i từ máy tính đế n máy in 3D, thiế t lâ ̣p thông số hành trin
̀ h
X,Y,Z ............................................................................................................................ 49
Hình 4.39. Mở chi tiế t cầ n in và canhs chỉnh tỉ lê ̣, vi ̣trí hơ ̣p lý, ta ̣o support nế u cầ n
thiế t sau đó tiế n hành cắ t lớp và bắ t đầ u quá trin
̀ h in. .................................................. 50


1

LỜI NĨI ĐẦU
Hiện nay khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ thuật cơ khí nói riêng đang
phát triển với một tốc độ rất nhanh. Nó có mặt trên tất cả các lĩnh vực đời
sống xã hội, mang lại những lợi ích lớn cho con người cả về tinh thần lẫn vật
chất. Nước ta đang hướng tới mục tiêu thực hiện “Cơng nghiệp hóa và hiện
đại hóa đất nước”. Nhằm phục vụ cho sự phát triển nền công nghiệp hiện nay,
ngành cơ khí đóng vai trị quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị, công
cụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân. Để phục vụ cho việc phát triển ngành cơ
khí hiện nay chúng ta cần đẩy mạnh đào tạo cán bộ kỹ thuật có trình độ
chun mơn cao về các lĩnh vực công nghiệp kinh điển đồng thời đáp ứng
những công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động trong sản xuất cơ khí.
Nghiên cứu, chế tạo và sản xuất máy in 3D là ngành công nghiệp mới

mang lại lợi nhuận cao và ngày càng phát triển mạnh. Ngày nay, máy in 3D đã
đạt được những thành tựu to lớn trong sản xuất công nghiệp cũng như trong
đời sống. Máy in 3D có thể tạo mẫu khá nhanh và độ chính xác tương đối để
phục vụ q trình sản xuất trong cơng nghiệp.
Chính vì vậy mà nhóm tác quyết định đăng ký ĐA/KLTN với Nhà Trường,
Khoa đề tài: “Thiết kế chế tạo máy in 3D ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng”. Hiện
nay, máy in 3D có thể chia nhiều chủng loại, chủ yếu là theo cách thức chúng vận
hành và nguyên liệu sản xuất. Mục đích của việc nghiên cứu đề tài này là thiết kế
được máy in 3D sử dụng vâ ̣t liệu khá mới là hồ xây ( hỗn hợp xi măng, cát và nước)
ứng dụng trong kiến trúc xây dựng, chi phí thấp.

Tuy nhiên, do yêu cầu về thời gian hạn hẹp, kiến thức cịn nhiều hạn chế,
việc tìm tài liệu về máy in 3D sử dụng vật liệu hồ xây cịn khó khăn nên việc
nghiên cứu và chế tạo cịn nhiều thiếu sót. Vì vậy, rất mong được sự đóng góp
ý kiến của thầy, cơ và bạn bè để đề tài được hồn thiện hơn.


2

CHƯƠNG 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Lý do chọn đề tài
Hiện nay trên thế giới các ngành công nghiê ̣p sản xuấ t đã và đang rấ t phát
triể n với trình độ ngày càng tiên tiến. Lươ ̣ng hàng hóa sản xuấ t ngày mô ̣t tăng
cao theo nhu cầ u thi ̣ trường, các sản phẩ m không ngừng thay đổ i mẫu mã và
đươ ̣c sản xuấ t hàng loa ̣t. Điề u này kéo theo mô ̣t yếu tố quan trọng không kém
trong sản xuấ t hàng hóa công nghiê ̣p hiê ̣n đa ̣i chin
́ h là ta ̣o mẫu nhanh. Viê ̣c ta ̣o

mẫu nhanh để nhanh chóng chuyể n từ ý tưởng thiế t kế ra vâ ̣t thể thâ ̣t là rấ t quan
tro ̣ng. Hiê ̣n ta ̣i có rấ t nhiề u công nghê ̣ ta ̣o mẫu nhanh khác nhau mỗi công nghê ̣
đề u có những ưu nhươ ̣c điể m riêng.
Máy in 3D là 1 trong những phưng pháp tạo mẫu nhanh, có thể tạo ra
những sản phẩm phức tạp và tinh xảo.

Hình 1.1. Tạo hình sản phẩm phức tạp
Công nghệ tạo mẫu nhanh đã ra đời từ rất lâu do các nhà tạo mẫu công
nghiệp Mỹ khởi nguồn. Từ đó cùng với sự phát triển khơng ngừng của công
nghệ kỹ thuật điện tử, công nghệ tạo mẫu nhanh đã có những bước đột phá rõ
rệt. Cơng nghệ tạo mẫu nhanh đang phát triển mạnh ở các nước Mỹ, Đức,
Canada… ứng dụng nhiều công nghệ tiên tiến như SLA, SLS, 3DP, LOM,
FDM,… Không chỉ ngưng ở việc tạo mẫu cho các chi tiết cơ khí đơn thuần, ngày
nay cơng nghệ tạo mẫu nhanh với độ chính xác cao, cấu tạo nhỏ gọn dễ sử dụng,
thân thiện với người dùng đang ngày trở nên phổ biến và hiện thực hóa mọi ý


3
tưởng ra thực tế một cách nhanh chóng và chính xác nhất. Tuy nhiên, hiện nay
giá thành các loại máy tạo mẫu nhanh cịn rất cao.

Hình 1.2. Máy in 3D và sản phẩm tạo mẫu nhanh
Ở Việt Nam, công nghê ̣ in 3D vẫn là mô ̣t phát triển khá mới mẻ và chưa phổ
biến. Hiện nay, các doanh nghiệp nhập khẩu các thiết bị công nghệ tạo mẫu nhanh
phục vụ thị trường trong nước có giá thành rất cao. Chi phí đầu tư một máy in 3D
cơng nghệ SLA có giá từ 8.000 USD trở lên, vật liệu phục vụ công nghệ in 3D cũng
phải nhập khẩu và giá thành rất cao. Do vậy nhu cầu làm chủ công nghệ in 3D trong
nước là rất cần thiết và cần đẩy mạnh nghiên cứu hơn để phục vụ nhu cầu sản xuất,
giảm giá thành dịch vụ tạo mẫu nhanh.
Năm vừa qua, Trung tâm Thiết kế chế tạo Thiết bị mới thuộc Sở Khoa học và

Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh cũng đã nghiên cứu thiết kế chế tạo thành cơng
máy in 3D quy mơ phịng thí nghiệm. Các nghiên cứu chế tạo mẫu nhanh cơng nghệ
LOM tại phịng thí nghiệm trọng điểm của Đại học Bách Khoa (Đại học Quốc gia Tp.
HCM). Hiện tại, nhóm chúng em đang nghiên cứu Công nghệ in 3D ứng dụng công
nghệ SLA, phục vụ chế tạo chi tiết cơ khí, phục vụ giảng dạy, tạo mẫu nhanh v.v…
bước đầu đã được thu nhiều kết quả thành công tốt đẹp.


4

Hình 1.3. Máy in 3D xây dựng của Alex-Le-Roux
Các ứng dụng đã giải quyết nhanh nhu cầu thiết kế chế tạo của sinh viên kỹ thuật
của Khoa để chế tạo chi tiết, mơ hình máy móc mà trước đây tốn rất nhiều thời gian,
chi phí gia cơng cơ khí trên máy gia công cơ. Hỗ trợ sinh viên ngành xây dựng của
trường sẽ chủ động và sáng tạo hơn khi thực hiện mơ hình đồ án xây dựng mơ hình
nhà, cơng trình… phục vụ các ngành mỹ thuật cơng nghiệp hiện thực hóa các ý tưởng
sáng tạo của mình. v.v… bằng máy in 3D.

Hình 1.4. Các ứng dụng của máy in 3D
Từ những thực tiễn khả quan đó, nhóm tác giả chọn đề tài :“ Nghiên cứu, thiết
kế và chế tạo máy in 3D ứng dụng trong xây dựng”.


5

1.2 Mục đích của đề tài
Đề tài có các mục đích sau:
 Chế tạo mơ hình máy in 3D có thể in ra vật thể bằng hồ xây (xi măng, cát
và nước) từ hầu như tất cả các bản thiết kế trên các phần mềm vẽ, các hoa văn
phức tạp hay các hình trên dữ liệu CAD.

 Độ chính xác có thể đạt đế n 0.05mm.
 Tạo hình được các chi tiết kích thước từ dài x rộng x cao trong khoảng từ
700x700x800mm.

1.3 Nhiệm vụ của đề tài
 Tìm hiểu nguyên lý điều khiển, thiết kế bộ phận bơm đẩy hồ xây, các cơ
cấu động học.
 Thi cơng cơ khí, chế tạo và lắp ráp hồn thiện mơ hình máy in 3D vật liệu
in là hồ vửa xây.
 Tìm hiểu và điều khiển hệ thống mạch điện, board mạch đệm nối từ máy
tính xuống hệ thống Driver điều khiển các động cơ trục cơng tắc hành trình.
 Thiết kế thi cơng hệ thống điện, cử hành trình an tồn khi vận hành,…
 Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy in 3D điều khiển bằng chương
trình số dựa trên G-code.
 Người nghiên cứu tập trung nghiên cứu thiết kế, thi cơng hệ thống cơ khí,
tìm hiểu và hoạt động, hệ thống điều khiển cho máy in 3D.
 Tận dụng các phần mềm cắt lớp sẵn có như Slic3r, Cura…để xuất mã Gcode cho máy in hoạt động.

1.4 Phương pháp nghiên cứu
 Tìm hiểu các tài liệu và thiết kế hiện có ở trong và ngồi nước.
 Thiết kế bộ phận bơm đẩy vật liệu hồ xây, thiết kế gia cơng trục vít tải.
 Tìm hiểu tỉ lệ pha trộn nguyên liệu.


6
 Nghiên cứu lập trình và ứng dụng kho mã nguồn mở Arduino, xây dựng và
phát triển hệ thống điều khiển chính xác thời gian cho máy in 3D.
 Tiến hành thực nghiệm, đo đạc, phân tích và hiệu chỉnh cân bằng.
 Thiết kế mơ hình và tính tốn các thông số của khung máy bằng
Solidworks.

 Giám sát từ máy tính sử dụng các phần mềm cắt lớp sẵn có như Creation
Workshop, CURA, Pronterface…

1.5 Nội dung đề tài
Đề tài được xây dựng gồm các nội dung sau:
Chương 1: Đặt vấn đề
Chương 2: Tổng quan về máy in 3D
Chương 3: Giới thiệu về máy in 3D ứng dụng trong xây dựng
Chương 4: Thiết kế và chế tạo máy
Chương 5: Kết luận – Đề xuất


7

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D

2.1 Sơ lược công nghệ in 3D.
Công nghệ in 3D không phải là công nghệ mới. Nó đã được phát triển từ cuối
những năm 1980 và đã được sử dụng rộng rãi để tạo ra các nguyên mẫu sản phẩm một
cách nhanh chóng. Cái mới của cơng nghệ này là nó khơng cịn chỉ được các công ty
lớn sử dụng để tạo ra các nguyên mẫu sản phẩm, mà trong những năm gần đây, công
nghệ in 3D đã thực sự bước vào thị trường tiêu dùng. Nhiều nhà khoa học và chuyên
gia từng đặt câu hỏi liệu cơng nghệ in 3D có thực sự là một công nghệ sẽ làm nên sự
biến đổi lớn cho cả thế giới
Có rất nhiều cơng nghệ tạo mẫu nhanh trên thế giới SLA, SLS, 3DP, LOM,
FDM,… Không chỉ ngưng ở việc tạo mẫu cho các chi tiết cơ khí đơn thuần, ngày nay
cơng nghệ tạo mẫu nhanh với độ chính xác cao, cấu tạo nhỏ gọn dễ sử dụng, thân
thiện với người dùng đang ngày trở nên phổ biến và hiện thực hóa mọi ý tưởng ra thực

tế một cách nhanh chóng và chính xác nhất.
Cơng nghệ SLA (Stereolithography Apparatus): là công nghệ sử dụng tia sáng
(tia laser, tia UV hoặc tia sáng bình thường) làm đơng cứng lớp photopolymer lỏng
(polymer quang hóa - polymer đóng rắn khi có ánh sáng chiếu vào) được chứa trong
bồn, từng lớp từng lớp để hình thành nên 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).

Hình 2.1. Cơng nghệ SLA


8
Công nghệ J-P (Jetted Photopolymer): thật ra công nghệ này cũng giống như
cơng nghệ SLA nhưng thay vì ngun liệu được chứa trong bồn thì nguyên liệu được
phun giống như máy in phun, đi kèm với đầu phun là đèn chiếu UV làm đơng cứng
lớp photopolymer vừa phun ra. Vì vậy, công nghệ cho phép in nhiều loại vật liệu trên
cùng một vật thể in, mỗi bình mực in là 1 loại vật liệu.
Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling): sử dụng nguyên liệu đầu vào là
sợi nhựa, sau đó được nung nóng chảy ra và đầu phun kéo các sợi nhựa chảy này theo
biên dạng của mặt cắt từng layer, và đắp từng lớp layer chồng lên nhau để tạo ra sản
phẩm 3D.

Hình 2.2. Cơng nghệ FDM
Cơng 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.


9

Hình 2.3. Ngun lý hoạt động cơng nghệ LOM
Cơng nghệ 3DP (3D printing) : Công nghệ này sử dụng nguyên lý tạo lớp layer
giống như công nghệ SLS ở trên, cịn phần liên kết các layer với nhau thì giống với
cơng nghệ máy in phun 2D bình thường. Mực in lúc này vừa là màu sắc, vừa là keo
liên kết các hạt bột với nhau. Cơng nghệ này có thể in được màu sắc cho vật thể giống
như máy in phun màu.

Hình 2.4. Mơ tả cơng nghệ 3DP

Cơng 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


10
cuộn vừa kéo san phẳng vật liệu ra thành lớp mỏng. Biên dạng layer được hình thành
bằng cách dùng tia laser chiếu cho nóng chảy bột để bột lớp layer trên liên kết với
layer dưới.

Hình 2.5. Cơng nghệ SLS

2.2 Tổng quan về ứng dụng máy in 3D trong và ngoài nước
2.2.1 Ứng dụng trong các lĩnh vực

* Giáo dục:

Hình 2.6. Các mơ hình từ in 3D


11
In 3D tạo ra nhiều mơ hình thật cho các học sinh, sinh viên dễ dàng nắm bắt kiến

thức trong giờ học và có thể tiếp xúc với mơ hình thật trong học tập để có thêm kinh
nghiệm thực tiễn.
* Sản xuất xây dựng:
Máy in 3D giúp tạo mẫu nhanh chóng, ngay cả với những bộ phận phức tạp của
cơng trình với chi phí và thời gian khá thấp. Tạo ra các mơ hình thay thế cho các vật
liệu thơ sơ như: tre, nứa, các mẫu xốp,… Và đặt biệt là các chi tiết của máy in 3D rất
dễ lắp ghép và thay thế, tính thẫm mỹ lại khá cao.

Hình 2.7. Mơ hình thiết kế và sản phẩm in 3D

Hình 2.8. Mơ hình thiết kế và sản phẩm in 3D


12

Hình 2.9. Lĩnh vực xây dựng.
* Giải trí:

Hình 2.10. Lĩnh vực giải trí

* Đúc khn vỏ mỏng: Đúc khn vỏ mỏng là một q trình đúc chính xác để
chế tạo là những chi tiết có hình dáng sắc cạnh từ các hợp kim. Hiệu quả chủ yếu khi
áp dụng phương pháp tạo mẫu nhanh trong công nghệ đúc khuôn vỏ mỏng là khả năng
tạo ra mẫu có độ chính xác cao, chi phí thấp và thời gian để tạo mẫu ngắn.


13

Hình 2.10. khung của chi tiết
* Chế tạo dụng cụ: Người ta ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong chế tạo

dụng cụ như điện cực trong gia công tia lửa điện, chế tạo các khe hở hoặc ruột của
khuôn phun nhựa, ống dẫn hệ thống điều hịa nhiệt độ…

Hình 2.11. Ứng dụng hiện đại
* Trong lĩnh vực y học: Trong lĩnh vực y học, công nghệ tạo mẫu nhanh được
dùng để chế tạo các mơ hình y học, các bộ phận cấy ghép thay thế xương và các công
cụ trợ giúp phẫu thuật.


14

Hình 2.12. Các hộp sọ được gia cơng từ in 3D
Xương nhân tạo: Có những vụ tai nạn gây vỡ một phần xương trên cơ thể và
không thể phục hồi. Yêu cầu đặt ra là phải tái tạo lại được phần xương tương ứng để
thay thế với độ chính xác cao. Để làm được điều đó, người ta sử dụng đến kỹ thuật
ngược. Công nghệ tạo mẫu nhanh cũng được sử dụng rộng rãi trong nha khoa.

Hình 2.13. Xương hàm từ in 3D.


15
2.2.2 Tình hình ứng dụng
* Trên thế giới:
Cơng nghệ tạo mẫu nhanh đã và đang phát triển không ngừng trên thế giới với
hàng loạt các sản phẩm được nâng cấp và cải tiến từng ngày. Không chỉ phục vụ cho
nhiều lĩnh vực cơ bản như khoa học, giáo dục mà hiện nay nó cịn góp mặt trong giải
trí với hàng loạt sản phẩm mang tính tạo hình cao.

Hình 2.14. Máy in thức ăn của Essential Dynamics có giá $2,995

Hình 2.15. MaketBot bán trên thị trường với giá 1,999$
* Trong nước :


16
Thực tế cho thấ y ta ̣o mẫu nhanh công nghiê ̣p vẫn chưa phát triể n trong nước và
đây là sản phẩm mới trong khuôn khổ đề tài khoa học, công nghệ cấp nhà nước về
phát triển công nghệ phục vụ công nghiệp. Đa phầ n ta ̣o mẫu từ các máy gia công cơ
hoă ̣c chỉ la bản mẫu 3D trên máy tin
́ h thông qua các phầ n mề m vẽ 3D. Hiện nay, một
số nghiên cứu phát triển tại các trường Đại học trong nước cũng đang bắt đầu ứng
dụng in 3D bằng nhiều vật liệu đa dạng hơn ,nhưng giá thành nghiên cứu chế tạo máy
in 3D cơng nghệ này chi phí cũng khá đắt, do vậy việc ứng dụng máy in 3D này vẫn
chưa phát triển.


17

CHƯƠNG 3

GIỚI THIỆU VỀ MÁY IN 3D ỨNG DỤNG
TRONG XÂY DỰNG

3.1 Giới thiệu
Công nghệ In 3D bắt đầu vượt ra ngồi khn khổ của các máy in để trực
tiếp thực hiện công việc tại công trường xây dựng bằng sáng kiến sử dụng robot.
MX3D, một công ty công nghệ In 3D tại Hà Lan đang tiên phong trong kỹ thuật
mới này bằng việc triển khai dự án in toàn vẹn một cây cầu bằng thép khẩu độ
15m bắc qua một kinh đào tại thủ đô Amsterdam, tạo nên một nguyên mẫu cho
phương pháp In 3D bằng các robot làm việc tự động theo phần mềm lập trình

sẵn.
Trước đây để thực hiện một cây cầu tương tự người ta phải lắp ráp từng
bộ phận đã đúc sẵn, bởi cho tới bấy giờ kỹ thuật In 3D mới chỉ sử dụng phương
pháp thiêu kết từng lớp mỏng bột kim loại bằng tia laser, cho ra những cấu kiện
nhỏ bên trong máy in mà cỡ lớn nhất thuộc thế hệ máy BAAM được dùng để chế
tạo mẫu xe Strati. Cầu In 3D bằng robot ở Amsterdam là cơng trình phối hợp
giữa kiến trúc sư Joris Laarman, công ty công nghệ in MX3D, công ty phần
mềm Autodesk và công ty xây dựng Heijmans.
Bằng việc sử dụng các chất liệu kim loại từ sắt, thép không rỉ đến nhôm,
đồng, thau, các cánh tay robot phối hợp liên tục để in ra các kết cấu phức tạp của
cây cầu một cách dễ dàng, bắt đầu từ hai bờ tiến vào giữa cho đến khi chiếc cầu
được nối liền. Các robot ngồi làm việc ngay trên phần kết cấu vừa hoàn tất như
những người thợ chuyên nghiệp để cuối cùng cho ra cây cầu hiện đại biểu tượng
cho cơng nghệ mới trong vịng hai tháng, tại một thành phố cổ kính 740 năm
tuổi.
In 3D để tạo nên một cây cầu hay một cơng trình xây dựng khơng cịn là
câu chuyện của tiểu thuyết. Cơng nghệ mới đang rút ngắn thời gian, giảm bớt chi
phí, tạo nên chất lượng tốt hơn, đẹp hơn, và gần như khơng có chất thải của vật
liệu xây dựng hay giàn giáo. Tim Geurtjens, Giám đốc cơng nghệ tại MX3D nói
rằng “điều khác biệt giữa công nghệ chúng tôi với kỹ thuật truyền thống là vượt


18
ra bên ngồi khn khổ của máy in, thay vào đó những con robot sáu trục sẽ tạo
nên những khả năng không giới hạn cho ngành xây dựng.
Năm 2014, công ty WinSun của Trung Quốc xây mười ngôi nhà 3D đầu
tiên trên thế giới.

Hình 3.1. 10 Căn nhà được “in” đầu tiên trên thế giới
Tại Mỹ, cả 1 lâu đài được in 3D bằng xi măng.

Hình 3.2. Tịa lâu đài được in bằng xi măng.