Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS

Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
***

NGUYỄN VĂN KHOA

THIẾT KẾ KẾT CẤU HỆ THỐNG CẤP BỘT CHO MÁY
TẠO MẪU NHANH THEO CÔNG NGHỆ SLS

Chuyên ngành: Cơng nghệ chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2007


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:…………………………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 1:……………………………………………………………...

Cán bộ chấm nhận xét 2:……………………………………………………………...
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA.

Ngày……….tháng……….năm 2007

Bộ Giáo dục và Đào tạo
Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh
Trường Đại học Bách Khoa

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC

Họ và tên: NGUYỄN VĂN KHOA

Giới tính: Nam

Ngày tháng năm sinh: 01 – 12 – 1970

N ơi sinh: Bến Tre

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ KẾT CẤU HỆ THỐNG CẤP BỘT CHO MÁY TẠO
MẪU HANH THEO CÔNG NGHỆ SLS.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nắm vững công nghệ tạo mẫu nhanh SLS.
2. Nghiên cứu kết cấu máy tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ SLS.
3. Tính tốn thiết kế hệ thống cấp bột cho máy máy tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ
SLS.
III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV.

NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2007

V.

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. ĐẶNG VĂN NGHÌN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

15/09/2006

CHỦ NHIỆM NGÀNH

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận vă thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
Ngày……….tháng……….năm 2006.
PHỊNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
o0o
Đầu tiên, em chân thành cảm ơn về sự quan tâm và tận tình hướng dẫn
của Thầy PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN trong suốt thời gian thực hiện luận
văn.
Em chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trường Đại học Bách khoa TP. Hồ
Chí Minh đặc biệt là Quý Thầy, Cơ trong khoa Cơ khí đã truyền đạt những
kiến thức quý báo và tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành luận văn và

khóa học này.
Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp cao học Công nghệ chế tạo
máy 2005 và các bạn đồng nghiệp đã góp ý chân thành trong quá trình thực
hiện luận văn.
Xin cảm ơn gia đình và thân hữu đã tạo mọi điều kiện tốt cho tôi học tập
và thực hiện luận văn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trong hội đồng bảo
vệ luận văn đã dành thời quý báo để đọc và góp ý cho luận văn này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 06 năm 2007.


TĨM TẮT LUẬN VĂN
o0o

Cơng nghệ tạo mẫu nhanh tuy mới được ra đời khoảng những năm 90
của thế kỷ trước nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh. Trên thế giới nhiều
nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau đã lao vào nghiên cứu công nghệ
này với những thành tựu đáng kể. Ở Việt Nam, tạo mẫu nhanh vẫn là một
công nghệ mới và chưa được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Với những tính
năng ưu việc của cơng nghệ này, tương lai khơng xa nó sẽ quen thuộc với các
nhà sản xuất Việt Nam và sẽ được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và quy
trình thiết kế và phát triển sản phẩm.
Đây là những bước đầu tiên nghiên cứu về thiết bị tạo mẫu nhanh mà chủ
yếu thiết kế hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS. Để
đi vào thiết kế máy, bước đầu tiên phải nắm vững công nghệ và kết cấu của hệ
thống máy tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ SLS. Sau đó tiến hành tính tốn
thiết kế hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ SLS.
Bài tốn thiết kế được tiến hành theo các bước sau:
Bước đầu tiên của bài toán thiết kế là xây dựng ý tưởng, đánh giá và

chọn phương án thiết kế.
Sau khi chọn được phương án thiết kế, tiến hành thiết kế kết cấu cho hệ
thống cấp bột.
Sau khi thiết kế kết cấu xong, tiến hành xây dựng mô hình, chỉnh sửa và
đánh giá các chỉ tiêu thiết kế thơng qua mơ hình.
Một mơ hình CAD-3D và những bản vẽ chi tiết của hệ thống cấp bột
được hình thành là kết quả của luận văn này.


MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN.
LỜI CẢM ƠN.
TÓM TẮT LUẬN VĂN.
MỤC LỤC.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

1

1.1.

Xưu thế phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh.

1

1.2.

Mục tiêu luận văn.

2

1.3.

Nội dung luận văn.

2

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ TẠO MẪU NHANH THEO CƠNG
NGHỆ SLS
2.1.

2.2.

2.3.

Cơng nghệ tạo mẫu nhanh.

3
3

2.1.1..Khái niệm.

3

2.1.2. Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh.

3

2.1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước.

4

Tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.

7

2.2.1. Nguyên lý.

7

2.2.2. Vật liệu của công nghệ SLS.

8

2.2.3. Giới thiệu một số loại máy SLS.

11

Phân tích kết cấu máy tạo mẫu nhanh theo cơng nghệ SLS.

17

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG Ý TƯỞNG, ĐÁNH GIÁ VÀ CHỌN
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.
3.1.

Các phương án thiết kế.

43

43

3.1.1. Các phương án cấp bột.

43

3.1.2. Các phương án nâng hạ thùng.

53


3.2.

3.3.

3.1.3. Các phương án bố trí con lăn.

56

Đánh giá và chọn phương án thiết kế.

58

3.2.1. Cụm cấp bột.

58

3.2.2. Cụm thùng chính.

59

3.2.3. Cụm con lăn.

60

Chọn phương án thiết kế.

60

CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN THIẾT KẾ.
4.1.

Tính tốn kích thước thùng làm việc và thùng cấp bột.

62

4.2.

Tính tốn bộ truyền vít me.

62

4.3.

Tính tốn bộ truyền đai.

66

4.4.

Tính tốn ổ lăn.

68

4.5.

Tính tốn động học.

70

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ.

73

5.1.

Thiết kế kết cấu.

73

5.2.

Xây dựng mơ hình.

92

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN.

103

6.1.

Kết luận.

103

6.2.

Hướng phát triển đề tài.

104

PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÓM TẮT LÝ LỊCH


CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG ĐỀ TÀI

B
b
Cđ
D
d1
dcl
dm
F0
Fath
Fb
Fb

Fr
Ftd
Ftt
Fv
M
m
n
Pct
Ps
Pt
Q
Qt
SLS
T
u
V
Z1, Z2

(mm)
Chiều rộng bánh đai
(mm)
Chiều rộng dây đai
(N)
khả năng tải động
(g/cm3)
Khối lượng riêng
(mm)
Đường kính vít me
(mm)
Đường kính con lăn

(mm)
Đường kính trung bình con lăn
(N)
Lực căn ban đầu của đai
(N)
Tải trọng tới hạn
(N)
Trọng lượng bột
(N)
Trọng lượng bột
(N)
Lực tác dụng hướng tâm lên đai
(N)
Trọng lượng tấm đỡ (bàn làm việc)
(N)
Trọng lượng tổng
(N)
Trọng lượng vít me
(g)
Khối lượng
(mm)
Mơ đun dây đai
(vịng/phút)
Số vịng qy của bánh đai
(kW)
Cơng suất cần thiết của động cơ
(mm)
Bước của vít me
(kW)
Cơng suất tính tốn trên trục cơng tác

(N)
khả năng tải tính tốn
(N)
khả năng tải tĩnh
Selective Laser Sintering (thiêu kết vật liệu bằng tia laser)
(N.mm)
Mômen xốn
Tỷ số truyền
(mm3)
Thể tích
Số răng bánh đai


TĨM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
*********

Họ và tên:

NGUYỄN VĂN KHOA

Ngày tháng năm sinh: 01 – 12 – 1980
Địa chỉ liên hệ:

Giới tính: Nam
Nơi sinh: Bến Tre

28/5, đường Lê Ngã, phường Phú Trung,
quận Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh.

Điện thoại:

0988 650 977
QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

-

Từ năm 1999 đến 2004: học đại học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP. Hồ Chí Minh, chun ngành Kỹ thuật cơng nghiệp.

-

Từ năm 2005 đến 2007: học cao học tại trường Đại học Bách khoa – Đại
học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, chuyên ngành Cơng nghệ chế tạo máy.

Q TRÌNH CƠNG TÁC
-

Từ năm 2004 đến 2005: công tác tại công ty TNHH TOCO.

-

Từ năm 2005 đến 2007: công tác tại công ty TNHH JUKI. VIỆT NAM


Chương: I

Trang - 1 -

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.
Đề tài nghiên cứu: Thiết kế hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo

công nghệ SLS.
1.1.

Xu thế phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh.
Ngày nay, nền kinh tế Việt Nam đã hòa nhập vào nền kinh tế thế giới. Điều đó

có nghĩa là mọi lĩnh vực cần phải tự thân vận động trong cuộc cạnh tranh của cơ chế
thị trường, trong đó có lĩnh vực khoa học kỹ thuật và công nghiệp. Nền kinh tế,
khoa học kỹ thuật và cơng nghiệp của nước ta hiện nay nhìn chung cịn khoảng cách
khá xa so với khu vực và trên thế giới. Để rút ngắn khoảng cách này, chúng ta có
thể nhập những thiết bị hiện đại để ngày càng công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất
nước. Nhưng thiết bị nhập từ nước ngồi có giá thành rất cao, dẫn đến giá thành sản
phẩm sẽ cao, khó cạnh tranh nổi với các sản phẩm ngoại nhập. Do đó, việc nghiên
cứu chế tạo những thiết bị máy móc ngay trong nước là một vấn đề cấp thiết hiện
nay.
Công nghệ tạo mẫu nhanh ( Rapid Prototyping Technology) là một công nghệ
mới với nhiều ưu điểm nổi bật và nó giải quyết được nhiều vấn đề mà các phương
pháp chế tạo truyền thống không thể thực hiện được hoặc thực hiện được với chi
phí rất cao. Vì đây là cơng nghệ mới nên nó chưa được ứng dụng rộng rãi ở Việt
Nam nhưng những nghiên cứu và ứng dụng trong những năm gần đây cho những
kết quả rất khả quan. Do đó đây là công nghệ của thế kỷ 21 và tiềm năng ứng dụng
của nó rất lớn. Tính đến năm 2004 có khoảng 20000 hệ thống máy tạo mẫu nhanh
được ứng dụng trên thế giới.
Ở các trường Đại học, vào những năm 1995 – 1996 đã bắt đầu đi vào nghiên
cứu công nghệ tạo mẫu nhanh. Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học Bách Khoa
TP.HCM là hai đơn vị đi đầu trong lĩnh vực này. Hiện nay, nhu cầu ứng dụng công
nghệ tạo mẫu nhanh ngày càng cao. Để đáp ứng nhu cầu ứng dụng và làm chủ công

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.

Chương: I

Trang - 2 -

nghệ này, nhà nước ta bắt đầu quan tâm đến việc đầu tư nghiên cứu và chế tạo thiết
bị tạo mẫu nhanh.
Tính đến nay có hơn 30 công nghệ tạo mẫu nhanh đã được ra đời trong đó có
khoảng trên 10 cơng nghệ đã được thương mại hóa: SLA, LOM, SLS, FDM, SGC,
3D-PRINTING… Trong các cơng nghệ đã được thương mại hóa thì cơng nghệ tạo
mẫu nhanh SLS (Selective Laser Sintering) có khả năng ứng dụng rất cao: chế tạo
công cụ nhanh, chế tạo khuôn mẫu, sản xuất nhanh…
1.2.

Mục tiêu của đề tài.

• Nắm vững cơng nghệ và thiết bị tạo mẫu nhanh theo phương pháp SLS.
• Thiết kế hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo phương pháp SLS.
1.3.

Nội dung luận văn.

v Nghiên cứu tổng quan về công nghệ tạo mẫu nhanh và đặc biệt là tạo mẫu
nhanh theo công nghệ SLS.
v Nghiên cứu tổng quan về cấu trúc của hệ thống máy tạo mẫu nhanh theo
công nghệ SLS.
v Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ
SLS.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.

Chương: I

Trang - 3 -

CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ TẠO MẪU NHANH THEO CƠNG NGHỆ
SLS.
2.1.

Cơng nghệ tạo mẫu nhanh.

2.1.1. Khái niệm
Công nghệ tạo mẫu nhanh là công nghệ chế tạo vật thể ba chiều bằng phương pháp
đắp dần vật liệu theo từng lớp. Vật thể được thiết kế trên máy tính dưới dạng mơ
hình CAD hoặc vật thể có thể được lập trình thủ cơng trên một phần mềm. Một
phần mềm tự động chuyển mơ hình 3D thành những lớp mỏng có chiều dày khơng
đổi dưới định dạng tập tin có đi *.STL. Độ dày của mỗi lớp phụ thuộc vào loại
vật liệu, thường giao động từ 0.1mm đến 0.2mm. Dữ liệu lớp này được truyền cho
máy tạo mẫu nhanh để xây dựng mơ hình 3D. Tuy mới chính thức ra đời từ khoảng
năm 1988 nhưng công nghệ này phát triển rất nhanh, tính đến nay đã có hơn 30
cơng nghệ tạo mẫu nhanh được ra đời, trong đó có khoảng trên 10 cơng nghệ đã
được thương mại hóa: SLA, LOM, SLS, FDM, SGC, 3D-PRINTING…
Vì đặc tính đắp dần vật liệu của cơng nghệ tạo mẫu nhanh nên nó có thể xây dựng
những vật thể có hình dáng phức tạp mà các phương pháp gia công truyền thống
không thể thực hiện được. Vật liệu dùng trong công nghệ này thường là giấy, sáp ,
nhựa, kim loại… và một số loại vật liệu khác như chất kết dính, vật liệu nhạy
quang.
2.1.2. Ứng dụng của công nghệ tạo mẫu nhanh.
Công nghệ tạo mẫu nhanh có những ứng dụng trong các trường hợp sau:

Dùng để chế tạo chi tiết mẫu. Trong quy trình thiết kế và phát triển sản phẩm, chi
tiết mẫu dùng để mơ hình hóa một mẫu thiết kế, thử nghiệm những chỉ tiêu thiết kế,
dùng để giới thiệu sản phẩm hay tham khảo ý kiến khách hàng về mẫu thiết kế…
Do đó rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm, những chỉ tiêu thiết kế được đánh giá

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 4 -

một cách rất khách quan và chính xác hơn, là cầu nối thơng tin giữa bộ phận thiết
kế, sản xuất, marketing và khách hàng…
Dùng để chế tạo trực tiếp những công cụ nhanh: khuôn mẫu, bánh răng, khóa
vặn… Do đó tiết kiệm được vật liệu, thời gian gia cơng…
Dùng để chế tạo những chi tiết có hình dáng phức tạp mà những phương pháp gia
cơng truyền thống bị hạn chế hoặc không thể thực hiện được. Cơng nghệ này có khả
năng chế tạo được tất cả các chi tiết có hình dáng bất kỳ nếu nó có thể thiết kế được
trên máy tính.
Những chi tiết thay thế để phục vụ cho cơng tác bảo trì sửa chữa với số lượng nhỏ.
Trong một số máy chuyên dùng, có một số chi tiết khơng tiêu chuẩn hoặc số lượng
rất ít. Vì số lượng ít nên mỗi khi chúng bị hư hỏng phải tốn nhiều thời gian và chi
phí để chế tạo thay thế. Do đó có thể ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh để chế tạo
trực tiếp những chi tiết này với chi phí khơng cao và thời gian tương đối ngắn.
Chế tạo những bộ phận trên cơ thể người (các loại xương) phục vụ cho lĩnh vực y
học. Những bộ phận này có thể ghép vào cơ thể con người hoặc dùng trong công tác
giảng dạy.
Tuy nhiên, cơng nghệ này vẫn có một số hạn chế:
• Vật liệu tạo mẫu nhanh thường đắt tiền.

• Hạn chế về số lượng loại vật liệu. Thường mỗi công nghệ chỉ giới hạn ở
một số loại vật liệu nhất định.
• Đối với những chi tiết kim loại có hình dáng khơng phức tạp thì dùng
cơng nghệ tạo mẫu nhanh để sản xuất khơng có tính kinh tế.
2.1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước.
a. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 5 -

Tạo mẫu nhanh là công nghệ hồn tồn mới và nó khác hồn tồn với các
cơng nghệ chế tạo truyền thống. Hơn nữa nó là một cơng nghệ có những tính năng
đặc biệt nên các nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau đã lao vào nghiên cứu.
Hiện nay trong các chuyên gia về tạo mẫu nhanh có khơng ít người xuất phát từ các
lĩnh vực khác như: cơng nghệ thơng tin, tự động hóa, vật liệu… Trong những
chuyên gia này phải kể đến giáo sư Dolenc của Đại học hensiki, xuất thân từ công
nghệ thông tin, giáo sư Gibson của Đại học HongKong, xuất thân từ giáo sư tự động
hóa…
Hàng năm hiệp hội tạo mẫu nhanh thế giới tổ chức hội thảo một lần để báo cáo
tình hình nghiên cứu và phát minh về tạo mẫu nhanh. Tính đến năm 2006 đã có 18
lần hội thảo chủ yếu tập trung vào các chủ đề:
v

Tạo mẫu nhanh – Rapid Prototyping (RP).

v

Phát triển nhanh các sản phẩm – Rapid Prototyping Development
(RPD).

v

Tạo mẫu nhanh và chế tạo nhanh – Rapid Prototyping &
Manufacturing (RP & M).

v

Tạo công cụ nhanh – Rapid manufacturing tool (RM).

Nhìn chung trên thế giới trong khoảng hai thập niên qua đã và đang nghiên
cứu ồ ạt về công nghệ này. Nhưng hiện nay trên thế giới tập trung nghiên cứu các
vấn đề tạo mẫu nhanh như:
Nâng cao độ chính xác bề mặt gia cơng. Hiện nay các loại máy đang thương
mại có độ chính xác đến 0.08mm trong mặt phẳng X-Y, nhưng theo phương Z thì
có độ chính xác thấp hơn. Sự cải tiến trong hệ thống quang học và động cơ điều
khiển sẽ tăng độ chính xác ba trục. Ngồi ra các cơng ty tạo mẫu nhanh còn phát
triển những vật liệu Polymer mới ít gây độc hại hơn.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 6 -

Nghiên cứu các loại vật liệu mới: kim loại, gốm, và composite. Những vật liệu

này cho phép những người sử dụng tạo mẫu nhanh sản xuất những chi tiết chức
năng. Những mơ hình bằng nhựa ngày nay làm việc tốt cho việc quan sát và dùng
được cho kiểm tra, nhưng thường chủ yếu cho chức năng kiểm tra. Những vật liệu
cứng hơn sẽ cung cấp những mơ hình có thể chịu những điều kiện thực tế. Thêm
vào đó, vật liệu kim loại và composite sẽ mở ra một lĩnh vực chế tạo mới là những
sản phẩm có thể được làm từ sản xuất nhanh.
Một trong nhiều cải tiến là tăng tốc độ. Những máy tạo mẫu “nhanh” thì vẫn
cịn chậm bởi những tiêu chuẩn. Bằng cách sử dụng những máy tính có tốc độ
nhanh hơn, hệ thống phức tạp hơn, và những cải tiến về vật liệu, những nhà chế tạo
máy tạo mẫu nhanh sẽ chế tạo ra những máy có thời gian xây dựng mẫu ngắn hơn.
b) Tình hình nghiên cứu trong nước.
Mầm móng nghiên cứu về công nghệ tạo mẫu nhanh ở nước ta bắt đầu vào
những năm 1995-1996 tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Đại học Bách khoa
TP.HCM. Những công trình nghiên cứu bắt đầu từ những báo cáo chuyên đề. Đến
tháng 10 năm 2002, Bộ Khoa học – công nghệ và môi trường đã phê duyệt chấp
nhận cho trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TP.HCM triển khai đề tài nghiên cứu
cấp nhà nước “Nghiên cứu công nghệ tạo mẫu nhanh để gia cơng các chi tiết có bề
mặt phức tạp”.
Từ đó đến nay, trường Đại học Bách khoa TP.HCM và trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã tổ chức nhiều cuộc hội thảo chuyên đề về công nghệ tạo mẫu
nhanh, cử cán bộ ra nước ngoài tham quan nghiên cứu về công nghệ này.
Gần đây, trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã phối hợp với bệnh viện Chợ
rẫy đã chế tạo thành công mảnh sọ cho bệnh nhân bị khuyết sọ bằng công nghệ này.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 7 -

Nhìn chung tình hình nghiên cứu trong nước về cơng nghệ tạo mẫu nhanh cịn
yếu so với thế giới và khu vực. Do đó cần đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng công
nghệ này để theo kịp tốc độ phát triển của thế giới.
2.2.

Tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.
Công nghệ SLS được phát triển vào năm 1986 bởi Carl Deckard ở trường đại

học Taxas và được cơng ty DTM thương mại hóa vào năm 1989.
2.2.1. Nguyên lý.
SLS là quá trình xây dựng vật thể theo từng lớp từ vật liệu ở dạng bột trên một
tấm đỡ (platform). Vật liệu trong công nghệ này rất đa dạng, nó có thể thiêu kết cả
vật liệu bằng kim loại mà các cơng nghệ khác khó có thể thực hiện được. Các loại
vật liệu sử dụng trong công nghệ này: nylon, glass filled nylon, elastomers, waxes,
polycarbonates, ceramics, rapid steel…
Phương pháp sản xuất vật thể của công nghệ SLS gồm các bước sau: đầu tiên
phần bột đầu tiên được trải ra mặt phẳng mục tiêu trên một tấm đỡ, chiều dày của
lớp bột khoảng 0.1mm đến 0.2mm (tùy vào loại bột). Một chùm tia laser quét lớp
bột đầu tiên theo biên dạng mặt cắt ngang đầu tiên của vật thể. Khi lớp vật thể đầu
tiên được thiêu kết, tấm đỡ hạ xuống, lớp bột thứ hai được trải ra. Nguồn laser tiếp
tục thiêu kết lớp bột thứ hai theo đúng biên dạng thứ hai của vật thể. Lớp biên dạng
thứ hai khơng những bị thiêu kết mà nó cịn được thiêu kết với lớp biên dạng thứ
nhất để tạo thành một khối vật thể. Quá trình cứ như thế lặp lại cho đến khi chi tiết
được xây dựng hoàn toàn.
Toàn bộ q trình trên được diễn ra trong một mơi trường khí trơ để chống q
trình oxy hóa xảy ra. Nhiệt độ trong môi trường này khoảng gần bằng nhiệt độ nóng
chảy của bột được thiêu kết.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.

Chương: I

Trang - 8 -

Vì cơng nghệ này có thể thiêu kết được vật liệu bằng kim loại nên nó có những
ưu điểm rất nổi bật và được ứng dụng rộng rãi hơn so với các công nghệ khác. SLS
là cơng nghệ duy nhất có thể ứng dụng để tạo cơng cụ nhanh và sản xuất nhanh.

Nguồn Laser

Thấu
kính
Gương qt

Con lăn cán bột

Bột không được thiêu kết
Chi tiết được thiêu kết

Xylanh chứa
chi tiết và bàn
làm việc
Hệ thống cấp bột

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS [6].
2.2.2. Vật liệu trong cơng nghệ SLS.
• AlMg12/SiC: Đây là loại vật liệu có tính chất như kim loại, trên bề mặt của
nó có lớp oxit nhơm và oxit Mg làm cho vật liệu có tính khơng liên tục, điều

này thuận lợi cho q trình thiêu kết.
• AlMg20/SiC: có tính chất tương tự như AlMg12/SiC.
• Ti/SiC: loại vật liệu này tạo ra sản phẩm có độ bền cao, đồng thời có khối
lượng nhỏ.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 9 -

• Ti/C: đây là loại vật liệu sau khi thiêu kết có cấu trúc tinh thể như kim cương
nên có độ cứng rất cao.
• Bột gốm: thích hợp cho các sản phẩm có độ cứng cao, đồng thời có tính cách
điện, cách nhiệt tốt.
• PA2200: Trọng lượng riêng 0,97 (g/cm3)
Nhiệt độ nóng chảy 184 (˚C)
Độ bền kéo 44 (MPa)
Chất lượng bề mặt,Ra: 8.5
• PA3200: Trọng lượng riêng 1.4 (g/cm3)
Nhiệt độ nóng chảy 185 (˚C)
Độ bền kéo 38 (MPa)
Chất lượng bề mặt, Ra: 6.2
Ngoài ra, gần đây hãng 3D Systerm đã đưa ra một số vật liệu mới cho cơng nghệ
SLS:
• Somos 201: có màu trắng trong, có tính đàn hồi, có khả năng chịu được
trong các dung mơi. Nó thích hợp để tạo mẫu vịi nước, những vịng khung
dây. Somos 201 có khả năng chịu nhiệt đến 149oC.
Khối lượng riêng: 0.58 g/cm3

Kích thước phân tử: 23-190 μm
Kích thước phân tử trung bình: 93 μm
Lực kéo giới hạn: 15.5 MPa

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 10 -

Độ giản kéo tối đa: 110 %
Lực uốn giới hạn: 13.4 MPa
• Duraform GF: Có màu xanh xám, là một loại chất dẻo cứng, có độ bền cơ
học cao, chịu được hóa chất, có khả năng chịu được nhiệt đến 171oC.
Khối lượng riêng: 0.84 g/cm3
Kích thước phân tử: 10-96 μm
Kích thước phân tử trung bình: 48 μm
Lực kéo giới hạn: 5910 MPa
Độ giản kéo tối đa: 2 %
Lực uốn giới hạn: 3300 MPa
• Duraform PA: có màu trắng trong, là một chất dẻo cứng, có độ bền cơ học
cao, chịu được hóa chất, có khả năng chịu nhiệt đến 177oC.
Khối lượng riêng: 0.59 g/cm3
Kích thước phân tử: 25-92 μm
Kích thước phân tử trung bình: 58 μm
Lực kéo giới hạn: 1600 MPa
Độ giản kéo tối đa: 9 %
Lực uốn giới hạn: 1285 Mpa

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 11 -

2.2.3. Giới thiệu một số loại máy SLS và nhà sản xuất.
1. Sinterstation 2000 System.
Do hãng DTM sản xuất.

Hình 2.2: Máy Sinterstation 2000 System.
Đặc tính của máy:
Sinterstation 2000
Loại

Chiều

laser

dày lớn
nhất

Chiều

Kích thước

dày nhỏ lớn nhất của
nhất

Tốc độ

Nguồn khí

quét

chi tiết

50

0.50

0.070

300 mm

10 đến

99% khí

Watt

mm.

mm.

đường kính,

50

Nitrogen ở

380 mm

mm/hr

áp suất 50

CO2

Giá

chiều dài.

$300,000

psi

• Thùng q trình và thùng cung cấp bột
-

Kích thước thùng quá trình: 300mmx400mm.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 12 -

-

Hai thùng cấp bột.

-

Hai đường thoát bột.

-

Một con lăn cán bột.

-

Gia nhiệt: cấp bột, chi tiết và piston.

Hình 2.3: Máy bắn cát để vệ sinh chi tiết.
2. Sinterstation® Pro SLS® system
Do hãng 3D systerm sản xuất.

Hình 2.4: Máy Sinterstation® Pro SLS® system

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 13 -

Đặc điểm:

• Nhiều hệ thống định hình và phần mềm lựa chọn.
• Kích thước vật thể lớn.
• Hệ thống điều khiển kín.
• Qt bằng kỹ thuật số.
• Hệ thống trộn bột thơng minh.
• Bộ đếm vịng quay con lăn.
• Tự động loại bỏ bột thừa.
• Trạm gia nhiệt độc lập với máy tính.
• Hệ thống tạo khí Nitrogen.
• Phần mềm xử lý tốc độ.
• Phân phối bột thơng minh.

Hình 2.5: Sơ đồ bố trí Sinterstation Pro SLS system.
Thông số kỹ thuật.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 14 -

Thể tích đắp vật liệu lớn nhất (XYZ)
Pro 140

550 x 550 x 460 mm (22 x 22 x 18 in)
140 liters.

Pro 230

550 x 550 x 750 mm (22 x 22 x 30 in)
230 liters.

Độ dày lớp (DuraForm PA/GF).

0.1 mm (0.004 in) or 0.15 mm (.006 in)

Phương pháp cấp bột

Trục cán quay cùng chiều kim đồng hồ.

Hệ thống quét

Kỹ thuật số và màn hình điều khiển.

Tốc độ quét

10 m/sec. (400 in/sec)

Laser

70 watt CO2

Phương pháp điều khiển nhiệt

Điều khiển thông minh

3. EOS EOSINT P700 (2 off) - Plastic Sintering Machine

Hình 2.6: Máy EOS EOSINT P700

Thơng số kỹ thuật

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.


Chương: I

Trang - 15 -

Loại laser

CO2 (twin)

Đường kính vết quét

0.75mm

Độ dày lớp

0.15mm

Kích thước thùng đắp chi tiết

700x380x580mm (single piece)

Vật liệu

Polyamide PA2200 (Nylon 12)
Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12)

4. EOS EOSINT P360 (2 off) - Plastic Sintering Machine
Thông số kỹ thuật
Loại laser

CO2

Đường kính vết quét

0.75mm

Độ dày lớp

0.15 đến 0.2 mm phụ thuộc vào vật liệu

Kích thước thùng đắp chi tiết

340x340x620mm (single piece)

Vật liệu

Polyamide PA2200 (Nylon 12)
Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12)
PrimeCast 100 (Polystyrene)
Alumide

Hình 2.7: Máy EOS EOSINT P360.

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.

Chương: I

Trang - 16 -

5. DTM HiQ 2500 PLUS SINTER STATION - Plastic Sintering Machine
Thơng số kỹ thuật
Loại laser

CO2

Đường kính vết quét

0.45mm

Độ dày lớp

0.1mm trở lên, phụ thuộc vào vật liệu.

Kích thước thùng đắp chi tiết

330x280x457mm (single piece)

Vật liệu

Polyamide PA2200 (Nylon 12)
Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12)

Hình 2.8: Máy DTM HiQ 2500 PLUS SINTER STATION

Thiết kế kết cấu hệ thống cấp bột cho máy tạo mẫu nhanh theo công nghệ SLS.