Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Thiết kế, chế tạo máy in 3d sử dụng cơ cấu corexy...

Tài liệu Thiết kế, chế tạo máy in 3d sử dụng cơ cấu corexy

.PDF
98
240
129

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT GVHD: KẾ, CHẾ TẠO MÁY IN 3D SỬ DỤNG CƠ CẤU COREXY ThS. TẠ NGUYỄN MINH ĐỨC SVTH : NGUYỄN CẢNH HÀ MSSV : 12144028 NGUYỄN TRỌNG KHA MSSV : 12144047 TRẦN VĂN LÂN Lớp: 121441A Khóa: 2012 – 2016 MSSV : 12144057 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016 KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN CN CHẾ TẠO MÁY Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ******* Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS. Tạ Nguyễn Minh Đức Sinh viên thực hiện: Nguyễn Cảnh Hà MSSV: 12144028 Nguyễn Trọng Kha MSSV: 12144047 Trần Văn Lân MSSV: 12144057 Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí 1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế máy in 3D sử dụng cơ cấu CoreXY. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: 2.1. Không gian làm việc của máy 200x2000x200. 2.2. Công nghệ in FDM. 2.3. Vật liệu in nhựa ABS, PLA. 3. Nội dung thực hiện đề tài: 3.1. Tìm hiểu, lựa chọn các phương án truyền động các trục. 3.2. Tìm hiểu các phần mềm hỗ trợ in 3D. 3.3. Tính toán, thiết kế, gia công, lắp ráp phần cơ khí. 3.4. Tính toán, lắp ráp phần điện tử. 4. Các sản phẩm dự kiến: 4.1. Mô hình máy hoàn chỉnh. 4.2. Tập bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp, bản thuyết minh đồ án.. 4.3. Máy in được sản phẩm với dung sai 0.1mm. 5. Thời gian thực hiện: Theo quy định của bộ môn TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) 2 2 LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo máy in 3D sử dụng cơ cấu CoreXY GVHD: ThS. Tạ Nguyễn Minh Đức Họ tên sinh viên: Nguyễn Cảnh Hà Nguyễn Trọng Kha MSSV: 12144028 MSSV: 12144047 MSSV: 12144057 Trần Văn Lân Lớp: 121441 Địa chỉ sinh viên: Số điện thoại liên lạc: 0989745967 Email: [email protected] Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 7/2016 Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm 2016 Ký tên LỜI CẢM ƠN Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này cũng là lúc nhóm gần kết thúc thời gian học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường đã giúp cho nhóm hiểu và yêu quý nơi đây nhiều hơn. Nhà trường và Thầy Cô không những truyền đạt cho nhóm những kiến thức chuyên môn mà con giáo dục cho em về lý tưởng, đạo đức trong cuộc sống. Đây là những hành trang không thể thiếu cho cuộc sống và sự nghiệp của nhóm sau này. Nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các Quý Thầy Cô đã tận tình chỉ bảo, dẫn dắt nhóm đến ngày hôm nay để có thể vững bước trên con đường học tập và làm việc sau này. 3 3 Đồ án tốt nghiệp đã đánh dấu việc hoàn thành những năm tháng miệt mài học tập của nhóm. Và đồ án này cũng đánh dấu sự trưởng thành trên con đường học tập của nhóm. Qua đây nhóm xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện để nhóm hoàn thành khóa học. Cuối cùng, nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy Tạ Nguyễn Minh Đức, Thầy Trần Minh Thế Uyên và Thầy Nguyễn Văn Sơn với sự nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi và sự định hướng đúng đắn và kịp thời của Thầy đã giúp nhóm rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án. Sinh viên thực hiện Nguyễn Cảnh Hà Trần Văn Lân Nguyễn Trọng Kha TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D SỬ DỤNG CƠ CẤU COREXY Trong những năm trở lại đây, công nghệ in FDM (Fused Deposition Molding) được phát triển rất nhanh với những ưu điểm như vật liệu dễ kiếm, không gây độc hại, kết cấu máy đơn giản, chi phí thấp, …. Đề tài được xây dựng trên cơ sở những ưu điểm của công nghệ in 3D, phát huy những ưu điểm và hạn chế một số nhược điểm của máy in 3D. Nội dung của đề tài là nghiên cứu thiết kế truyền động cho máy in 3D, tối ưu hóa đường di chuyển đầu phun, để có thể tối ưu hóa giữa chất lượng mẫu in và thời gian in. Nhóm đồ án Nguyễn Trọng Kha Nguyễn Cảnh Hà Trân Văn Lân ABSTRACT 4 4 DESIGN AND MANUFACTURE COREXY 3D PRINTER In recent year, FDM (Fused Deposition Molding) techonology is growing very fast with many advantages like material easy to fined, nontoxic, simple tructure, low cost, …. This subject is constructed on the basis advantages of 3D printing technologies, promoting the advantages and limitations of some disadvantages of 3D printer. This subject will research and design kinematic for 3D printer, optimizing nozzle move, in oder to optimizing model quality and printing time. MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... i LỜI CAM KẾT .......................................................................................................... ii LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii ÁN TÓM TẮT .................................................................................................... ĐỒ iv MỤC LỤC ................................................................................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH .......................................................................... ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... xii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................... 1 1.3. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 1 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 1 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 1 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 1 1.5. Cơ sở phương pháp luận ................................................................................ 2 1.6. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 2 1.7. Kết cấu đề tài ................................................................................................. 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH ................ 3 5 5 2.1. Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh ........................................................ 3 2.2. Các bước của quá trình tạo mẫu nhanh. ........................................................ 3 2.3. Một số công nghệ tạo mẫu nhanh .................................................................. 4 2.3.1. Công nghệ SLA ............................................................................................. 4 2.3.2. Công nghệ in 3DP.......................................................................................... 5 2.3.3. Công nghệ FDM ............................................................................................ 5 2.4. Giới thiệu một số mẫu máy in 3D ................................................................. 6 2.4.1. Máy Prusa i3 .................................................................................................. 6 2.4.2. Máy Delta Kossel .......................................................................................... 7 2.4.3. Máy Ember .................................................................................................... 8 2.5. Kết luận .......................................................................................................... 8 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................... 9 3.1. Khái quát chung về máy in 3D ...................................................................... 9 3.2. Động cơ bước .............................................................................................. 12 3.2.1. Động cơ bước nam châm vĩnh cửu .............................................................. 13 3.2.2. Động cơ bước biến từ trở ............................................................................. 14 3.2.3. Động cơ bước hỗn hợp ................................................................................ 15 3.2.4. Động cơ bước 2 pha ..................................................................................... 16 3.2.5. Các phương pháp điều khiển động cơ bước ................................................ 16 3.3. Truyền động vít me – đai ốc. ....................................................................... 18 3.3.1. Cơ cấu vít me – đai ốc trượt ........................................................................ 18 3.3.2. Cơ cấu vít me đai ốc bi ................................................................................ 19 3.4. Sống trượt dẫn hướng .................................................................................. 20 3.5. Truyền động đai ........................................................................................... 21 3.6. Kết luận ........................................................................................................ 22 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ............... 23 4.1. Thông số máy .............................................................................................. 23 4.2. Các phương án thiết kế kết cấu máy ............................................................ 23 6 6 4.2.1. Phương án 1 ................................................................................................. 23 4.2.2. Phương án 2 ................................................................................................. 23 4.2.3. Phương án 3 ................................................................................................. 23 4.3. Lựa chọn phương án .................................................................................... 24 4.4. Trình tự thực hiện ........................................................................................ 24 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ ............................................... 25 5.1. Thiết kế khung máy ..................................................................................... 25 5.2. Thiết kế cụm cơ khí trục Z .......................................................................... 26 5.2.1. Tính toán truyền động vít me – đai ốc bi trục Z .......................................... 27 5.2.2. Tính toán chọn động cơ trục Z .................................................................... 32 5.2.3. Trục dẫn hướng và bạc dẫn hướng .............................................................. 35 5.2.4. Khớp nối ...................................................................................................... 36 5.2.5. Thiết kế bàn nâng trục Z .............................................................................. 37 5.3. Thiết kế cơ khí cụm trục XY ....................................................................... 38 5.3.1. Kết cấu truyền động trục XY ....................................................................... 38 5.3.2. Lựa chọn bộ truyền ...................................................................................... 39 5.3.3. Thiết kế sơ bộ cụm trục XY ........................................................................ 41 5.3.4. Tính toán lựa chọn động cơ cụm trục XY ................................................... 49 5.4. Thiết kế và gia công các chi tiết .................................................................. 51 5.5. Bộ phận đùn nhựa ........................................................................................ 53 5.5.1. Cụm tời nhựa ............................................................................................... 53 5.5.2. Đầu phun gia nhiệt ....................................................................................... 54 5.6. Tính toán thiết kế phần điện ........................................................................ 55 5.6.1. Khối nguồn. ................................................................................................. 55 5.6.2. Phần điều khiển. .......................................................................................... 57 5.8. Phần mềm điều khiển. ................................................................................. 70 5.9. Các kiểu chạy nhựa. ..................................................................................... 75 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ............................................................... 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 83 7 7 Trang 8 8 DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ quá trình tạo mẫu .............................................................................. 3 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLA .................................................................... 4 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu 3DP .................................................................... 5 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu FDM ................................................................... 6 Hình 2.5: Máy in 3D prusa I3 ..................................................................................... 6 Hình 2.6: Máy in 3D Delta Kossel .............................................................................. 7 Hình 2.7: Máy in 3D Ember ........................................................................................ 8 Hình 3.1: Cấu trúc máy in 3D ..................................................................................... 9 Hình 3.2: Động cơ bước ............................................................................................ 12 Hình 3.3: Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu ............................................... 13 Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu ......................... 14 Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động động cơ bước biến trừ trở ....................................... 14 Hình 3.6: Cấu tạo động cơ bước hỗn hợp ................................................................. 15 Hình 3.7: Động cơ bước 2 pha lưỡng cực và đơn cực .............................................. 16 Hình 3.8: Phương pháp điều khiển động cơ bước..................................................... 17 Hình 3.9: Vít me đai ốc ............................................................................................. 18 Hình 3.10: Kết cấu đai ốc 2 nửa ................................................................................ 19 Hình 3.11: Vít me đai ốc bi ....................................................................................... 19 Hình 3.12: Kết cấu vít me đai ốc bi .......................................................................... 20 Hình 3.13: Cơ cấu điều chỉnh khe hở vít me – đai ốc bi ........................................... 20 Hình 3.14: Sống trượt dẫn hướng ............................................................................. 21 Hình 3.15: Truyền động đai ...................................................................................... 22 Hình 5.1: Kích thước nhôm định hình ...................................................................... 25 Hình 5.2: Bản vẽ khung máy..................................................................................... 25 Hình 5.3: Bu lông, ke góc, con trượt ......................................................................... 26 Hình 5.4: Chân đế cao su .......................................................................................... 26 Hình 5.5: Kiểu lắp vít me fixed – fixed. ................................................................... 27 Hình 5.6: Kiểu lắp vít me fixed – support. ................................................................ 28 Hình 5.7: Kiểu lắp vít me fixed - free ....................................................................... 28 Hình 5.8: Sơ đồ khối trục Z....................................................................................... 28 Hình 5.9: Quy trình lựa chọn vít me ......................................................................... 29 Hình 5.10: Thông số vít me – đai ốc bi .................................................................... 31 9 9 Hình 5.11: Bản vẽ vít me – đai ốc bi ........................................................................ 31 Hình 5.12: Thông số tính toán động cơ ..................................................................... 32 Hình 5.13: Thông số tính toán động cơ ..................................................................... 33 Hình 5.14: Kết quả tính toán động cơ ....................................................................... 34 Hình 5.15: Bản vẽ động cơ bước. ............................................................................. 35 Hình 5.16: Bạc dẫn hướng LHFRDM8. .................................................................... 35 Hình 5.17: Thông số kích thước bạc dẫn hướng. ...................................................... 35 Hình 5.18: Một số loại khớp nối ............................................................................... 36 Hình 5.19: Thông số kích thước khớp nối ................................................................ 37 Hình 5.20: Thiết kế bàn in......................................................................................... 37 Hình 5.21: Sơ đồ nguyên lý truyền động CoreXY.................................................... 39 Hình 5.22: Biên dạng đai răng .................................................................................. 40 Hình 5.23: Đai GT2 và pulley ................................................................................... 41 Hình 5.24: Thông số đai GT2 ................................................................................... 41 Hình 5.25: Sơ đồ tính toán trục XY .......................................................................... 41 Hình 5.26: Thông số bạc đạn 624zz. ......................................................................... 42 Hình 5.27: Ký hiệu series sống trượt ........................................................................ 43 Hình 5.28: Quy trình tính toán sống trượt dẫn hướng. ............................................. 43 Hình 5.29: Các cấp độ chính xác của sống trượt. ..................................................... 44 Hình 5.30: Dung sai kích thước của các cấp chính xác ............................................ 45 Hình 5.31: Thông số kích thước sống trượt dẫn hướng ............................................ 45 Hình 5.32: Sơ đồ tính toán sống trượt dẫn hướng. .................................................... 45 Hình 5.33: Lựa chọn sức căng ban đầu. .................................................................... 47 Hình 5.34: Các thành phần momen tĩnh cho phép .................................................... 47 Hình 5.35: Hệ số an toàn tĩnh.................................................................................... 48 Hình 5.36: Hệ số tải .................................................................................................. 48 Hình 5.37: Sơ đồ và thông số tính toán động cơ. ...................................................... 49 Hình 5.38: Thông số tính toán động cơ ..................................................................... 50 Hình 5.39: Kết quả tính toán động cơ bước .............................................................. 50 Hình 5.40: Cụm trục X .............................................................................................. 51 Hình 5.41: Cụm trục X và Y ..................................................................................... 51 Hình 5.42: Bộ tời nhựa .............................................................................................. 53 Hình 5.43: Kết cấu đầu phun nhựa ............................................................................ 54 Hình 5.44: Sơ đồ khối hệ thống điện. ....................................................................... 55 Hình 5.45: Nguồn tổ ong ........................................................................................... 56 Hình 5.46: Nguồn LITEON ...................................................................................... 56 10 10 Hình 5.47: Sơ đồ khối các linh kiện điện tử.............................................................. 57 Hình 5.48: Board Arduino Mega 2560. .................................................................... 57 Hình 5.49: Giao diện phần mềm Arduino IDE. ........................................................ 59 Hình 5.50: Board RAMPS ........................................................................................ 59 Hình 5.51: Board MKS ............................................................................................. 59 Hình 5.52: Sơ đồ nguyên lý board RAMPS. ............................................................. 61 Hình 5.53: Driver A4988. ......................................................................................... 61 Hình 5.54: Driver DRV8825. .................................................................................... 61 Hình 5.55: Sơ đồ khối A4988. .................................................................................. 63 Hình 5.56: Vị trí kết nối driver.................................................................................. 64 Hình 5.57: Vị trí kết nối công tắc hành trình. ........................................................... 64 Hình 5.58: Module LCD 2004 .................................................................................. 65 Hình 5.59: Vị trí kết nối LCD ................................................................................... 65 Hình 5.60: Vị trí kết nối cảm biến nhiệt và điện trở gia nhiệt. ................................. 65 Hình 5.61: Sơ đồ kết nối tổng quát. .......................................................................... 66 Hình 5.62: Giao diện phần mềm Pronterface ............................................................ 70 Hình 5.63: Giao diện phần mềm slic3r. .................................................................... 71 Hình 5.64: Thiết lập Layers and perimeters. ............................................................. 72 Hình 5.65: Thiết lập infill. ......................................................................................... 73 Hình 5.66: Thiết lập speed. ...................................................................................... 73 Hình 5.67: Thiết lập sợi nhựa. ................................................................................... 74 Hình 5.68: Thiết lập đầu phun nhựa .......................................................................... 75 Hình 5.69: Kiểu rectilinear. ....................................................................................... 76 Hình 5.70: Kiểu line .................................................................................................. 76 Hình 5.71: Kiểu concentric ....................................................................................... 76 Hình 5.72: Kiểu honeycomb ..................................................................................... 76 Hình 5.73: Kiểu hibertcurve ...................................................................................... 76 Hình 5.74: Kiểu archimedeanchords ......................................................................... 76 Hình 5.75: Kiểu octagramspirals............................................................................... 76 Hình 5.76: Kiểu 3dhoneycomb ................................................................................. 76 Hình 6.1: Mô hình thiết kế máy in 3D. ..................................................................... 78 Hình 6.2: Mô hình thực tế ......................................................................................... 78 Hình 6.3: Sơ đồ khối quá trình in .............................................................................. 79 Hình 6.4: Các chức năng điều khiển ......................................................................... 80 Hình 6.6: Sơ đồ cây thư mục ..................................................................................... 81 Hình 6.7: Một số sản phẩm từ máy. .......................................................................... 82 11 11 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD Computer Aided Design CAM Computerized Aided Manufacturing FDM Fused Deposition Modeling SLA Stereo Lithography Apparatus 3DP Three Dimensional Printing 12 12 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Công nghệ tạo mẫu nhanh từ khi ra đời đến nay đã được cải tiến và phát triển rất nhiều. Hàng loạt phương pháp và công nghệ tạo mẫu ra đời, mỗi công nghệ tạo mẫu có những ưu điểm riêng. Hiện nay một trong những phương pháp tạo mẫu được sử dụng phổ biến nhất là công nghệ FDM với những ưu điểm như đơn giản, dễ thiết kế, vật liệu dễ tìm, không gây độc hại …. Bên cạnh những ưu điểm đó thì nhược điểm là độ bóng bề mặt thấp, tốc độ in chưa cao …. Từ những ưu điểm và nhược điểm đó nhóm quyết định thiết kế chế tạo mẫu máy in 3D có thể phát huy được những ưu điểm của công nghệ này đồng thời nâng cao tốc độ và chất lượng mẫu in. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài có những ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 1.3. Thiết kế mẫu máy in 3D với chất lượng mẫu in tốt phục vụ cho công việc nghiên cứu và giảng dạy trên trường lớp. Phát triển chất lượng về mẫu in, kết cấu máy so với những dòng máy in 3D truyền thống trên thị trường từ nhưng vẫn phải đảm bảo về mức giá hợp lý. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy in 3D sử dụng công nghệ in FDM, thay đổi một số thiết kế so với một số dòng máy in 3D truyền thống, nâng cao chất lượng mẫu in, tốc độ mẫu in. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy in 3D công nghệ FDM. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài như sau: - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ in 3D. Nghiên cứu, thiết kế cơ cấu truyền động của máy. 13 13 1.5. Nghiên cứu tính toán phần điện. Nghiên cứu phần mềm giao tiếp, hỗ trợ lập trình in 3D. Nghiên cứu, tính toán đường chạy nhựa tối ưu. Cơ sở phương pháp luận Từ cơ cở các tài liệu, các nghiên cứu, đề tài đi trước, các mẫu máy có trên thị trường để phân tích những ưu điểm cũng như những nhược điểm của các dòng máy có trước từ đó lựa chọn thiết kế được mẫu máy tốt hơn. 1.6. Phương pháp nghiên cứu Đề tài kết hợp nghiên cứu giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình. Cụ thể: Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài. Nghiên cứu về lý thuyết tạo mẫu nhanh với công nghệ FDM. Tổng hợp tài liệu tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động đảm bảo độ chính xác, tối ưu hóa chuyển động. - Tìm hiểu về thuật toán điều khiển đường chạy của đầu phun. Thực nghiệm: - Chế tạo mô hình máy in 3D từ đó áp dụng, kiểm tra lại các lý thuyết trước đó đã nghiên cứu. 1.7. Nghiên cứu các kiểu đường chạy nhựa có thể sử dụng đối với các mẫu in để tối ưu mẫu in Kết cấu đề tài Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan về công nghệ tạo mẫu nhanh Chương 3: Cơ sở lý thuyết Chương 4: Phương hướng và các giải pháp thiết kế Chương 5: Tính toán thiết kế máy in 3D Chương 6: Kết quả 14 14 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 2.1. Giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh Công nghệ tạo mẫu nhanh ra đời tử những thập niên 80 với sự xuất hiện đầu tiên của công nghệ tạo mẫu lập thể SLA được phát minh ở Mỹ vào những năm 1983 bởi Charles Hull. Từ đó đến nay công nghệ tạo mẫu nhanh khá phát triển với nhiều công nghệ với được phát minh. Công nghệ tạo mẫu nhanh hỗ trợ rất nhiều cho người thiết kế và những nhà sản xuất có thể kiểm tra các chi tiết hay hệ thống được thiết kế trước khi được cấp vốn để sản xuất hàng loạt. Các công nghệ tạo mẫu nhanh đã giúp các nhà sản xuất đẩy mạnh việc thiết kế sản phẩm, hạn chế các sai sót không đáng có trong quá trình thiết kế và sản xuất. Về cơ bản công nghệ tao mẫu nhanh là quá trình tạo mẫu sản phẩm giúp người sản xuất quan sát nhanh sản phẩm cuối cùng. Quá trình tạo mẫu được hỗ trợ bởi các phần mềm CAD giúp thiết kế nhanh sản phẩm, các phần mềm cắt lớp. Tạo đường chuyển động. Đặc điểm của công nghệ tạo mẫu nhanh là: - Thực hiện tạo mẫu trong thời gian ngắn, đây chính là điểm mạnh của phương pháp này. - 2.2. Sản phẩm của quá trình tạo mẫu nhanh có thể dùng để kiểm tra các mẫu được sản xuất bằng các phương pháp khác. - Mẫu tạo ra có thể dùng hỗ trợ cho quá trình sản xuất. Các bước của quá trình tạo mẫu nhanh. Quá trình tạo mẫu nhanh được thể hiện qua sơ đồ khối sau: Mô hình CAD 3D Tiền xử lý Tạo mẫu tự động Hậu xử lý Hình 2.1: Sơ đồ quá trình tạo mẫu Bước 1: Tạo mô hình 3D dạng mặt hay khối. Bước 2: Tiền xử lý - Chuyển đổi định dạng file CAD 3D sang định dạng file .stl xấp xỉ bề mặt dưới dạng tam giác. 15 15 - Sử dụng các phần mềm thiết kế các kết cấu hỗ trợ (support), kiểm tra file stl và chỉnh sửa, cắt lớp chi tiết. Xuất file Gcode tạo đường chuyển động Bước 3: Tạo mẫu tự động. Bước 4: Hậu xử lý Tháo các bộ phận support, xử lý bề mặt, … 2.3. Một số công nghệ tạo mẫu nhanh 2.3.1. Công nghệ SLA Công nghệ SLA được phát minh ở Mỹ vào năm 1984. Phương pháp tạo mẫu lập thể SLA dựa vào nguyên tắc đông cứng vật liệu lỏng photopolymer thành hình dạng rõ ràng khi nó được chiếu bởi một chùm tia laser cường độ cao. Có thể sử dụng Laser He-Cd với bước sóng 325nm hoặc Laser dạng rắn Nd:YVO 4 với bước sóng 354,7nm. Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu SLA Tại vị trí bệ đỡ cao nhất thì trên tấm là một lớp chất lỏng cạn. Máy phát laser phát ra chùm tia cực tím tập trung trên một diện tích của lớp chất lỏng và di chuyển theo hướng X – Y. Chùm tia cực tím chiếu sáng làm đông đặc lớp dung dịch tạo nên một khối đặc, bệ đỡ được hạ xuống một khoảng bằng chiều dày 1 lớp và quá trình được lặp lại. 16 16 Quá trình được tiếp diễn cho đến khi đạt được kích thước của chi tiết. Phần dung dịch xung quanh không bị đông kết và có thể được sử dụng cho lần kế tiếp. 2.3.2. Công nghệ in 3DP Công nghệ in chiều được phát triển ở khoa kỹ thuật cơ khí viện công nghệ MIT. Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu 3DP Đầu phun sẽ phun dung dịch keo kế dính trên bề mặt lớp nền bột vật liệu chế tạo. Bột sẽ kết dính với nhau ở những vị trí có keo dính. Sau khi lớp đầu tiên hoàn thành piston chế tạo sẽ đi xuống một khoảng bằng bề dày một lớp. Piston phân phối bột đi lên, con lăn chạy qua đẩy bột cung cấp tiếp tục cho quá trình. Quá trình được lặp lạI cho đến khi toàn bộ vật thể được chế tạo xong trong nền bột. 2.3.3. Công nghệ FDM Công nghệ in FDM được sử dụng khá nhiều trong các loại máy in hiện nay với kết cấu đơn giản, vật liệu dễ tìm. 17 17 Sợi nhựa Bánh răng tời nhựa Đầu phun nhựa Chi tiết Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu FDM Nguyên lý hoạt động: Ở vị trí ban đầu bàn in cách đầu phun nhiệt một khoảng bằng chiều dày lớp in. Sợi nhựa được đưa vào kim phun nhờ hệ thồng tời nhựa bằng cặp bánh răng một cách liên tục. Tại đầu phun nhựa, nhựa được nung nóng tới khoảng nhiệt độ thích hợp bởi bộ phận gia nhiệt. Nhựa nóng chảy được đùn ra theo biên dạng dịch chuyển của đầu phun. Sau khi lớp thứ nhất hoàn thành bàn máy dịch xuống một khoảng bằng chiều dày một lớp. Quá trình tiếp tục cho đến khi hoàn thành chi tiết. 2.4. Giới thiệu một số mẫu máy in 3D 2.4.1. Máy Prusa i3 18 18 Hình 2.5: Máy in 3D prusa I3 Được phát triển từ những năm 2010 bởi Josef Prusa. Đây là một trong những mẫu máy in 3D công nghệ FDM khá phổ biến trên thị trường hiện nay. Mức giá của loại máy này giao động từ 4 triệu đến 6 triệu. Ưu điểm của loại máy này là kết cấu đơn giản, dễ lắp ráp, tuy nhiên nhược điểm là độ chính xác không cao, độ bóng bề mặt thấp. 2.4.2. Máy Delta Kossel Được phát triển bởi Johann tại Seatle, Mỹ vào năm 2012. Dòng máy này sử dụng cơ cấu delta, công nghệ in FDM, loại nhựa thường được sử dụng là nhựa ABS, PLA. Hình 2.6: Máy in 3D Delta Kossel Delta Loại máy Tốc độ in 320 mm/s Độ phân giải động cơ 100 step/mm Không gian in Đường kính in 170 mm, chiều cao 240 mm Độ phân giải mỗi lớp in 0.2 mm Giá 600USD Bảng 2.1: Thông số máy in 3D Delta Kossel Ưu điểm của mẫu máy này là máy hoạt động êm, ít rung, tốc độ và độ chính xác cao có thể in được vật thể có chiều cao lớn, cơ cấu có độ cứng vững cao. 19 19 Bên cạnh những ưu điểm đó là những nhược điểm như khổ máy lớn, cồng kềnh, kết cấu phức tạp, khó căn chỉnh, giá thành đắt hơn so với dòng máy prusa. 2.4.3. Máy Ember Máy ember được phát triển bởi công ty Autodesk năm 2015. Đây là dòng máy in sử dụng công nghệ SLA, sử dụng vật liệu là loại nhựa lỏng. Độ phân giải trục XY Hình 2.7: Máy in 3D Ember 50micron Độ phân giải trục Z 10 – 100 micron. Không gian in 64x40x134 mm. Tốc độ in 18 mm/h. Loại nhựa Acrylate photosensitive resin. Kích thước máy 325 x 340 x 434 mm. Giá thành 7495USD bao gồm nhựa lỏng. Bảng 2.2: Thông số máy in 3D Ember. Ưu điểm của dòng máy là độ phân giải của máy cao, độ chính xác cao, kích thước máy nhỏ gọn, chi tiết sau khi in có độ cứng cao, độ bóng bề mặt cao Nhược điểm của máy là giá thành cao, tốc độ in thấp. 20 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan