Đồ án Nghiên cứu, thiết kế máy in 3D chất liệu nhựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
ISO 9001:2015  
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY IN 3D CHẤT  
LIỆU NHỰA  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY  
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
ISO 9001:2015  
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY IN 3D CHẤT  
LIỆU NHỰA  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY  
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP  
Sinh viên: Nguyễn Hùng Sơn  
Người hướng dẫn: Th.S Đinh Thế Nam  
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam  
Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc  
----------------o0o-----------------  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP  
Sinh viên : Nguyễn Hùng Sơn MSV : 1412102055  
Lớp : ĐC1802- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp  
Tên đề tài : Nghiên cứu, thiết kế máy in 3D chất liệu nhựa.  
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI  
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý  
luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).  
......................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
......................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
......................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
......................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán  
.....................................................................................................................................  
......................................................................................................................................  
......................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
.....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp..........................................................................:  
CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP  
Người hướng dẫn thứ nhất:  
Họ và tên  
:
:
Đinh Thế Nam  
Học hàm, học vị  
Cơ quan công tác  
Thạc sĩ  
:
Trường Đại học dân lập Hải Phòng  
Toàn bộ đề tài  
Nội dung hướng dẫn :  
Người hướng dẫn thứ hai:  
Họ và tên  
:
:
Học hàm, học vị  
Cơ quan công tác  
:
Nội dung hướng dẫn :  
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 2019.  
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày......tháng.......năm 2019  
Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N  
Sinh viên  
Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N  
Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N  
Nguyễn Hùng Sơn  
Th.S Đinh Thế Nam  
Hải Phòng, ngày........tháng........năm 2019  
HIỆU TRƯỞNG  
GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ  
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM  
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP  
Họ và tên giảng viên:  
Đơn vị công tác:  
...................................................................................................  
........................................................................ ..........................  
.......................................... Chuyên ngành: ...............................  
.......................................................... ........................................  
Họ và tên sinh viên:  
Nội dung hướng dẫn:  
....................................................................................................................................  
1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong  
nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…)  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
....................................................................................................................................  
3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp  
Được bảo vệ  
Không được bảo vệ  
Điểm hướng dẫn  
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......  
Giảng viên hướng dẫn  
(Ký và ghi rõ họ tên)  
QC20-B18  
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM  
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN  
Họ và tên giảng viên:  
Đơn vị công tác:  
..............................................................................................  
........................................................................ .....................  
...................................... Chuyên ngành: ..............................  
......................................................................... ....................  
Họ và tên sinh viên:  
Đề tài tốt nghiệp:  
................................................................................................................................  
................................................................................................................................  
1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện  
................................................................................................................................  
................................................................................................................................  
................................................................................................................................  
................................................................................................................................  
2. Những mặt còn hạn chế  
................................................................................................................................  
................................................................................................................................  
................................................................................................................................  
................................................................................................................................  
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện  
Được bảo vệ  
Không được bảo vệ  
Điểm hướng dẫn  
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......  
Giảng viên chấm phản biện  
(Ký và ghi rõ họ tên)  
i
LỜI CẢM ƠN  
Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này cũng là em kết thúc thời gian học tập tại  
trường Đại học Dân lập Hải Phòng. Khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại  
trường đã giúp em hiểu và yêu quý nơi đây nhiều hơn. Nhà trường và Thầy Cô  
không những truyền đạt cho em những kiến thức chuyên môn mà còn 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 em sau này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến  
tất cả các Quý Thầy Cô đã tận tình chỉ bảo, dẫn dắt em đến ngày hôm nay để có thể  
vững bước trên con đường học tập và làm việc sau này.  
Đồ án tốt nghiệp đã đánh dấu việc hoàn thành những năm tháng miệt mài  
học tập của em. Và đồ án này cũng đánh dấu sự trưởng thành trên con đường học  
tập của em. Qua đây em 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, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy Đinh Thế Nam  
với sự nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi và sự định hướng đúng đắn và kịp  
thời của Thầy đã giúp em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.  
Sinh viên thực hiện  
Nguyễn Hùng Sơn  
ii  
TÓM TẮT ĐỒ ÁN  
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CHẤT LIỆU NHỰA  
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.  
iii  
MỤC LỤC  
iv  
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT  
Computer Aided Design  
CAD  
CAM  
FDM  
SLA  
3DP  
Computerized Aided Manufacturing  
Fused Deposition Modeling  
Stereo Lithography Apparatus  
Three Dimensional Printing  
vi  
CHƯƠNG 1:  
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH  
1.1. 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.  
- 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.  
1.2. 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 1.1: Sơ đồ quá trình tạo  
mẫu  
Bước 1: Tạo mô hình 3D dạng mặt hay khối.  
1
       
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.  
- 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, …  
1.3. Một số công nghệ tạo mẫu nhanh  
1.3.1. 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:YVO4 với bước  
sóng 354,7nm.  
Hình 1.2: 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.  
2
   
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.  
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.  
1.3.2. Công nghệ in 3DP  
Công nghệ in chiều được phát triển ở khoa kỹ thuật cơ khí viện công nghệ  
MIT.  
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu 3DP  
Đầu phun sẽ phun dung dịch keo kết 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.  
1.3.3. 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.  
3
   
Sợi nhựa  
Bánh răng  
tời nhựa  
Đầu phun  
nhựa  
Chi tiết  
Hình 1.4: 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.  
1.4. Giới thiệu một số mẫu máy in 3D  
1.4.1. Máy Prusa i3  
Hình 1.5: Máy in 3D prusa I3  
4
   
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.  
1.4.2. 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 1.6: Máy in 3D Delta Kossel  
Loại máy  
Delta  
Tốc độ in  
320 mm/s  
Độ phân giải động cơ  
Không gian in  
Độ phân giải mỗi lớp in  
Giá  
100 step/mm  
Đường kính in 170 mm, chiều cao 240 mm  
0.2 mm  
600USD  
Bảng 1.1: 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.  
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.  
5
 
1.4.3. 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.  
Hình 1.7: Máy in 3D Ember  
Độ phân giải trục XY  
Độ phân giải trục Z  
Không gian in  
Tốc độ in  
50micron  
10 100 micron.  
64x40x134 mm.  
18 mm/h.  
Loại nhựa  
Acrylate photosensitive resin.  
325 x 340 x 434 mm.  
7495USD bao gồm nhựa lỏng.  
Kích thước máy  
Giá thành  
Bảng 1.2: 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.  
1.5. Kết luận  
Chương này đã giới thiệu một số công nghệ in 3D và một số mẫu máy in 3D điển  
hình và được sử dụng khá phổ biến trên thị trường hiện này từ đó làm tiền đề cho  
việc lựa chọn kế cấu và công nghệ in sử dụng trong đồ án.  
6
   
CHƯƠNG 2:  
CƠ SỞ LÝ THUYẾT  
2.1. Khái quát chung về máy in 3D  
Máy in 3d đầu tiên ra đời vào những năm 80 là những dòng máy in 3D SLA đầu  
tiên trên thế giới. Về cơ bản mọi máy in 3D đều có kết cấu cơ khí gần giống nhau,  
chỉ khác nhau về bộ phận tạo mẫu. Xét về tổng quan các máy in 3D FDM có kết  
cấu gồm 3 phần chính: phần mềm điều khiển, phần điện, phần cơ khí, bộ đùn  
nhựa.  
Phần mềm  
CAD/CAM  
Phần  
mềm  
Phần mềm  
điều khiển  
Đai  
Truyền động các  
trục  
Phần  
Vít me đai ốc  
MÁY  
IN 3D  
cơ  
khí  
Bộ đùn nhựa  
Vi điều  
khiển  
Bộ phận điều  
khiển  
Động cơ  
bước  
Phần điện  
Bộ phận chấp  
hành  
Đầu phun  
nhựa  
Cảm biến  
nhiệt  
Hình 2.1: Cấu trúc máy in 3D  
Cấu trúc cơ khí của một máy in 3D gần giống với các loại máy CNC với truyền  
động của các trục. Bộ truyền có thể là bộ truyền vít me – đai ốc hoặc bộ truyền  
đai.  
Đặc điểm của truyền động cơ khí trong máy in 3D là tải trọng tác dụng lên không  
đáng kể do đó việc thiết kế tương đối đơn giản, kết cấu các trục tương đối gọn  
7
     
nhẹ, các chi tiết lắp ráp không đòi hỏi về khả năng chịu lực không cao do đó có  
thể sử dụng các chi tiết in đươc bằng các máy khác để lắp ráp. Đó cũng là một ưu  
điểm của các máy in 3D. Một số dòng máy in 3D có khoảng 80% các chi tiết lắp  
ráp là được in bằng các máy in 3D sẵn có.  
Phần điện của máy in 3D có thể chia thành 2 khối: khối điều khiển và khối chấp  
hành. Khối điều khiển gồm các thành phần như: Vi điều khiển, Board kết nối,  
Driver.  
Khối chấp hành gồm các thành phần như: động cơ bước, các cảm biến nhiệt, động  
cơ servo (nếu có), tản nhiệt, ….  
Bộ đùn nhựa là một trong những phần quan trọng nhất trong máy. Bộ phận này  
thực hiện 2 chức năng trong máy: bộ tời nhựa cung cấp nhựa chạy liên tục, đầu  
phun nhựa thực hiện chức năng nung chảy nhựa và đùn nhựa tạo nên mẫu.  
Phần mềm được chia làm 2 thành phần: phần mềm CAD/CAM, phần mềm điều  
khiển. Phần mềm CAD là các phần mềm có chức năng tạo mẫu 3D, đây là các mô  
hình sẽ được in trên máy in 3D. Các phần mềm CAD được sử dụng có thể là  
Solidwork, Creo, Sketchup, …. Các mô hình 3D sau khi được tạo ra phải được  
chuyển đổi sang định dạng STL từ đó có thể đưa sang các phần mềm CAM để xử  
lý tiếp theo. Các phần mềm CAM là các phần mềm thực hiện các chức năng cắt  
lớp vật thể do công nghệ in 3D là in theo từng lớp, lớp cắt càng có kích thước nhỏ  
thì chất lượng mẫu in càng tốt tuy nhiên thời gian in sẽ tăng lên và ngược lại, lớp  
in càng lớn thì chất lượng giảm và tốc độ in tăng lên. Để tối ưu hóa giữa chất  
lượng in và tốc độ in thì phải có cài đặt các thông số in hợp lý. Sau khi cắt lớp  
phần mềm sẽ tạo chuyển động khi in và xuất file Gcode. Các mã lệnh Gcode hầu  
hết giống với gcode trên máy CNC tuy nhiên có một số mã lệnh riêng đối với  
máy in 3D.  
Dưới đây là một số tập lệnh thường dùng với máy in 3D:  
Mã lệnh  
Cấu trúc  
Chức năng  
G0  
G0 Xnnn Ynnn Znnn Ennn  
G1 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Fnnn  
Di chuyển nhanh  
G1  
Di chuyển theo đường  
thẳng  
G2/G3  
G2/G3 Xnnn Ynnn Znnn Ennn Fnnn Di chuyển theo cung tròn,  
đường tròn  
G17, G18, G19  
G21  
Lựa chọn mặt phẳng in  
Đặt đơn vị theo hệ mét  
8
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 88 trang yennguyen 30/03/2022 6680
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu, thiết kế máy in 3D chất liệu nhựa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfdo_an_nghien_cuu_thiet_ke_may_in_3d_chat_lieu_nhua.pdf