Tiểu luận Thiết kế chế tạo máy scan 3D

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

----------  ----------

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Ths.Đường Khánh Sơn

Huỳnh Tuấn Phong (MSSV: 1700221)

Ngành:Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử 2017

Nguyễn Hải Đăng (MSSV: 1700379)

Ngành:Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử 2017

Cần Thơ - 2021

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XẾT GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

.....................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2021

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG

NHẬN XÉT HỘI ĐỒNG

...................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2021

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KỸ THUẬT – CÔNG NGHÊ CẦN THƠ

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN ĐẠI HỌC

Họ tên sinh viên: HUỲNH TUẤN PHONG

Ngày, tháng, năm, sinh: 25/10/1998

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử

Họ tên sinh viên: NGUYỄN HẢI ĐĂNG

Ngày, tháng, năm, sinh: 06/05/1999

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử

MSSV: 1700221

Nơi sinh: Cà Mau

Mã số: 7510203

MSSV: 1700379

Nơi sinh: Cà Mau

Mã số: 7510203

TÊN DỀ TÀI:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY SCAN 3D

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

 Nhiệm vụ:

Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược vào quá trình thiết kế sản phẩm.

 Nội dung:

-

Thiết kế, chế tạo mô hình máy Scan 3D

Thiết kế mạch điều khiển hoàn chỉnh

-

THỜI GIAN GIAO ĐỀ TÀI: 15/02/2021

THỜI GIAN HOÀN THÀNH: 18/06/2021

Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2021

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô của trường đại

học kỹ thuật - công nghệ Cần Thơ đặc biệt là thầy cô ở khoa kỹ thuật cơ khí đã tạo

điều kiện cho em hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình.

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất dành đến thầy Đường Khánh Sơn đã nhiệt

tình hướng dẫn và hỗ trợ em để hoàn thành đề tài tiểu luận. Trong quá trình thực

hiện đề tài khó tránh khỏi những sai sót, rất mong quý thầy cô bỏ qua. Đồng thời do

trình độ về lý luận cũng như chuyên môn còn hạn chế khó tránh khỏi những sai sót,

em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phản hồi từ quý thầy cô để em có

thể rút ra kinh nghiệm quý báo và xa hơn có thể ứng dụng trong thực tiễn sau này.

Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

I

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan nội dung của tiểu luận thiết kế chế tạo máy Scan 3D được thực

hiện bởi nhóm em, từ cơ sở lý thuyết đến thực nghiệm trong suốt quá trình thực hiện

đề tài. Nhằm hướng đến mục tiêu đặt ra là thiết kế chế tạo mô hình máy Scan 3D với

quy mô học tập và nghiên cứu. Quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài đã được sự cho

phép của Khoa Kỹ Thuật Cơ Khí thuộc Trường Đại Học Kỹ Thuật - Công Nghệ Cần

Thơ thông qua sự hướng dẫn của thầy Đường Khánh Sơn.Trong bài thuyết minh có

sử dụng những hình ảnh, số liệu, tài liệu khoa học, tài liệu về kỹ thuật để tham khảo

điều được trích dẫn và ghi chú nguồn gốc rõ ràng. Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

liên quan đến quyền tác giả của đề tài tiểu luận này.

Sinh viên thực hiện

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

II

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với

nhiều thuận lợi và khó khăn thách thức. Sự phát triển nhanh chóng của cách mạng

khoa học nói chung trong lĩnh vực tự động hóa nói riêng làm cho bộ mặt xã hội đất

nước biến đổi từng ngày từng giờ. Chính vì thế việc cần thiết nhất là ứng dụng các

tiến bộ về khoa học kỹ thuật vào sản xuất chế tạo nhằm tạo ra những sản phẩm có

năng suất, chất lượng cao, giá thành hợp lý ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt đối

với những nước đang trong thời kì phát triển như nước ta.

Gần đây, phong trào tự chế máy Scan 3D, đã và đang được nhiều bạn sinh viên

quan tâm. Tuy nhiên trong quá trình chế tạo vẫn còn nhiều hạn chế. Do đó, để cập

nhật kiến thức đồng thời giúp các bạn học sinh, sinh viên hiểu nhiều hơn về công

nghệ thiết kế ngược, đó chính là lý do chúng em chọn đề tài “Thiết Kế Chế Tạo Máy

Scan 3D”.

Thiết kế ngược là cụm từ còn khá xa lạ đối với nhiều người nói chung và người

trong nghề kỹ thuật nói riêng. Công nghệ thiết kế ngược là một quá trình tập hợp

nhiều loại công nghệ khác nhau. Theo cách truyền thống, để sản xuất được một sản

phẩm người ta sẽ bắt đầu từ việc nghĩ ra ý tưởng rồi phác thảo ý tưởng đó ra giấy.

Sau đó là các bước như tính toán nguyên vật liệu phù hợp, tạo ra sản phẩm thật rồi

kiểm tra và phát triển sản phẩm cho hoàn thiện. Cuối cùng đưa ra sản xuất đại trà.

Đây là quá trình chế tạo truyền thống hay còn gọi là “thiết kế thuận hay thiết kế

xuôi".

Tuy nhiên, cuộc cách mạng công nghiêp 4.0 đã đi ngược lại với cách của truyền

thống. Công nghệ thiết kế ngược được ra đời dựa trên phát minh của máy Scan 3D.

Thiết kế ngược được hiểu là công nghệ chế tạo ngược từ dữ liệu Scan 3D. Nghĩa là

thiết kế từ một mẫu đã có sẵn. Sử dụng thiết bị Scan 3D (quét 3D) để chụp lại biên

dạng 3 chiều của mẫu, sau đó dữ liệu file quét 3D được xuất sang phần mềm thiết

ngược (Geomagic designX, Cimatron, Inventor, Solidwworks, ProE, Catia... ) để

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

III

LỜI NÓI ĐẦU

tiến hành thiết kế. Phần mềm thiết kế ngược cũng cho phép người dùng có thể thay

đổi kích thước, kiểu dáng thiết kế theo ý muốn.

Việt Nam đã và đang có nền công nghiệp phát triển năng động, vì thế cũng không

thể đứng ngoài trào lưu công nghệ, các mặt của đời sống sản xuất điều cần có sự tiến

bộ so với bạn bè quốc tế. Ứng dụng công nghệ thiết kế ngược, hiện nay đang rất cần

thiết cho quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa. Giúp nâng cao năng suất sản

phẩm, giảm thiểu chi phí đầu tư, tăng cấp chính xác, đáp ứng nhu cầu cạnh tranh

hiện nay. Em hy vọng đề tài này sẽ đóng góp vào phục vụ đời sống sản xuất, nâng

cao năng suất lao động.

Nâng cao ý thức tự học, tự nghiên cứu trong học sinh, sinh viên đặc biệt là các

sinh viên của trường Đại học Kỹ Thuật - Công Nghệ Cần Thơ.

Có thể phát triển xa hơn với việc đưa sản phẩm ra thị trường, hạn chế việc phải

phụ thuộc vào các nguồn sản phẩm nhập ngoại, giúp hạ giá thành sản phẩm cũng

như đưa việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật vào sâu trong đời sống sản xuất.

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

IV

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

L Ờ I C ẢM Ơ N ............................................................................................................I

L ỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... II

L ỜI NÓI ĐẦ U ........................................................................................................III

M Ụ C L Ụ C................................................................................................................ iii

DANH M Ụ C T Ừ VI Ế T T Ắ T....................................................................................v

DANH M Ụ C HÌNH Ả N H ....................................................................................... iv

DANH M Ụ C B Ả N G ................................................................................................ vi

CHƯƠNG 1 : T Ổ NG QUAN .................................................................................1

1.1 Lý do và m ục đích chọn đề tài.......................................................................1

1.1.1 Lý do ch ọn đề tài ....................................................................................1

1.1.2 M ục đích nghiên cứ u ..............................................................................2

1.2 N ộ i dung và gi ớ i h ạn đề tài............................................................................2

1.2.1 N ộ i dung nghiên c ứ u...............................................................................2

1.2.2 M ụ c tiêu và gi ớ i h ạn đề tài .....................................................................2

1.3 Gi ớ i thi ệ u v ề công ngh ệ thi ế t k ế ngượ c.........................................................3

1.3.1 Khái ni ệ m................................................................................................3

1.3.2 Ưu nhược điể m c ủ a công ngh ệ thi ế t k ế ngượ c .......................................5

1.3.3 Quy trình công ngh ệ thi ế t k ế ngượ c .......................................................5

1.3.4 Các ứ ng d ụ ng c ủ a công ngh ệ thi ế t k ế ngượ c ..........................................7

1.3.5 Nguyên lý máy quét Scan 3D ...............................................................11

1.4 M ộ t s ố máy Scan 3D hi ệ n nay.....................................................................14

1.4.1 Máy Afinia EinScan-SE (Elite) ............................................................14

1.4.2 Máy Scan 3D Cybergage36 0 ................................................................15

1.5 Máy Scan 3D khác.......................................................................................17

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1.5.1 Máy Sc an 3D nhóm sinh viên trường đạ i h ọ c Bách Khoa Hà N ộ i.......17

1.5.2 Máy quét 3D c ủ a k ỹ sư Phan Huỳnh Lâm trường đạ i h ọ c Bách Khoa

TP. H ồ Chí Minh...............................................................................................18

1.6 Rút ra k ế t lu ậ n..............................................................................................19

1.7 Phương pháp nghiên cứ u .............................................................................19

CHƯƠNG 2 : THI Ế T K Ế VÀ CH Ế T Ạ O MÁY SCAN 3D..............................20

2.1 Thi ế t k ế máy Scan 3D .................................................................................20

2.2 Thi ế t k ế h ệ th ống điệ n .................................................................................24

2.2.1 Kh ối điề u khi ể n.....................................................................................24

2.2.2 Thi ế t k ế b ộ điề u khi ể n trung tâ m ..........................................................26

2.2.2.1 Arduino Uno R3.............................................................................26

2.2.2.2 CNC Shield V3 ..............................................................................31

2.2.2.3 Driver điề u khi ển động cơ bướ c A4988 ........................................32

2.2.2.4 Ngu ồ n cho h ệ th ố n g .......................................................................34

2.2.2.5 Sơ đồ k ế t n ố i m ạch điệ n.................................................................35

2.2.3 Cơ cấ u ch ấ p hành..................................................................................36

2.2.3.1 Động cơ bướ c.................................................................................36

2.2.4 Đầ u Laser 5mW v ạ ch ngang.................................................................43

2.3 Camera.........................................................................................................46

2.3.1 Webcam logitech C270.........................................................................46

2.3.2 Cân ch ỉ nh Camera.................................................................................46

2.4 Các ph ầ n m ề m h ỗ tr ợ ...................................................................................49

CHƯƠNG 3 : K Ế T QU Ả VÀ HƯỚ NG PHÁT TRI Ể N ....................................50

3.1 Ch ế t ạ o thành công ......................................................................................50

3.2 Hướ ng c ả i ti ế n .............................................................................................54

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

RE

Reverse engineering

CAD

CAM

CAE

CAPP

RP

Compurter aided design

Compurter aided manufacturing

Computer aided engineering

Computer aided process planning

Rapid propotyping

CNC

Computerized numerical control

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH

No table of figures entries found.DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Quy trình s ả n xu ấ t s ả n ph ẩ m công nghi ệ p ..................................................1

Hình 1.2: Quy trình l ấ y m ẫ u áp d ụ ng công ngh ệ thi ế t k ế ngượ c ................................4

Hình 1.3: Quy trình thi ế t k ế thu ậ n và Quy trình thi ế t k ế ngượ c .................................6

Hình 1.4: Công ngh ệ RE d ự ng mô hình CAD cho các tác ph ẩ m ngh ệ thu ậ t..............7

Hình 1.5: Ứ ng d ụ ng công ngh ệ tái t ạ o l ấ y m ẫu hoa văn thủ công..............................7

Hình 1.6: Ứ ng d ụ ng RE thi ế t k ế l ạ i s ả n ph ẩm cơ khí phứ c t ạ p ..................................8

Hình 1.7: Ứ ng d ụ ng RE trong kh ả o c ổ h ọ c.................................................................9

Hình 1.8: Ứ ng d ụ ng RE t ạ o m ả nh s ọ não dùng trong y h ọ c .......................................9

Hình 1.9: S ử d ụ ng RE thi ế t k ế nhân v ật và môi trườ ng trong Game........................10

Hình 1.10: Quy trình s ả n xu ấ t t ạ o khuôn m ẫ u ..........................................................10

Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý máy quét laser 3D ........................................................11

Hình 1.12 : Quan h ệ d ị ch chuy ể n v ậ t và d ị ch chuy ể n ả nh.........................................11

Hình 1.13: Máy quét 3D EinScan-SE (Elite) v ớ i bàn xoa y ......................................14

Hình 1.14: Máy Scan 3D Cybergage36 0 ..................................................................15

Hình 1.15: Ch ố ng ph ả n x ạ đa chiề u 3D - MRS ).......................................................16

Hình 1.16: Máy quét cơ thể ngườ i c ủ a nhóm sinh viê n ............................................17

Hình 1.17: Máy quét 3D c ủ a k ỹ sư Phan Huỳ nh Lâm..............................................18

Hình 2.1: T ổ ng th ể máy Scan 3D..............................................................................20

Hình 2.2: Ả nh t ổ ng th ể 3D c ủ a máy Scan 3D...........................................................20

Hình 2.3: B ả n v ẽ bàn xoay........................................................................................21

Hình 2.4: B ả n v ẽ kh ớ p n ối động cơ ..........................................................................22

Hình 2.5: B ả n v ẽ thân trên c ủ a máy..........................................................................22

Hình 2.6: B ả n v ẽ đầ u gá laser ...................................................................................23

Hình 2.7: B ả n v ẽ đầ u n ố i các tr ụ c .............................................................................23

Hình 2.8: Sơ đồ h ệ th ố ng ..........................................................................................24

Hình 2.9: Lưu đồ gi ả thu ậ t máy Scan 3D..................................................................26

Hình 2.10: Arduino Uno R3.....................................................................................28

Hình 2.11: CNC Shield V3 .......................................................................................31

Hình 2.12: CNC Shield V3 k ế t h ợ p cùng A4988......................................................31

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.13: Driver điề u khi ển động cơ bướ c A4988 .................................................32

Hình 2.14: Sơ đồ n ố i dây A4988...............................................................................33

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý c ủ a A498 8 .....................................................................33

Hình 2.16: Ngu ồ n Adapter 12 V ................................................................................34

Hình 2.17: Sơ đồ k ế t m ạch điệ n ................................................................................35

Hình 2.18: M ạch điện khi đượ c hoàn ch ỉ nh..............................................................36

Hình 2.19: Động cơ bướ c..........................................................................................37

Hình 2.20: Động cơ bước nam châm vĩnh cử u .........................................................39

Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý động cơ bướ c bi ế n t ừ tr ở ..............................................39

Hình 2.22: Động cơ bướ c h ỗ n h ợ p............................................................................40

Hình 2.23: Điề u khi ển động cơ bướ c ........................................................................41

Hình 2.24: Động cơ Step 42 sữ d ụng trong đề tài.....................................................42

Hình 2.25: Kích thước động cơ Step 42 ....................................................................42

Hình 2.26: C ấ u t ạo cơ bả n c ủ a ngu ồ n phát ...............................................................43

Hình 2.27: Laser 5mW v ạ ch ngang...........................................................................44

Hình 2.28: Webcam Logitech C270 .........................................................................46

Hình 2.29: B ả ng cân ch ỉ nh camera ...........................................................................47

Hình 2.30: Cân ch ỉ nh các thông s ố ...........................................................................47

Hình 2.31: Camera đã nhận điể m ả nh trên b ả ng cân ch ỉ nh ......................................48

Hình 2.32: B ả ng cân ch ỉnh đặ t trên bàn xoay c ủ a máy.............................................48

Hình 3.1: T ổ ng th ể c ủ a máy Scan 3D .......................................................................50

Hình 3.2: Khi máy chưa cân chỉ nh thông s ố .............................................................51

Hình 3.3: Khi máy đã chỉ nh các thông s ố phù h ợ p ...................................................51

Hình 3.4: Ảnh quét ca nướ c .....................................................................................52

Hình 3.5: Ảnh sau khi đượ c x ử lý b ằ ng ph ầ n m ề m meshla b ....................................53

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

v

DANH MỤC BẢNG

B ả ng 2-1: Thông s ố k ỹ thu ậ t c ủ a Arduino Uno R3..................................................29

B ả ng 2-2 B ả ng thông s ố k ỹ thu ậ t c ủ a A498 8 ...........................................................34

B ả ng 3-1: So sánh kích thướ c ả nh th ự c t ế và ả nh sau khi Scan ch ậ u cây................53

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

vi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1 Lý do và mục đích chọn đề tài

1.1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất đang được xem là ngành kinh kế trọng

điểm của toàn thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng. Phương pháp để tạo ra

sản phẩm nhanh chóng, chính xác, mẫu mã đẹp đang là vấn đề được các nhà máy, cơ

quan xí nghiệp quan tâm hàng đầu. Việc thiết kế dựa theo sản phẩm đã có sẵn trước

đây phải trải qua một giai đoạn thiết kế, chế tạo mất khá nhiều thời gian, sản phẩm

tạo ra không được như ý muốn. Chính vì vậy, cần có một giải pháp nào đó áp dụng

để giải quyết các vấn đề này nhằm mang đến sự tiện lợi, dễ dàng, nhanh chóng cho

công ty, cũng như các trung tâm nghiên cứu, trường học và những người đam mê

khám phá công nghệ.

Hình 1.1: Quy trình sản xuất sản phẩm công nghiệp

Hiện nay với xu hướng phát triển không ngừng của công nghệ như công nghệ

xử lý ảnh qua camera, bảo mật thẻ RFID. Việc áp dụng xử lý ảnh vào quá trình tạo

ra sản phẩm sẽ dễ dàng thận tiện và nhanh chóng hơn.

Ở Việt Nam ngành kỹ thuật 3D (thiết kế 3D, scan 3D, tạo mẫu in 3D) đang ngày

càng phát triển, là sinh viên ngành kỹ thuật chúng em luôn muốn tìm kiếm học hỏi

nhiều điều mới mẽ. Nhận thấy đề đang được phát triển rộng rãi, tính thú vị của nó và

nhiều lợi ít mà đề tài mang lại. Từ đó chúng em chọn đề tài Scan 3D để nghiên cứu

và chế tạo.

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1.2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu và áp dụng những công nghệ mới theo xu hướng phát triển, tìm hiểu

về xử lý ảnh....áp dụng để chế tạo mô hình máy Scan 3D gọn nhẹ, dễ dàng sử dụng,

độ chính xác cao, thời gian quét vật thể nhanh, khắc phục những nhược điểm trước

đó của những máy Scan 3D đã thực hiện.

Đây không chỉ là tiểu luận tốt nghiệp để hoàn thành chương trình học tập

nghiên cứu tại trường. Mà đối với chúng em đây cũng là lúc mình tận dụng tất cả

những kiến thức đã học để làm ra một sản phẩm tốt nhất có thể từ năng lực thực sự

của chính mình. Khẳng định năng lực của mình để sau khi ra trường trở thành một kỹ

sư có đóng góp nhiều cho nền kỹ thuật nước nhà.

1.2 Nội dung và giới hạn đề tài

1.2.1 Nội dung nghiên cứu

Trong đề tài này nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:

- Tìm hiểu ưu và nhược điểm của một số máy Scan 3D có sẵn trên thị trường

- Tìm hiểu về xử lý ảnh, nhận diện ảnh từ vật mẫu

- Giao tiếp giữa máy tính và Arduino

- Tìm hiểu các linh kiện (Arduino, camera, laser, động cơ bước...), vật liệu

làm mô hình để thực hiện đề tài máy Scan 3D

- Thiết kế và thi công mô hình

- Đánh giá kết quả thực hiện

- Nhận xét ưu và nhược điểm của đề tài và hướng phát triển

1.2.2 Mục tiêu và giới hạn đề tài

Vì một số điều kiện khách quan cũng như chủ quan nên đề tài nhóm tập chung

vào một số vấn đề sau:

- Thiết kế và xây dựng mô hình máy Scan 3D

- Hiệu chỉnh được thông số của máy

- Máy hoạt động ổn định, sai số thấp, gọn nhẹ, có thể khắc phục được các hạn

chế của những máy Scan 3D trước đó

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

- Nhận dạng được vật thể, căn chỉnh được ánh sáng, chế độ làm việc cũng như

thời gian quét của máy

1.3 Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngược

1.3.1 Khái niệm

Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo ra một sản phẩm, người thiết

kế đưa ra ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính

toán thiết kế, chế tạo, rồi kiểm tra, hoàn thiện phác thảo, để đưa ra phương pháp tối

ưu, cuối cùng là công đoạn sản xuất ra sản phẩm. Đây chính là chu trình sản xuất

truyền thống, là phương pháp sản xuất đã được áp dụng từ bao thế kỷ nay. Phương

pháp này còn được gọi là công nghệ sản xuất thuận (Forward Enineering). Trong vài

chục năm trở lại đây với sự phát triển với sự phát triển của công nghệ, xuất hiện một

dạng sản xuất theo một chu trình mới, đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là chế

tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm có sẵn. Quy trình này gọi là công nghệ

thiết kế ngược (Reverse Engineering) hay cũng được hiểu là công nghệ chép mẫu hay

công nghệ chế tạo ngược.

Trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, công nghệ thiết kế ngược được định nghĩa là hoạt

động tạo ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế

hoặc đã bị mất hay không rõ dàng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục

nguyên vẹn hoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu.

Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước, công nghệ thiết kế ngược (

Reverse Engineering) đã được nghiên cứu, áp dụng trong nhiều lĩnh vực phát triển

nhanh sản phẩm, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế mô hình 3D từ mô hình đã có sẵn

nhờ sự trợ giúp của máy tính. Kỹ thuật thiết kế ngược ngày càng phát triển theo sự

phát tiển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn được quan tâm và cũng liên tục

được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất. RE trở thành

một bộ phận quan trọng của sản xuất hiện tại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia

ứng dụng hiệu quả và rất thành công với công nghệ này. Có thể thấy Trung Quốc là

một điển hình. Nhiều sản phẩm như xe máy, ô tô, máy móc hàng loạt đồ gia dụng, đồ

chơi đã được sản xuất dựa trên sự sao chép các mẫu có sẵn trên thị trường của các

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

hãng nổi tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota .(Hình 1.2 là một

ví dụ minh họa)

Sản phẩm thực

Sản phẩm sơn trắng để quét

Quét mẫu bằng máy ATOS

Mô hình sản phẩm sau khi quét

Mô hình hóa các bề mặt

Mô hình CAD xây dựng lại

Hình 1.2: Quy trình lấy mẫu áp dụng công nghệ thiết kế ngược

Ở Việt Nam, trong những năm trở lại đây công nghệ thiết kế ngược cũng đã

được áp dụng vào sản xuất. Tuy nhiên phần lớn chưa mang tính chuyên nghiệp. Ví

dụ như các công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho các mặt hàng nhựa, thường khi nhận

đơn đặt hàng của các đối tác làm một bộ khuôn cho một mẫu sản phẩm cho trước thì

đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện một cách thủ công, đo vẽ bằng

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

tay. Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềm

thiết kế ngược vẫn chưa nhiều. Chỉ có một số ít công ty có thể làm theo hợp đồng như

công ty Hàn Quốc, trung tâm dịch vụ công nghệ 3D hay các viện trường đại học như

trường Đại Học GTVT, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Đại Học Bách Khoa

Hà Nội có máy quét 3D nhưng chủ yếu vẫn là phục cho học tập và nghiên cứu.

1.3.2 Ưu nhược điểm của công nghệ thiết kế ngược

*Ưu điểm

+ Kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng cách so sánh mô hình CAD với sản phẩm, từ

đó điều chỉnh mô hình hoặc các thông số công nghệ để tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu.

+ Mô hình CAD đựơc sử dụng như là mô hình trung gian trong quá trình thiết kế

bằng cách tạo sản phẩm bằng tay trên đất sét, thạch cao, sáp…rồi quét hình để tạo mô

hình CAD. Từ mô hình CAD này người ta sẽ chỉnh sửa theo ý muốn.

+ Giảm bớt thời gian chế tạo dẫn tới năng suất cao.

+ Chế tạo được nguyên mẫu mà không cần bản thiết kế.

* Nhược điểm.

+ Cần có công nghệ hiện đại là các loại máy quét hình.

+ Giá thành cao.

1.3.3 Quy trình công nghệ thiết kế ngược

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, quá trình sản xuất

sản phẩm ngày càng được chuyên môn hóa, việc chế tạo ra một loại sản phẩm được

chia tách thành nhiều công đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ mật thiết với nhau theo

một tiêu chuẩn chung thống nhất hợp thành quy trình sản xuất. Tuy có nhiều cải tiến

mới song qui trình sản xuất hiện nay nhìn chung đều được biểu hiện bằng 2 sơ đồ

(Hình 1.3).

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người thiết kế

hoặc của khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ bộ sản phẩm (bản

vẽ CAD). Bản vẽ phác thảo này sẽ được tính toán, phân tích, kiểm tra các thông số

kỹ thuật, tính công nghệ (Dữ liệu được chuyển từ CAD sang CAE). Sau đó mô hình

sẽ được tối ưu hóa đưa ra bản vẽ thiết kế (bản vẽ CAD) hoàn chỉnh. Tiếp theo qua

các bước chuẩn bị công nghệ (CAPP), lập trình gia công (CAM), mô phỏng và chế

tạo thử mẫu sản phẩm bằng phương pháp tạo mẫu nhanh (RP) hoặc trên các máy công

cụ, máy CNC. Mẫu sản phẩm chế tạo này sẽ được đem đi kiểm tra thực tế xem có

thỏa mãn các yêu cầu đặt ra hay không. Nếu không đạt thì sẽ quay về chỉnh sửa lại từ

bản vẽ phác thảo. Tiếp tục quá trình trên cho tới khi mẫu sản phẩm đạt yêu cầu thì

mới đưa vào sản xuất thực sự.

Hình 1.3: Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược

Còn trong quy trình thiết kế ngược chúng ta làm ngược lại. Xuất phát điểm là

một mẫu sản phẩm thực tế (Physical part). Mẫu sản phẩm thực này được số hóa và sử

lý bằng các thiết bị và phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình CAD cụ thể. Sau

đó được mô hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp theo cũng giống như

SVTH: HUỲNH TUẤN PHONG – NGUYỄN HẢI ĐĂNG

6