Nghiên cứu dữ liệu hình học, độ chính xác sản phẩm của công nghệ tạo mẫu nhanh và ứng dụng trong khuôn tạo mẫu307

ki 78 Chương 4 NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH HỌC BỀ MẶT MẪU CHẾ TẠO BẰNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 4.1.. Để giải quyết các tồn tại trên, từ những n m cuối thập niên 80 của thế kỷ trước ăcác

BÙI NGỌC TUYÊN

NGHIÊN CỨU DỮ LIỆU HÌNH HỌC, ĐỘ CHÍNH XÁC

được trình bày trong luậ n án là do tôi th c hi n trong quá trình làm luận án, không ự ệ sao chép ở b t cứ tài liệu nào ấ

Tác giả

Bùi Ngọc Tuyên

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 4

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5

5 Phương pháp nghiên cứu của luận án 8 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH

1.4 Độ chính xác và các nguồn gây sai số ảnh hưởng đến mẫu ch t o RP ế ạ 19 1.4.1 Sai số trong quá trình thiết kế ấ (l y mẫu) 20 1.4.2 Sai số khi chuyển sang định dạng STL 20 1.4.3 Sai số do đặc tính không đẳng hướng 21 1.4.4 Sai s do nguyên lý cố ắt lát 22 1.4.5 Sai số trong quá trình chế ạ t o 22

1.5 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong sản xu t, chế ạo ấ t 24 1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ tạo mẫu nhanh 25

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 25

1.6.1.2 Một số nghiên cứu liên quan đến các vấn đề nghiên cứu của lu n án ậ 28 1.6.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 32 1.7 Tóm tắt nội dung chính của chương và hướng nghiên cứu của đề tài 34 Chương 2 C S DƠ Ở Ữ LIỆU HÌNH HỌC CÔNG NGHỆ ẠO MẪU NHANH T

2.2 Yêu cầu dữ liệu CAD của h th ng RP ệ ố 38 2.2.1 Định dạng dữ liệu hình học đầu vào của RP 38

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG MÁY ĐO TOẠ ĐỘ 3 CHIỀU XÂY

DỰNG DỮ LIỆU HÌNH HỌC ĐẦU VÀO CHO CÁC THIẾT BỊTẠO MẪU NHANH

3.1.1 Nguyên lý làm việc của máy đo toạ độ Global Status 544 với phần mềm PC-DMIS

52

3.1.2 Một số chức năng số hoá bề ặ m t của máy đo toạ độ Brown &Sharpe 53 3.2 Các phương pháp tạo file STL truyền thống 56 3.3 Phương pháp tạo file STL trực tiếp từ ữ d liệu số hoá bằng CMM 57

3.3.2 Đặc đ ểi m và phạm vi ng d ng phương pháp ứ ụ 60 3.4 Các thuật toán cơ ả b n sử ụ d ng trong phương pháp 60

3.4.2.1 Cơ ở s lý thuyết 65 3.4.2.2.Thuật toán tam giác hoá vùng đ ểi m 67 3.4.2.3 Thuật toán xác định đường biên 70 3.4.2.4 Thuật toán tố ưi u hoá tam giác 72

3.4.2.6 Thuật toán hợp nh t 2 vùng đ ểấ i m 73 3.5 Thí nghiệm kiểm chứng phương pháp 75 3.6 Sử ụ d ng các phần mềm nước ngoài để ểm tra mô hình STL ki 78

Chương 4 NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH HỌC BỀ MẶT MẪU

CHẾ TẠO BẰNG CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 4.1 Sai số hình học bề măt m u RP do hi u ng b c thang gây nên (Stair- case ẫ ệ ứ ậeffect)

81

4.1.1 Mẫu chế ạ t o có dạng kh i a diện ố đ 81 4.1.2 Mẫu chế ạ t o có dạng vật thể cong 82 4.2 Mô hình toán học xác định nh hưởng c a định hướng ch tạả ủ ế o đến sai s ốhình học bề ặ m t mẫu chế ạ t o

84

4.3 Phần mềm xác định sai số hình học của bề ặ m t mẫu RP 87 4.3.1 Các chức năng cơ ả b n của phần mềm 87

4.3.2.1 Thuật giải tính sai số cho một phương b t kì ấ 90 4.3.2.2 Thuật giải tìm phương có sai số chế ạ t o nh nhất ỏ 92 4.3.2.3 Thuật giải tìm phương có số ớ l p chế ạ t o ít nhất 93 4.3.2.4 Thuật giải quay đồ hoạ định hướng mô hình STL 93

4.3.2.5 Thuật giải phân vùng bề ặ m t 94 4.3.3 Kiểm chứng thuật toán và phần mềm 94 4.3.4 Một số ế k t quả ứ ng dụng phần mềm 97 4.4 Nghiên cứu thực nghiệm độ nhám bề ặ m t mẫu chế tạo b ng phương pháp t o ằ ạmẫu nhanh 3DP

Chương 5 NGHIÊN CỨ ỨU NG D NG CÔNG NGH T O M U NHANH Ụ Ệ Ạ Ẫ

TRONG CHẾ Ạ T O KHUÔN ÉP NHỰA

5.1 Các nguồn sai số ủ c a khuôn chế ạ t o theo công nghệ ạ t o khuôn nhanh 115 5.1.1 Sai số chế ạ t o mẫu nhanh RP 115 5.1.2 Sai số kích thước do đánh bóng 118 5.1.3 Sai số do độ co ngót của vật liệu 120 5.1.3.1.Cơ sở lý thuyết về co ngót của vật liệu 121 5.1.3.2 Giả thuyết của Jacob về độ co ngót 122 5.2 Tính toán sai số ủ c a sản phẩm khuôn tạo nhanh 124

5.3.1 Thí nghiệm xác định độ co ngót của vật liệu làm khuôn RT 131 5.3.1.1 Giới thiệu về ậ v t liệu làm khuôn RT 132

5.3.1.2 Thí nghiệm xác định độ co ngót của nhựa Epoxy đ ềi n nhôm 132 5.3.2 Một nghiên cứu thực nghiệm về khuôn tạo nhanh 135 5.3.2.1 Thiết kế ả s n ph m, khuôn tạo nhanh theo phương pháp gián tiếp ẩ 135 5.3.2.2 Quy trình chế ạ t o bộ khuôn thí nghiệm 136 5.3.2.3 Xác định sai số trong các bước chế ạ t o khuôn thí nghiệm 138

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAD: Computer Aided Design

CAM: Computer Aided Manufacturing

CMM: Coordinate Measuring Machine

CNC: Computer Numerical Control

RP: Rapid Prototyping = Công nghệ ạ t o mẫu nhanh

RE: Reverse Engineering = Kỹ thuật ngược

RT: Rapid Tooling = Công nghệ ạ t o khuôn nhanh

CAFE: Composite Aluminum-Flled Epoxy

: Vec tơ tham chiếu

θ: Góc hướng chế ạ t o là góc hợp b i véc t pháp tuy n b m t và hướng ch t o ở ơ ế ề ặ ế ạT: chiều dày lớp (chiều dày cắt lát)

ti: Vec tơ tiếp tuyến tại đ ểi m pi

h: Chiều cao nhấp nhô bề ặ m t mẫu

SU, Sv: Bước quét theo hướng u và hướng v

Mẫu RP: Mẫu chế tạo bằng phương pháp tạo mẫu nhanh

Khuôn RT: Khuôn chế ạ t o bằng công nghệ ạ t o khuôn nhanh

STL: STereo Lithography

SLA: StereoLithography Apparatus

SLS: Selective Laser Sintering

FDM: Fused Deposition Modeling

LOM: Laminated Object Manufacturing

3DP: 3D Printing

Slicing: cắt lát

Slab: lớp chế ạ t o

Manual: Kiểu quét số hoá bề ặ m t vật mẫu theo chế độ i u khiển bằng tay đ ề

Linear Open: Kiểu quét số hoá bề ặ m t v t mậ ẫu theo đường hở

Linear Close: Ki u quét sể ố hoá bề ặ m t v t mậ ẫu theo đường kín

Patch: Kiểu quét số hoá bề ặ m t vật mẫu theo vùng bề ặ m t

l

Δ , σ2 : Sai số trung bình và độ lệch tiêu chu n c a sai s kích thước c a m u RP ẩ ủ ố ủ ẫsau khi chế ạ t o

Δx, Δy, Δz : Các sai số chế tạo của mẫu RP theo 3 phương x, y, z

σ2x, σ2y, σ2z: Độ lệch tiêu chuẩn của các sai số Δx, Δy, Δz

d

Δ , σ3 là sai số trung bình và độ lệch tiêu chuẩn của sai số kích thước của mẫu RP sau khi đánh bóng

Δdx, dy, dz là các sai số đΔ Δ ánh bóng c a m u RP theo 3 phương x, y, z ủ ẫ

σ3x, σ3y, σ3z: Độ lệch tiêu chuẩn của các sai số Δdx, Δdy, Δdz

Sh: Độ co ngót của vật liệu

S4: Độ co ngót của vật liệu làm khuôn

S5: Độ co ngót của vật liệu nhựa ép

d1 : kích thước mô hình CAD

d2 : kích thước đo trên mẫu RP

d3 : kích thước đo trên mẫu RP sau khi đánh bóng

d4 : kích thước đo trên khuôn

d5: kích th c sướ ản phẩm

σs4: Sai lệch tiêu chuẩn của độ co ngót vật liệu làm khuôn

σs5: Sai lệch tiêu chuẩn của độ co ngót vật liệu nh a ép ự

K4: Hằng s tỷ lệ ữố gi a độ co ngót trung bình và sai l ch tiêu chu n c a độ co ngót ệ ẩ ủvật liệu làm khuôn

K5: Hằng s tỷ lệ ữố gi a độ co ngót trung bình và sai l ch tiêu chu n c a độ co ngót ệ ẩ ủvật liệu nhựa ép

t: Dung sai kích thước sản phẩm

k1: Hệ ố s bù kích thước khi chế ạ t o mẫu RP

k2: Hệ ố s bù kích thước cho đánh bóng mẫu RP

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1: Phân loại phương pháp tạo mẫu nhanh 13 Bảng 3.1: Số liệu đo kiểm tra các m u ẫ 77 Bảng 3.2: So sánh độ chính xác các mẫu chế tạo 78 Bảng 4.1: Sai số bậc thang của mô hình khối đa diện 82 Bảng 4.2: Sai số bậc thang của mô hình gồm các bề mặt cong 83 Bảng 4.3: Kết quả xác định sai số bằng tính toán lý thuy t và ch y ph n ế ạ ầ

L

Bảng 5.6:.Tính toán sai số tuyệt đối khi tạo khuôn RT 143

Bảng 5.7:.Tính toán sai số tỷ đối khi tạo khuôn RT 144

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ ĐỒ, THỊ

Trang Hình 1.1 Đặc đ ểi m chung của công nghệ ạ t o mẫu nhanh 9 Hình 1.2 Nguyên lý chung của quá trình tạo mẫu nhanh 11

Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ 3D Printing 19 Hình 1.8 Sai lệch giữa đường cơ ở s và đường đặc tính 20 Hình 1.9 Sai số khi chuyển đổi sang định dạng STL 21

Hình 1.11 Sự thay đổi kích thước mẫu sau khi đánh bóng b m t ề ặ 24 Hình 2.1 Định dạng tam giác trong file STL 39

Hình 3.2 Sơ đồ khối chức năng của máy đo toạ độ Global Status 544 53

Hình 3.4 a) Kiểu quét Linear Close; b) Kiểu quét Patch 55 Hình 3.5.Qúa trình RE thông thường với thiết bị số hoá là CMM nh m t o ằ ạ

Hình 3.15 Đường biên của tậ đ ểp i m 71

Hình 3.17 Tam giác hoá vùng hở giữa 2 đường biên 73

Hình 4.1 Các dạng bề ặ m t của khối đa diện 81 Hình 4.2 Chiều cao đỉnh lồi hay lõm xuất hiệ ởn các b m t nghiêng ề ặ 81 Hình 4.3 Sai số do hiệ ứu ng bậc thang đối với các dạng bề ặ m t cong 83 Hình 4.4 Sai số chế ạ t o do nguyên lý cắt lát 84

Hình 4.6 Xác định chiều dài o n con tua lđ ạ ij 86 Hình 4.7 Chức năng tính toán sai số 88 Hình 4.8 Giao diện màn hình đồ hoạ ủ c a chương trình 89 Hình 4.9 Chức năng phân vùng bề ặ m t 89 Hình 4.10.Quan hệ giữa hai hệ toạ độ Decac và toạ độ c u ầ 90 Hình 4.11 Sơ đồ thuật toán tìm sai số cho mộ ướng chế ạt h t o bất kỳ 91 Hình 4.12 Sơ đồ thuật toán tìm hướng chế ạ t o có sai số nhỏ nhất 92 Hình 4.13 Các mô hình kiểm chứng có dạng các hình khố ơ ải c b n 95 Hình 4.14 Các mô hình STL của các khối kiểm chứng 95 Hình 4.15 Các thông số chi u cao tiêu chuề ẩn profile bề ặ m t 99 Hình 4.16 Mẫu thí nghiệm xác định ảnh hưởng của hướng chế tạo và

chiều dày lớp đế độn nhám bề ặ m t

100

Hình 4.17 Các bề ặ m t mặt mẫu cần o đ độ nhám 101 Hình 4.18 Đo độ nhám b mặ ủề t c a m u ch tạẫ ế o b ng máy o độ nhám ằ đ

Hình 5.1 Mô hình tính sai số chế ạ t o mẫu RP 116 Hình 5.2 Đánh bóng ngay sau khi tạo m u ẫ 118 Hình 5.3 Đắp thêm vật liệu trước khi đánh bóng mẫu 119 Hình 5.4 Mô hình tính toán độ co ngót 121 Hình 5.5 Qúa trình tạo ra sản ph m của khuôn RT và các nguồẩ n sai s c a ố ủ

phương pháp tạo khuôn nhanh RT

Hình 5.10 Bộ khuôn thí nghiệm chế tạo theo phương pháp t o khuôn ạ

nhanh gián tiếp

136 Hình 5.11 Mẫu chế ạ t o bằng phương pháp 3D-PRINTING 136 Hình 5.12 Lòng khuôn động và lòng khuôn tĩnh khuôn thí nghiệm 137

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Sản xuất ngày nay đang phải đối mặt với hai thử thách quan trọng là: Giảm thời gian phát triển sản ph m và cải thiện tính linh hoạt cho sảẩ n xu t các sản phẩm loạt ấnhỏ cũng như tính đa dạng c a sảủ n ph m Thiết kế và sảẩ n xu t có trợ giúp bằng máy ấtính (CAD/CAM) đã cải thiệ đn áng kể cho quá trình thiết kế và sản xu t truyền ấthống Tuy nhiên vẫn còn có một số trở ngại trong việc tích hợp thực s gi a CAD ự ữ

và CAM giúp cho phát triển nhanh chóng các sản phẩm mới M c dù đã có rất nhiều ặnghiên cứu và ứng d ng về tích hợp CAD/CAM, lập trình CNC, lập k hoụ ế ạch quá trình sản xuất…Nh ng v n còn nhữư ẫ ng kho ng trốả ng t n tại giữa CAD và CAM cần ồphải giải quyết là:

+ Nhu cầu tạo ra nhanh chóng các mô hình, các mẫu 3 D thực

+ Nâng cao hiệu quả sản xu t, gi m giá thành chế tạấ ả o các khuôn, m u, các chi ti t ẫ ế

có bề ặ m t phức tạp

Để giải quyết các tồn tại trên, từ những n m cuối thập niên 80 của thế kỷ trước ăcác nhà khoa họ đc ã nghiên cứu phát triển một phương pháp gia công mới gọi là công nghệ tạo m u nhanh (Rapid Prototyping = RP) Hệ thống tạo mẫu nhanh do ẫCharles Hull phát minh ra đầu tiên vào năm 1987 Sự hình thành và phát triển của công nghệ này gắn liền với sự phát triển các phần mềm CAD, cụ thể là mô hình hóa khối rắn của CAD Mô hình khối rắn là một ph n c a thi t k CAD trong không ầ ủ ế ếgian 3D có thuộc tính đặc Nó có c tính vđặ ật chất là một khối có độ dày với các thông tin hình học phù hợp với máy RP Như vậy có th nói r ng công ngh tạo ể ằ ệmẫu nhanh là một nhánh phát tri n c a công ngh CAD/CAM S hình thành và ể ủ ệ ựphát triển của công nghệ tạo m u nhanh g n li n v i s phát tri n c a công ngh ẫ ắ ề ớ ự ể ủ ệCAD/CAM và xuất phát từ nhu cầu cấp thiết của thực tế sản xu t, c a n n kinh t ấ ủ ề ếthị trường

Ngày nay trên thế giới công nghệ này đã phát tri n và ng d ng hi u qu với trên ể ứ ụ ệ ả

30 phương pháp với những phương pháp đ ểi n hình như: SLA, SLS, LOM, FDM,

3D printing Các nhà sản xu t ã sử ụấ đ d ng các phương pháp này để chế tạo các mô hình thiết kế, các khuôn mẫu, các sản phẩm phức tạ ứp ng d ng trong nhiều ngành, ụlĩnh vực,… Công nghệ tạo m u nhanh ã được đưa vào Vi t nam và nghiên c u ẫ đ ệ ứ

bước đầu vào những năm gần đây (từ 2001) Tuy nhiên các nghiên cứu ở nước ta vềcông nghệ này còn rất hạn chế, mớ ởi giai đ ạo n tiếp cận, ch yế ởủ u mức tiêp nh n ậchuyển giao công nghệ, thiết bị t nừ ước ngoài Để có thể khai thác s d ng hiệử ụ u qu ảcác thiết bị này, nâng cao khả năng ng d ng công ngh này m t s vấn đề cơ bản ứ ụ ệ ộ ốnhất của công nghệ tạo m u nhanh nh là d li u đầu vào, độ chính xác, kh năng ẫ ư ữ ệ ả

ứng d ng c a công ngh này, đượ đặụ ủ ệ c t ra cho các nhà khoa h c trong nước ọ

Hơn nữa hiện nay với sự phát triển của nền kinh tế ị th trường ã xu t hi n nhu c u đ ấ ệ ầchế tạo ra các s n ph m nh a theo m u ã có s n v i yêu c u s lượng sảả ầ ự ẫ đ ẵ ớ ầ ố n ph m ẩkhông lớn và giảm thiểu chi phí thời gian, giá thành Để đáp ứng nhu cầu này có thểthực hiện chu trình sản xu t theo hướng sau: ấ

Trước tiên là ứng dụng CMM đo quét mẫu Dữ liệu số hoá thu được, được chuyển

đổi sang nh dạđị ng d li u u vào tiêu chuẩn củữ ệ đầ a công ngh tạệ o m u nhanh là mô ẫhình STL Mô hình này được hiệu ch nh, bù kích thước theo yêu cầu Sau đó mô ỉhình được định hướng chế tạo cho hợp lý và được đưa vào thiết bị ạ t o mẫu nhanh đã chọn thích hợp để chế tạo ra m u Mẫu được xử lý hoàn thiện và được dùng làm ẫ

mẫu chủ để tạo khuôn nhanh theo phương pháp gián tiếp Sử dụng khuôn này để chế tạo ra sản ph m theo yêu cầu ẩ

Để thực hiên gi i pháp trên c n ph i nghiên c u ba v n đề cơ bản là phương ả ầ ả ứ ấpháp tạo dữ ệ li u đầu vào, độ chính xác hình h c b mặ ủọ ề t c a m u ch tạẫ ế o và kh ả

n ng ă ứng dụng mẫu chế tạo làm m u ch để ch tạẫ ủ ế o khuôn ép theo công ngh tạo ệkhuôn nhanh

Dữ liệu hình học đầu vào thiết bị RP với định dạng tiêu chuẩn STL mô tả vật thể cần ch tạế o là y u tốế không th thi u được v i m i quá trình RP Các qúa trình ể ế ớ ỗnày có đặc đ ểi m cơ bản là: sau khi nh p đầy đủ dữ ệậ li u hình h c mô hình c n ch ọ ầ ếtạo, các thông số công nghệ cần thi t, quá trình gia công hoàn toàn t động không ế ựcần sự can thiệp của người vận hành Dữ liệu đầu vào sai hoặc không đảm bảo chất

lượng sẽ dẫn đến m u ch tạẫ ế o ra không đạt yêu c u hoặầ c có độ chính xác th p Do ấvậy có thể nói rằng: dữ liệu hình học của mô hình chế tạo là y u t đầu tiên và c ế ố ơbản nhất, quyết định đến sự thành công của quá trình và nhiệm vụ của người v n ậhành thiết bị chủ yếu là xây d ng được d li u hình h c mô hình và nh p d li u ự ũ ệ ọ ậ ữ ệnày vào Hiện nay dữ ệ li u hình h c này thường được t o ra b ng phương pháp s ọ ạ ằ ửdụng các phần mềm CAD để xây dựng các mô hình CAD 3D ở dạng solid sau ó đdùng chức năng c a phần mềm CAD để xuất ra file định dạng STL Phương pháp ủnày chủ ế y u sử dụng trong thi t kế ế ớ m i Trong thực tế ường xuất hiện nhu cầu cần thchế tạ ạo l i mộ ật v t m u ã có b ng RP M t s nghiên c u và gi i pháp kỹ thuật số ẫ đ ằ ộ ố ứ ảhoá bề mặt m u ã được ng d ng để áp ng nhu c u này ó là các k thu t ch p ẫ đ ứ ụ đ ứ ầ Đ ỹ ậ ụ

ảnh, quét b mặ ằề t b ng la ze hay s dụử ng các đầu quét d ng ti p xúc (scanner) Tuy ạ ếnhiên các giải pháp này chỉ áp dụng được cho các vùng bề mặ ụ ểt c th phù h p v i ợ ớcác kỹ thuật số hoá đó Dữ ệu số hoá đó thu đượ li c vẫn ph i được xử lý hiệu chỉnh ảbằng các phần mềm CAD để xây dựng thành mô hình CAD hoàn ch nh Mô hình ỉnày sau đó được xu t ra xuất ra file STL nhờ chức năng xuất (export) sang mô hình ấSTL của các phần mềm CAD này Các nghiên cứu công bố trên thế giới về vấn đề này chủ yếu là v các thu t toán tam giác hoá ám mây d li u i m ã có s n ề ậ đ ữ ệ đ ể đ ẵNghiên cưú phương pháp ứng d ng CMM số hoá bề mặ ậụ t v t m u, t o ra tr c ti p ẫ ạ ự ế

mô hình STL hoàn chỉnh v i sai số định trước là chưa được công bố ởớ bấ ỳt k một công trình nào trong nước cũng nh trên thế giới ư

Độ chính xác hình học b mặ ủề t c a m u RP là m t trong nh ng chỉ tiêu quan ẫ ộ ữtrọng quyết định n khả năđế ng ng dụng, và chức năng làm việc của nó Nghiên cứu ứ

v ề độ chính xác hình học bề mặt m u ch tạẫ ế o RP, ki m soát được các y u t nh ể ế ố ả

h ng ưở đến nó, đề ra các giải pháp kỹ thuật nâng cao được chất lượng hình học bềmặt mẫu có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng Các nghiên c u trên th gi i v độ ứ ế ớ ềchính xác hình học bề mặ ủt c a m u RP ch y u t p trung vào các vấẫ ủ ế ậ n đề nh : định ưhướng chế tạo, c t lát thích nghi, Vi c nghiên c u kếắ ệ ứ t h p lý thuy t v i th c ợ ế ớ ựnghiệm cho một phương pháp RP cụ thể là phương pháp 3D-Printing là chưa từng được công bố ở công trình nào

Ứng d ng công ngh t o mẫu nhanh trong sảụ ệ ạ n xu t ch t o cũấ ế ạ ng là m t v n đề ộ ấcấp thiết cần giải quyết trước mắt đặt ra cho các nhà công ngh Do nh ng h n ch ệ ữ ạ ế

v ề độ bền c họơ c, độ chính xác, độ bóng b mặề t m u RP nên vi c ng d ng công ẫ ệ ứ ụnghệ này trong sản xuất chế tạo còn ch a ph bi n Hi n nay công ngh tạư ổ ế ệ ệ o m u ẫnhanh đang trở nên ngày càng hoàn thiện hơn, tính chấ ật v t li u, độ chính xác, chi ệphí và thời gian tạo mẫu đã được cải thiệ đn áng kể, cho phép có thể áp dụng nó trong sản suất chế tạo.Trên c sởơ phát tri n các ng d ng c a công ngh tạể ứ ụ ủ ệ o m u ẫnhanh trong sản xu t chế tạấ o các khuôn m u, d ng c , m t công ngh mới ra đời : ẫ ụ ụ ộ ệCông nghệ ạ t o khuôn nhanh (Rapid Tooling = RT) Công nghệ này được hình thành trên cơ sở tận d ng các u th củụ ư ế a công ngh tạệ o m u nhanh là: kh năẫ ả ng ch tạo ếcác chi tiết có hình dạng phức tạp, thời gian chế tạo ng n, quá trình ch tạắ ế o là t ựđộng không cần sự can thi p củệ a con người và nhu c u òi h i thay đổi m u mã s n ầ đ ỏ ẫ ảphẩm liên tục, nâng cao khả năng c nh tranh trong n n kinh tếạ ề th trường Công ịnghệ tạo khuôn nhanh cho phép ch tạế o nhanh chóng ra các d ng c (khuôn m u) ụ ụ ẫ

đáp ng nhanh v i nhu c u th trường Các nghiên c u trên th gi i v vấn đề này ứ ớ ầ ị ứ ế ớ ềchủ yếu tập trung về khía cạnh công nghệ

Việc xây dựng mô hình toán học xác định sai số của quá trình t o khuôn nhanh, cho ạphép xác định được sai số của s n ph m c a khuôn ch tạả ẩ ủ ế o b ng công ngh RT, là ằ ệ

cơ sở lý thuy t quan tr ng để th c hi n công ngh RT, đồng th i c ng cho ta biết ế ọ ự ệ ệ ờ ũđược khả ă n ng ứng d ng củụ a công ngh này trong ch t o khuôn ép nh a ệ ế ạ ự

Các vấn đề đặt ra trên hiện nay chưa được nghiên cứ ở ấở u b t kỳ một công trình nào trong nước Hiện nay khi nước ta ra nhập WTO, khoa học và công nghệ cần ph i ảhội nhập, theo kịp với thế giới thì việc nghiên cứu giải quyết các vấn đề trên càng trở nên cần thiết và cấp bách

2 MỤ ĐC ÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

Nội dung nghiên cứu của luận án nhằm 3 mục đích Thứ nhất là nghiên cứu về định dạng dữ liệu đầu vào của thi t b RP, kh năế ị ả ng s hoá b mặ ủố ề t c a máy o to độ 3 đ ạchiều (CMM) xây dựng phương pháp ứng d ng CMM để tạo ra dữ liệu đầu vào cho ụcác thiết bị RP Thứ hai là nghiên cứu các yếu tố ả nh hưởng n đế độ chính xác hình

học bề mặt m u RP, nh hưởng củẫ ả a định hướng ch tạế o n đế độ nhám b mặ ủề t c a mẫu chế tạo b ng phương pháp 3D-Printing Th ba là nghiên c u xây dựng mô ằ ứ ứhình toán học xác định sai số ủ c a quá trình tạo khuôn nhanh có ứng d ng công ngh ụ ệtạo mẫu nhanh

Phạm vi nghiên cứu của phương pháp ng d ng CMM để t o ra dữ liệu đầu vào cho ứ ụ ạcác thiết bị RP được giớ ạ ởi h n khả ă n ng số hoá bề ặ m t vật mẫu bằng máy đo toạ độ

3 chiều với đầu đo dạng tiếp xúc Máy đo toạ độ 3 chiều sử ụ d ng trong thực nghiệm

ở đ ây là Brown&Sharpe 544 với đầu o dạng tiếp xúc chế tạ ạđ o t i M Nghiên c u ỹ ứ

v ề độ chính xác hình học của bề mặt m u RP gi i h n các m u ch tạẫ ớ ạ ở ẫ ế o b i các ởthiết bị RP thương m i với nguyên lý cắt lớp truyền thống Nghiên cứu thực nghiệm ạ

v ề độ nhám bề mặt của mẫu chế tạo bằng phương pháp tạo m u nhanh v i thi t b là ẫ ớ ế ịmáy 3D-Printing ZP 310, vật liệu là ZP102 Thực nghiệm tạo khuôn nhanh vớ ật i v

liệu là nhựa Epoxy ED40 và chấ đông rắn Anhydrit sản xuất tại Trung quốc, bột Al t P300 sản xu t tấ ại Nhật với kích thước hạ ừ 0,015 đến 0,023 Các chươt t ng trình máy tính được viết bằng ngôn ngữ C++ vớ ự hỗ ợi s tr của các th vi n Object Arx ư ệ

mặt, thuật toán vá vùng, …do tác giả đưa ra nhằm giải quyết các bài toán gặp phải khi xây dựng phương pháp này Phương pháp đã cho phép xây dựng được mô hình STL của một vật mẫu bấ ỳt k đảm b o sai s cho phép định tru c v i i u ki n v t ả ố ớ ớ đ ề ệ ậmẫu đó có khả năng số hoá được toàn bộ các bề mặt bằng CMM

Luận án cũng xây d ng được mô hình toán h c xác định sai s nh p nhô b mặ ủự ọ ố ấ ề t c a vật mẫu chế tạo b ng phương pháp RP, phát tri n các thu t toán tìm phương ch tạo ằ ể ậ ế

có sai số bé nhất, xác định các sai số bề mặ ủt c a m u RP v i m t phương ch tạo ẫ ớ ộ ếđịnh trước,

Một mô hình toán học khác mô phỏng quá trình tạo khuôn gián tiếp nh m xác định ằsai số ủ c a quá trình này cũng được xây d ng phát tri n ở đự ể ây Hai bài toán thuận và nghịch gặp phải trong quá trình chế tạo khuôn ép nh a b ng công ngh tạo khuôn ự ằ ệnhanh đã được giải quyết bằng việ ứng dụng lý thuyết thống kê xác suất c

ở Vi t nam mà còn nâng cao hiệệ u qu s dụả ử ng CMM, góp ph n vào s nghi p công ầ ự ệnghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Các kết quả nghiên cứu lý thuyết, các thuật toán

đã xây d ng có th ng d ng trong ào t o, nghiên cứu khoa học và thực tiễn sản ự ể ứ ụ đ ạxuất, là cơ sở cho các công ty ph n m m tham kh o để vi t các ph n m m có tính ầ ề ả ế ầ ề

thương mại

Phần mềm xác định sai số ề b mặ ủt c a m u ch t o RP giúp cho người sử dụẫ ế ạ ng thi t ế

bị RP có thể lựa ch n được hướng ch tạọ ế o h p lý s đảm b o cho các m u ch tạo ợ ẽ ả ẫ ế

có chất lượng bề mặt đạt yêu c u k thu t, phù h p v i công ngh xửầ ỹ ậ ợ ớ ệ lý m u sau ẫchế tạo cũng như đ áp ứng được yêu c u chức năng làm việc, khả năng ứng dụng củầ a

mẫu Các công thức thực nghiệm về ảnh hưởng của chiều dày lớp và hướng chế tạo

đế độn nhám bề mặt c a m u ch tạủ ẫ ế o b ng phương pháp 3D-Printing không ch ằ ỉminh chứng rõ ràng cho tính đúng đắn c a lý thuyết mà còn có giá trịủ tham khảo, tư vấn cho người sử dụng thi t b 3D-Printing v kh năế ị ề ả ng c a thi t b nh m khai thác ủ ế ị ằ

đầ đủy các tính năng, nâng cao h n hiệơ u qu s dả ử ụng thiết bị này

Một kết quả nghiên cứu khác của luận án có ý nghĩa thực tiễn cao là đã xây

d ng ự được mô hình toán xác định sai số của quá trình, giải quyết 2 bài toán thuận và nghịch của công nghệ tạo khuôn nhanh K t qu này cho phép chúng ta xác định ế ảđược khả năng và ph m vi ng d ng c a công ngh m i này trong l nh v c ch tạo ạ ứ ụ ủ ệ ớ ĩ ự ếkhuôn mẫu - một trong các lĩnh v c ang thu hút nhiềự đ u s quan tâm, đầu tư của các ự

nhà sản xu t kinh doanh trong nước, góp phần nâng cao hiệấ u qu sử dụả ng các thi t ế

bi RP và thúc đẩy khả ă n ng ng dụng RP trong sản xuất chế ạứ t o

4 NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN

Luận án được trình bày trong 5 chương, phần mở đầu, phần kết luận và ph l c Sau ụ ụ

đây là n i dung tóm t t c a các chương: ộ ắ ủ

Chương 1- Tổng quan v công ngh tạề ệ o m u nhanh Chương này tổẫ ng h p các vấn ợ

đề chung nhất c a công ngh tạủ ệ o m u nhanh nh nguyên lý, đặc i m, m t s ẫ ư đ ể ộ ốphương pháp tạo mẫu nhanh thông dụng, độ chính xác của mẫu RP và các ứng dụng của công nghệ này Cuối chương trình bày tóm tắt các nghiên cứu ở nước ngoài đã được công bố về các v n đề nh dữ ệấ ư li u đầu vào c a thi t b RP, độ chính xác hình ủ ế ịhọc bề mặt m u RP, ng d ng RP trong ch tạẫ ứ ụ ế o khuôn m u, tình hình nghiên c u ẫ ứ

ứng d ng công ngh này Vi t nam Ph n k t lu n ch ra các t n t i và hướng ụ ệ ở ệ ầ ế ậ ỉ ồ ạnghiên cứu của luận án

Chương 2 - Cơ sở dữ ệ li u công ngh tạệ o m u nhanh trình bày v định d ng tiêu ẫ ề ạchuẩn của dữ liệu hình học đầu vào của các thiết bị RP – mô hình STL, nguyên lý cắt lát của công nghệ tạo m u nhanh N i dung chương này là cơ sởẫ ộ để th c hi n ự ệcác nghiên cứu trong chương 3 và chương 4

Chương 3 - Phương pháp ứng d ng máy o to độ 3 chi u xây d ng d li u hình ụ đ ạ ề ự ữ ệhọc đầu vào cho các thiết bị tạo m u nhanh Chương này trình bày nghiên cứu về ẫcác kỹ thuật số hoá bề mặ ủt c a CMM, xây d ng thu t toán đểự ậ xác nh bước quét địkhi số hoá bề mặt, các thu t toán nh m xây d ng mô hình STL t dữ ệ đ ểậ ằ ự ừ li u i m s ốhoá Trên cơ ở s các thuật toán này xây dựng ph n m m t o file STL t dữ liệu đ ểầ ề ạ ừ i m

số hoá bề mặt Phần cuối của chương trình bày thí nghiệm kiểm chứng phương pháp

và một số ế k t quả ứ ng dụng đạt được bằng phương pháp này

Chương 4 - Nghiên cứu v độ chính xác hình h c b mặ ủề ọ ề t c a m u ch tạẫ ế o b ng ằcông nghệ tạo m u nhanh N i dung chương này bao gồm 2 phần chính Phần thứ ẫ ộnhất là xây dựng mô hình toán học xác định quan hệ giữa sai số bề ặ ủ m t c a m u RP ẫvới chiều dày lớp, độ cong bề mặ ủt c a mô hình và định hướng ch tạế o Trên c sở ơ

mô hình này phát triển các thuật toán và xây dựng phần mềm xác định sai số của mẫu RP Phần thứ hai là xây dựng quan hệ thực nghiệm độ nhám bề mặ ủt c a m u ẫ

RP chế ạ t o bằng phương pháp 3D-Printing với định hướng chế ạ t o và chiều dày lớp Chương 5 - Nghiên cứ ứu ng d ng công ngh t o mẫu nhanh trong chế ạụ ệ ạ t o khuôn ép nhựa Chương này trình bày những nghiên cứ ứu ng d ng lý thuy t th ng kê xác su t ụ ế ố ấ

để xác nh các nguồđị n sai s trong quá trình tạố o khuôn nhanh, xây d ng mô hình ụtoán học xác định sai số của công ngh tạo khuôn nhanh theo phương pháp gián ệtiếp Một thực nghiêm chế tao bộ khuôn ép nh a theo công nghệ tạo khuôn nhanh ựgián tiếp cũng được trình bày trong chương này Các kết quả thực nghiệm được

đánh giá, so sánh v i k t qu tính toán lý thuy t, t ó rút ra k t lu n và đề xu t ớ ế ả ế ừ đ ế ậ ấhướng nghiên cứu tiếp

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU C A LUỦ ẬN ÁN

Phương pháp nghiên cứu ở đ ây là kết hợp nghiên cứu lý thuyết v i thớ ực nghiệm Sử dụng các công cụ toán học kết hợp với ứng dụng tin học và thực nghiệm kiểm chứng để đưa ra các giải pháp kỹ thuật, tìm ra các quy luật và xây dựng các mô hình tính toán

Các giải thuật được phát triển trên cơ sở mô hình toán đã xây dựng đảm bảo tính

đúng đắn c a các ph n m m Các k t qu th c nghi m và gia công kiểm chứng cho ủ ầ ề ế ả ự ệphép khẳng định độ tin cậy của phương pháp, mô hình lý thuyế đt ã xây dựng Các thực nghiệm được tiến hành với các thiết bị hi n có tệ ại Vi t nam như: máy đo ệtoạ độ 3 chiều Brow &Sharpe 544 (Mỹ) tại phòng thí nghiệm cơ đ ệ i n tử Đ HBK Hà nội, thiết bị tạo mẫu nhanh ZP310 của Trung tâm nghiên cứu các công nghệ đặc biệt (IMI), thiết bị đ o độ nhám Mitutoyo SJ-301 của Trung tâm đo lường quân đội,… Các kết quả thí nghiệm được o đạc và xđ ử lý theo lý thuyết quy hoạch thực nghiệm

và xác suất thống kê

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH 1.1 Các đặc đ ểi m chính của công nghệ ạ t o mẫu nhanh (RP)

Công nghệ tạo mẫu nhanh có thể tổng hợp lại theo sơ đồ sau:

Hình 1.1: Đặc đ ểi m chung của công nghệ ạ t o m u nhanh ẫ

Đầu vào của quá trình RP ( input )

Đầu vào cung cấp thông tin đầy đủ cần thi t cho vi c mô t vậế ệ ả t m u v i d li u ẫ ớ ữ ệ3D Ngu n thông tin ồ đầu vào có thể là: một mô hình CAD thiết kế nhờ máy tính hoặc một vật mẫu thực Mô hình CAD được tạo ra nh hệờ th ng CAD trên máy ốtính có thể là mô hình khối rắn hay mô hình bề mặt D li u 3D c a v t m u th t ữ ệ ủ ậ ẫ ậđược thu thập nhờ kỹ thu t ngược (Reverse Engineering) không h n là chính xác ậ ẳhoàn toàn Kỹ thuật này được thực hiện nhờ các thiết bị đ o ho c số hoá bề mặ ậặ t v t

mẫu như máy đo toạ độ 3 chiều (CMM) các đầu quét (scanner) với sự trợ giúp của các phần mềm RE, CAD để tái tạ ạo l i mô hình CAD c a v t th trong máy tính ủ ậ ể Các phương pháp RP (Method)

Hiện nay trên thế giới có hơn 30 nhà chế tạo (vendors) h th ng RP i m khác ệ ố Đ ểbiệt cơ bản của công nghệ này với các công nghệ truyền thống là vật mẫu được hình thành trên cơ ở ổ s b sung dần vật liệu theo nguyên lý xếp lớp

Vật liệu RP ( Material )

Tuỳ theo phương pháp tạo mẫu nhanh, vật liệu có thể ở các trạng thái: rắn, lỏng hay bột Vật liệ ởu trạng thái rắn có thể là hạt, sợi, và phiến mỏng V t li u tr ng ậ ệ ở ạthái lỏng nh các loại polyme quang hoá,… ư

Những vật liệu phổ ến bao gồm: giấy, nilong, sáp, nhựa, kim loạ bi i, g m,… ố

Ứng d ng RP( Application ) ụ

Các ứng dụng có thể được chia thành các nhóm: Một là thiết kế, hai là phân tích và lập kế hoạch sản xuất, ba là chế tạo công c sảụ n xu t Ph m vi ng d ng c a RP là ấ ạ ứ ụ ủkhá rộng, không bị hạn ch bởế i các ngành ngh , t khoa h c v tr , t động hóa, ề ừ ọ ũ ụ ựhóa sinh, những sản ph m i n tẩ đ ệ ử cho đến các sản phẩm tiêu dùng

Một số đặc đ ểm cơ bản công nghệi tao m u nhanh: ẫ

¾ Chế tạo được nh ng chi ti t ph c t p mà v i nh ng phương pháp gia công ữ ế ứ ạ ớ ữthông thường không thể chế ạ t o được, hoặc khó ch t o ế ạ

¾ Hầu hết quá trình tạo mẫu nhanh cần khoảng vài giờ hoặc vài ngày để tạo mẫu tuỳ thuộc vào kích cỡ và độ phức tạp của mẫu Trong khi đó cũng với những mẫu này nếu chế tạo b ng các phương pháp truy n th ng thì òi h i m t ằ ề ố đ ỏ ộthời gian từ vài tuần đến vài tháng Công nghệ này đáp ng được với tốc độ thay ứđổi nhanh của kinh t th trường toàn c u ế ị ầ

¾ Kích thước của các m u ch t o trên các thi t b tạẫ ế ạ ế ị o m u nhanh còn h n ch ẫ ạ ế

Độ chính xác gia công thấp h n so v i các công ngh gia công c t g t truy n ơ ớ ệ ắ ọ ềthống Vật liệu sử dụng m c dù a d ng song còn h n ch về giá thành, tính ặ đ ạ ạ ế

năng kỹ thuật như độ bền, độ chính xác hình h c b mặọ ề t và các tính n ng s ă ửdụng khác

1.2 Nguyên lý chung và các bước công nghệ chính của quá trình RP

1.2.1 Nguyên lý chung

RP là một quá trình bổ sung dần vật liệu để tạo hình chi ti t gia công Các mô ếhình chi tiết gia công được tạo dựng trên máy tính, được cắt lớp và sau đó các lớp này được xếp gắn kết, lớp này trên lớp khác trong không gian thực Nói chung các qua trình RP đều được thực hiện theo sơ đồ như sau (s 1.2) : ơđồ

Hình 1.2: Nguyên lý chung của quá trình t o m u nhanh ạ ẫ

1.2.2 Các bước công nghệ trong quá trình tạo mẫu nhanh:

1) Mô hình hóa CAD

Đây là bước đầu tiên trong quá trình Rapid Prototyping ( RP & M ), áp dụng cho tất cả các hệ thống khác nhau, có gắn liền với việc tạo ra mô hình 3D của vật thể thiết kế bằng máy tính

Để ạo ra mô hình vật thể thiết kế có hai phương pháp: t

¾ Trực ti p t thi t k mô hình CAD dùng cho thiết kế ừ ế ế ế ớ m i hoàn toàn vật thể

¾ Kỹ thuật ngược: quét và tạo dựng vật thể theo tọa độ mà máy đo tọa độ cung cấp hoặc nhờ các máy quét laser

Hệ thống CAD mô hình hóa Solid thích hợp là một thành phần quan trọng không thể thiếu được trong quá trình này

2) Xuất ra dạng STL

Thông thường một file CAD cần phải chuyển dịch đến b dịộ ch SLS, sau ó máy đtính chuyển dữ liệu CAD đưa vào máy được định dạng STL Biểu diễn STL là một dạng biểu diễn biên các mặt gãy tam giác của mô hình, sử dụng t p các tam giác để ậ

mô tả bề mặt bao kín c a th tích mô hình File STL được hi u ch nh trước khi k t ủ ể ệ ỉ ếxuất sang dạng CLI Quá trình hiệu chỉnh gồm: sửa lỗi, thu phóng tỷ lệ, tách chia, định hướng chế ạ t o

3) Cắt lát ( Slicing )

Cả chi tiết và chân đỡ đều c n ph i cắt lát Chi tiết được cắt lát toán học bằng ầ ảmáy tính thành một chu i các m t c t ngang song song v i nhau Các file CLI ( ỗ ặ ắ ớCommon layer interface ) chứa các thông tin hình học c a các ủ đường bao trong và ngoài của một lát cắt ( dữ liệu 2D ) Cũng như trong bước này cần ph i lựa chọn các ảthông số như chiều dày lớp, kiểu chế tạo d tính, chi u sâu lưự ề u hóa, kho ng cách ảbước quét cần thiết, giá trị bù chiều rộng đường, các hệ ố s bù độ co ngót

4) Hợp nhất ( Merge )

Trong bước này, các chi tiết, các chân đỡ của chi ti t ch tạế ế o c ng nh các chân ũ ư

đỡ được bổ xung thêm ( trong trường hợp nhi u chi tiết cùng được chế tạo đồng ềthời lên cùng một bàn đỡ ), chúng được hợp nh t lại với nhau nhờ máy tính ấ

Có thể phân loại các phương pháp Rapid Prototyping theovậ ệt li u và c s x lý v t ơ ở ử ậliệu như sau (Bảng 1.1)

Bảng 1.1; Phân loại phương pháp tạo mẫu nhanh Vật liệu Cơ sở xử lý Phương pháp

1.3.1 StereoLithography Apparatus (SLA)

Đây là công ngh tạệ o m u nhanh đầu tiên và được s dụẫ ử ng vào cu i nh ng ố ữnăm 1980 Công nghệ này dựa trên nguyên lý cơ bản là sử ụ d ng m t chùm tia Laser ộchiếu vào một bể chất lỏng epoxy cao su cảm quang theo mặt cắt ngang của mẫu

Do hiện tượng polimer hoá dưới tác động của tia laser làm đông cứng l p ch t l ng ớ ấ ỏnày, tạo nên một lớp của v t m u ậ ẫ

Quá trình thực hi n: (xem hình 1.3) ệ

- Quá trình thực hiện hoàn toàn trong môi trường chất lỏng epoxy cảm quang

- M ột chùm tia Laser được chiếu lên bề mặt ch t l ng theo m t c t c a m u và ấ ỏ ặ ắ ủ ẫlàm đông cứng lớp chất lỏng này

- Sau khi đông cứng, lớp này được di chuyển xuống dưới nhờ hệ th ng bàn ốmáy Tia Laser tiếp tục lưu hóa một lớp tiếp theo ngay sát trên lớp này

- Quá trình được thực hiện liên tục cho đến khi hoàn thành mẫu

- V ật mẫu được lấy ra khỏi bể chất lỏng cảm quang, được đưa vào một lò cực tím nhằm kết thúc quá trình hoá rắn

- S ửa mẫu, đánh bóng mẫu

Một số đặc đ ểm chính: i

- Dữ liệu hình học đầu vào tiêu chuẩn: file STL

- Vật liệ : dạng nhựa lỏng polyme quang hoá u

- Kết cấu chân đỡ: bắt buộc phải có đối với các phần của mô hình có kết cấu công xon (không đượ đỡc bên dưới), hoặ ởc các phần có dạng thành mỏng r ng ộ

- Độ chính xác và đặc tính mẫu ch tạo: SLA là phương pháp có độ chính xác ếcao nhất, sai số kích thước mẫu chế tạo kho ng 0.1 % M u ch tạả ẫ ế o dòn, kh ảnăng chịu lực không cao, dẽ bị biến dạng do hiện tượng co ngót của vật liệu

Kết cấu đỡ Mặt chất lỏng

Hình1.3: Sơ đồ công nghệ SLA

1.3.2.Laminated Object Manufacturing (LOM)

Phương pháp này dùng tia laser CO2 cắt các v t li u d ng t m m ng (thường là ậ ệ ạ ấ ỏgiấy) theo đường biên các mặ ắ ủt c t c a m u, sau ó dùng nhi t độ làm nóng ch y ẫ đ ệ ảkeo trên bề ặ m t tấm để dán các mặt c t vắ ới nhau (Hình 1.4)

- Phần vật liệu được cắt bỏ sẽ gắn v i nhau theo l p để t o thành dạng khối do ớ ớ ạvậy sẽ trở thành khối đỡ cho vật mẫu trong quá trình thực hiện tạo mẫu

- Các bước được lặp lại liên tiếp cho đến khi vật m u được hoàn thành ẫ

Hình 1.4: Sơ đồ công nghệ LOM

Một số đặc đ ểi m chính:

- Dữ liệu hình học đầu vào tiêu chuẩn: file STL

- Vật liệ : dạng tấm (lá vật liệu) như: giấy, kim loại, nhựa, sợu i, vật liệu tổ hợp, kính, composite, xenluloza

- Kết cấu chân đỡ thường không cần các kết cấu chân đỡ thiế ế: t k trước

- Độ chính xác và đặc tính mẫu ch tạo: độ chính xác mẫế u ch tạế o kho ng ± ả0.127 mm không bị co ngót, biến dạng

- Chiều dày l p: 0.05 mm - 0.2 mm ớ

1.3.3.Selective Laser Sintering (SLS)

Công nghệ này dựa trên nguyên lý thiêu kết làm nóng chảy vật liệu bộ ằt b ng một chùm tia Laser CO2 (Hình 1.5) Công nghệ này áp dụng đối với hầu hết các vật liệu có tính dẻo nóng

Quá trình thực hiện :

- Vật liệu được đặt trong buồng thiêu kết và được nung nóng đến nhiệt độ thấp

hơn đ ểm nóng chảy của vật liệu i

- Piston của buồng tạo mẫu hạ thấp xu ng, cùng lúc đó piston của buồng cấp ốvật liệu di chuyển đi lên

- Con lăn gạt trải một lớp bột mỏng bằng chiều dày lớp c t lên trên b mặt ắ ềpiston tạo mẫu

- Chùm tia Laser CO2 chiếu lên bề mặ ật v t li u ã được dàn ph ng theo hình ệ đ ẳdạng mặt cắt của mẫu, làm đông cứng vật liệu tạo nên một lớp của vật mẫu

- Các bước được lặp lại liên tiếp cho đến khi vật mẫu được hoàn thành

Hệ thống quét

Hướng quét

Thùng chứaBàn

Thùng chứa Con lăn gạt

Hình 1.5: Sơ đồ công nghệ SLS

Một số đặc đ ểm chính: i

- Dữ liệu hình học đầu vào tiêu chuẩn: file STL

- Vật liệ : rất nhiều loại như các loại nhựa polycarbonate, PVC, ABS, nylon, u

PP, bột kim loại , ceramic,…

- Kết cấu chân đỡ thường không cần các kết cấu chân đỡ thiế ế: t k trước

- Độ chính xác và đặc tính mẫu ch t o: độ chính xác mẫu chế tạo khoảng từ ế ạ

± 0.127 mm đến ±0,381 mm đối với các chi tiết có đường kính 305 mm, chiều cao 381 mm, bị co ngót, biến dạng

- Chiều dày l p: 0.076 mm- 0.5 mm ớ

1.3.4 Fused Deposition Modeling (FDM)

Trong công nghệ này vật liệu dướ ạng chảy dẻo được đùn ra từ một đầu ép i dphun iđ ều khiển CNC để tạo nên một m t c t c a m u ặ ắ ủ ẫ

Quá trình thực hi n (Xem hình 1.6): ệ

- V ật liệu tạo mẫu dưới dạng sợi đượ đưc a vào trong u i u khi n Cùng th i đầ đ ề ể ờ

đ ể đi m ó v t li u được nung đến tr ng thái ch y d o và được đùn ra khỏi đầu phun ậ ệ ạ ả ẻ

- V ật liệu tạo mẫu bị ép đùn ra khỏi đầu phun, được miết theo 2 chiều và sau khi

đông c ng s t o nên m t m t c t củứ ẽ ạ ộ ặ ắ a m u ẫ

- M ặt bàn làm việc hạ xuống thấp bằng một lần chiều dày c a l p m t c t để đầu ủ ớ ặ ắphun tiếp tục tạo nên một lớp mặt cắt tiếp theo và quá trình được lặ ạp l i cho đến l p ớcuối cùng Đầu phun nhựa chuyển động theo 2

hướng X, Y

Vòi phun nguyên liệu

C c ơ ấu Tấm đỡ

Bàn máy chuyển đ

Cuộn vật liệu chính

Một số đặc đ ểi m chính:

Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ FDM

- Dữ liệu hình học đầu vào tiêu chuẩn: file STL

- Vật liệ : dạng sợi gồm nhiều loại như các loại nhựa nylon, nhựa đ ều i n sáp,

- Kết cấu chân đỡ: thường không cần thiết Tuy nhiên để giảm bi n dạế ng c a m u ủ ẫchế tạo đối với các phần công xon của mô hình nên có kết cấu chân đỡ

- Độ chính xác và đặc tính mẫu ch t o: độ chính xác mẫu chế ạế ạ t o khoảng từ ± 0.127 mm Các mẫu có độ co ngót lớn nh t khoảng 1,2% ấ

- Chiều dày l p: 0.025 mm- 1.27 mm ớ

1.3.5 3D- Printing (3DP)

Công nghệ 3D Printing làm việc theo nguyên lý máy in Công nghệ 3D Printing sử dụng v t li u d ng b t để ch tạậ ệ ạ ộ ế o m u, song i m đặc bi t c a công ẫ đ ể ệ ủnghệ này là không dùng nguồn nhiệt để tạo biến đổi hoá lý ho c nung ch y v t li u ặ ả ậ ệnhư trong các công nghệ nêu trên mà sử dụng m t lo i keo k t dính phun lên l p ộ ạ ế ớbột để tạo sự kết dính giữa các hạt bột và giữa các lớp với nhau

Quá trình thực hi n (Xem hình 1.7) ệ

- Thùng chứa liệu nâng lên để con lăn gạt một lượng bột vừa đủ lên trên mặt bàn thao tác đồng thời ép lớp bột đến một mật độ nhất định Chiều dày lớp bột bằng chiều dày lớp cắt đã xác định trước

- Đầu phun nhiều vòi phun sẽ phun keo lỏng lên lớp bột theo đúng hình d ng ạmặt cắt của lớp Keo này sẽ kết dính các hạt bột với nhau tạo ra lớp đầu tiên

- Bàn thao tác hạ xuống một khoảng đúng bằng chiều dày lớp cắt

- Thùng liệu lại nâng lên và con lăn sẽ gạt và ép ch t m t l p v t li u m i lên ặ ộ ớ ậ ệ ớtrên lớp vừa được tạo thành

- Đầu phun phun keo dính theo hình dạng m t c t ti p theo để tạặ ắ ế o s kết dính ựcác hạt bột, đồng thời kết dính giữ ớp trước và lớp hi n ta l ệ ại

- Quá trình thực hiện với các bước kế tiếp nhau như trên cho đến khi mẫu được tạo ra hoàn chỉnh

- M ẫu lấy ra khỏi bàn máy và làm sạch Có thể đưa vào lò sấy để sấy khô thêm

Do mật độ của m u th p (gi a các h t b t v n có độ rỗẫ ấ ữ ạ ộ ẫ ng), khi c n có th i n ầ ể đ ềđầy các lỗ ỗ r ng b ng keo epoxy ho c các lo i keo khác ằ ặ ạ

Một số đặc đ ểi m chính:

- Dữ liệu hình học đầu vào tiêu chuẩn: file STL

- Vật liệ : có dạng bột oxyt nhôm, bột ceramic Al-Si…Chất kết dính dạng keo ucac bit si lic (SiC) hay vô định hình

- Kết cấu chân đỡ không cần các kết cấu chân đỡ :

- Độ chính xác mẫu ch t o: khoảng ± 0.127 mm ế ạ

- Chiều dày l p: 0,088 mm- 0,25 mm ớ

B uíc trung gian In líp cuèi cïng M Éu hoµn chØnh

Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ 3D Printing 1.4 Độ chính xác và các nguồn gây sai số ả nh hưởng đến mẫu ch tạo RP ế

Độ chính xác hình học bao g m c độ chính xác kích thước, hình h c v mô và ồ ả ọ ĩ

vi mô của bề mặt là m t ch tiêu quan tr ng c a s n ph m Độ chính xác là m t ộ ỉ ọ ủ ả ẩ ộtrong những h n chế củạ a các công ngh t o mẫu nhanh chưa thể khắc phục ngay do ệ ạnhiều yếu tố Độ chính xác kích thước và độ bóng b mặ ủề t c a chi ti t ch tạo theo ế ếcác công nghệ tạo m u nhanh ch a th so sánh được v i độ chính xác gia công chi ẫ ư ể ớtiết theo phương pháp cắt gọt Nh trên đã nói, do đặc đ ểư i m của phương pháp đắp lớp, trên bề mặt các chi ti t được t o ra theo công ngh tạế ạ ệ o m u nhanh có các vết ẫ

dạng bậc thang ảnh hưởng đến độ bóng bề mặ ủ ảt c a s n ph m Các chi ti t được ch ẩ ế ếtạo từ vật li u b t có độ bóng b mặệ ộ ề t th p Độ bóng b mặấ ề t có th đạt được b ng ể ằcách sử dụng các phương pháp ánh bóng khác nhau, song i u ó l i òi h i chi đ đ ề đ ạ đ ỏphí thời gian lớn Độ bóng b mặ ủề t c a các chi ti t gia công theo công ngh tạế ệ o m u ẫnhanh (2.5 – 15 μm) thấp hơn khoảng 3 dến 5 l n so với các chi tiết gia công theo ầphương pháp cắt gọt (0.5 – 5 μm), còn độ chính xác thấp hơn khoảng 5 đến 10 l n ầ(0.125 - 0.75 μm so với 0.0125 – 0.125 μm)

1.4.1 Sai số trong quá trình thi t k (l y m u) ế ế ấ ẫ

Hình 1.8: Sai lệch giữa đường c s và ơ ởđường đặc tính

Trong quá trình thiết kế mẫu có ng ứ

dụng công nghệ ngược (reverse

engineering), việc lấy mẫu t mộừ t chi ti t ế

có sẵn và dựng l i mẫu trên phần mềm ạ

CAD cũng là một trong những y u tố gây ế

nên sai số hình học Đặc đ ểi m của công

nghệ này là sử dụng các d li u i m o ữ ệ đ ể đ

trên máy đo hoặc dữ liệu quét trên máy

quét hoặc các dữ liệu 2 chiều chụp trên

máy chụp cắt lớp CT Do vậy sai số trong

công đ ạo n lấy dữ liệu trên các các thiết bị

đo nói trên s nh hưởng đến kích thước ẽ ả

hình học c a vủ ật mẫu ngay khi còn trong

quá trình thiết kế dưới dạng các d li u s củữ ệ ố a file CAD Vì v y khi t o nên m u ậ ạ ẫthật trên thiết bị tạo m u nhanh thì sai số hình học là không tránh khỏi Để khắc ẫphục, người thiết kế phải sửa trực tiếp mô hình CAD để có được một mẫu gần giống với mẫu thật Kết quả sẽ tạo được mẫu với sai số trong phạm vi cho phép

Phương pháp sửa mẫu trong tệp thiết kế CAD là sửa các đường đặc tính tạo nên mẫu Các đường cong cơ sở ủ c a m u được d ng trên c sởẫ ự ơ các i m d li u ã đ ể ữ ệ đđược lọc Các đường c tính được dựđặ ng l i d a trên các đường cong c sởạ ự ơ nh ng ư

đã được làm tr n trên m t c t theo nguyên tắc đường Spline hoặc đường NURBS, ơ ặ ắ

do vậy chính phương pháp tạo đường này s làm cho đường ẽ đặc tính không thểtrùng khớp với các đường cong cơ ở s gây ra sai số hình học (Hình 1.8)

Hơn nữa khi dựng các mặt cong từ các đường đặc tính, các bề mặt được làm trơn một lần nữa, tức là đã làm thay đổi các tham số kiểm soát như tiếp tuyến tiếp xúc tại đường đặc tính hoặc một số đ ể i m kiểm soát (Control Points) Đây cũng là nguyên nhân gây ra sai số hình h c b m t 3 chi u c a m u 3D ọ ề ặ ề ủ ẫ

1.4.2 Sai số khi chuy n sang định dạng STL ể

Định dạng STL là ki u định d ng ghép vô s các m t ph ng tam giác một ể ạ ố ặ ẳcách liên tục, giống như cấu t o b mặ ủạ ề t c a “tinh th kim cương” Trong trường ểhợp vật mẫu có bề mặt cong thì ki u định d ng này s khiếể ạ ẽ n cho b mặề t v t m u ậ ẫkhông thể đạ đượt c đến m t cong hoàn hảặ o vì các t p STL dùng các thành phần ệdạng 2 chiều tạo nên độ nhám bề mặt nên không đạt đươc độ nh n b mặẵ ề t cao nh ưcác phương pháp gia công chính xác khác, hay nói cách khác là đ ề đ ải u ó nh hưởng đến độ chính xác hình học c a v t m u trong t o mẫủ ậ ẫ ạ u nhanh Kho ng cách gi a ả ữmặt cong của mô hình và mặt tam giác chắn mặt cong ó (ký hi u là f) là m t đ ệ ộthông số cho phép xác định sai số khi chuyển đổi Khi thông s f càng nhỏ ốố , s lượng tam giác càng lớn, sai số giữa tệp định dạng STL với bề mặ ật v t m u càng ẫnhỏ Vì vậy có thể khắc phục dạng sai số này bằng cách tăng s lượng các mặt ốphẳng tam giác lên, tức là giảm giá trị f để đạt được một mặt cong gần đến m t ặcong hoàn hảo, nhưng i u này sẽ ạđ ề t o nên một

Hình 1.9: Sai số khi chuyển đổi sang định dạ g STL n

tệp lớn hơn Với một tệp quá lớn s làm ẽ

tăng thời gian và phức tạp hoá quá trình tạo

mẫu Do vậy người thiết kế cần ph i cân đối ả

giữa độ chính xác mẫu và khả năng qu n lý ả

tệp để tạo ra một tệp STL phù hợp

1.4.3 Sai số do đặc tính không đẳng h ng ướ

Độ không đẳng hướng xuất hi n do s biến đổi theo toạ độ từ đ ểệ ự i m này đến

đ ểi m khác trong công ngh tạệ o m u nhanh Đặc tính này tạẫ o nên sai s khác nhau ốtheo các trục X, Y, Z Để khắc phục hiệ ượng này trong mỗi công nghệ tạn t o m u ẫnhanh người ta xác định mức không đẳng hướđộ ng và đưa ra các hệ số bù để mẫu sau khi chế ạ t o có kích thước như yêu cầu

Tạo nên sự đẳng hướng rất quan trọng vì một số lý do sau đây: thứ nhất, các đặc tính củ ạa t o mẫu nhanh thay đổi theo toạ độ i m này đến đ ểđ ể i m khác, thí dụ thường độ chính xác theo trục Z không đạt dược như trên trục X và Y Hơn nữa,

việc xác định độ đẳng hướng theo nhiều trục dẫ đến việc tăng thời gian tạo mẫu n

Do vậy, đặt mẫu với kích thước nhỏ nhất theo phương Z sẽ giảm được th i gian t o ờ ạ

mẫu Phần mềm cắ ớt l p các t p STL c t m u thành các lớệ ắ ẫ p có chi u dày t 0,01 mm ề ừđến 0,7 mm, tuỳ thuộc vào công nghệ áp dụng Phần mềm cũng có thể tạo ra các

cấu trúc phụ trợ để đỡ mẫu khi chế tạo

1.4.4 Sai số do nguyên lý c t lát ắ

Hình 1.10: Hiện tượng b c thang ậ

Đây là sai s do b n ch t công ngh ố ả ấ ệ

gây nên Nguyên lý chung của tất cả các

quá trình công nghệ tạo m u nhanh là t o ẫ ạ

nên các lớp mỏng d ng 2D chồng lên nhau ạ

liên tục để tạo thành m u được g i là ẫ ọ

nguyên lý tạo lớp Chính nguyên lý tạo lớp

gây nên “hiện tượng bậc thang” là nguyên nhân gây nên sai số hình học cho mọi công nghệ tạo m u nhanh Hình 1.10 là mộẫ t minh ho cụạ th vềể hi u ng t o b c ệ ứ ạ ậtheo nguyên lý tạo l p cớ ủa công nghệ tạo m u nhanh Các l p t o nên vật mẫu là ẫ ớ ạcác lớp vật liệu dạng 2D do vậ ạy t o nên hiện tượng “bậc thang” trên bề ặ m t của vật mẫu Vì vậy bề mặ ật v t m u không đạẫ t được nh n, đồng th i gây nên sai s về độ ẵ ờ ốkích thước hình học Chỉ có thể khắc phục hiện tượng này bằng cách tạo nên các lớp

có chiều dày nhỏ nhất có thể Nhưng i u ó phụ thuộđ ề đ c vào rất nhiều y u tế ố như phần mềm cắt lớp, đặc tính vật liệu, đặc tính thiết bị… H n nữa, nếu giảm chiều ơdày lớp sẽ làm tăng số lượng l p, t c là t ng th i gian ch t o trên thi t b RP ớ ứ ă ờ ế ạ ế ị1.4.5 Sai số trong quá trình ch t o ế ạ

Những y u tố ảế nh hưởng đến độ chính xác hình học đưa ra ở trên là những

yếu tố ảnh hưởng iđ ển hình đối với mọi công nghệ tạo m u nhanh V i m i công ẫ ớ ỗnghệ tạo m u nhanh c th , sai s hình h c c a v t m u còn ph thu c vào nhi u ẫ ụ ể ố ọ ủ ậ ẫ ụ ộ ềyếu tố khác với những đặc trưng riêng của mỗi công nghệ như vậ ệt li u, ngu n n ng ồ ă

lượng, … cũng như những đặc tính về thiết bị của m i công ngh được coi là sai s ỗ ệ ốtrong quá trình chế ạ t o

Vật liệ : u

Các công nghệ RP được thực hiện theo 3 nhóm vật liệu:

Vật liệu dạng chất lỏng cho phép tạo mẫu có độ chính xác cao nhất do đặc tính của

chất lỏng có thể tạo được các lớp có chiều dày rất nhỏ Độ chính xác của vật mẫu có

thể đạ được +/- 0,01mm Tuy nhiên những công nghệ dùng loại vật liệu này đòi hỏi t thiết bị khá phức tạp và đắt tiền

- Vật liệu thể rắn dùng cho các công ngh tạệ o m u nhanh là các lo i v t li u t m ẫ ạ ậ ệ ấmỏng (thường là giấy) và dạng sợi, chiều dày các lớp là chiều dày của vật liệu sử dụng tạo nên do vậy độ chính xác một phần phụ thuộc vào vật liệu sử dụng và không thể ạ t o được các lớp có chiều dày nhỏ ơ h n chiều dày vật liệu

- Vật liệu d ng bạ ột: Độ chính xác của v t m u s dụậ ẫ ử ng v t li u d ng b t s ch u ậ ệ ạ ộ ẽ ị

ảnh hưởng c a độ hạ ủủ t c a b t Nh vậộ ư y v t li u này c ng không thể cho phép chế ậ ệ ũtạo vật mẫu có độ chính xác cao như khi sử dụng vật liệu dạng chất lỏng

Nguồn năng lượng:

Các nguồn năng lượng được sử dụng trong m t s công ngh tạộ ố ệ o m u nhanh ẫ

là laser hoặc nhiệt Các công nghệ sử dụng ngu n laser thường cho v t m u có độ ồ ậ ẫchính xác cao Với phương pháp sử dụng ngu n n ng lượng nhi t v t m u b cong ồ ă ệ ậ ẫ ịvênh do tác dụng của nhiệt độ

1.4 6 Sai số sau khi x lý m u ử ẫ

Mẫu sau khi được chế tạo trên thi t b ế ị

tạo mẫu nhanh phải trải qua một giai đ ạn o

hoàn thiện Giai đ ạo n này ảnh hưởng r t lớn ấ

đến độ chính xác hình học c a m u Các k ủ ẫ ỹ

thuật xử lý mẫu tuỳ theo công nghệ tạo m u ẫ

nhanh, bao gồm:

- Làm sạch vật liệu thừa còn bám trên

mẫu Sau khi chế tạo, trên các b mặề t m u ẫ

còn bám vật liệu thừa làm tăng kích thước mẫu Việc làm sạch vậ ệu thừ đt li a ôi khi

có thể làm ảnh hưởng đến kích thước hình học c a mủ ẫu do lấ đy i luợng vật liệu nhiều hơn lượng vậ ệt li u th a bám trên b m t m u làm gi m kích th c mẫu ừ ề ặ ẫ ả ướ

BÒ mÆt sau khi t¹o mÉu BÒ mÆt sau khi xö lý

Hình 1.11: Sự thay đổi kích thước mẫu sau khi đánh bóng bề mặt

- Hoá cứng hoặc thiêu kết sau chế tạo Quá trình này khác nhau tu theo m i ỳ ỗcông nghệ tạo m u nhanh bao g m th m th u ch t t ng c ng làm i n đầy các l ẫ ồ ẩ ấ ấ ă ứ đ ề ỗ

hổng trong cấu trúc mẫu (công nghệ 3D printing) hoặc hoàn thiện quá trình polimer hoá trong lò cực tím (Công nghệ SLA), thiêu k t (công nghệ SLS) Các quá trình ếnày gây nên những sự biến đổi hoá lý trong vật mẫu gây nên nh ng sai s cho m u ữ ố ẫ

- Gia công và đánh bóng mẫu: Do bề mặ ủt c a v t m u ch tạậ ẫ ế o trong công ngh ệtạo mẫu nhanh thường thấp h n so vơ ới các công ngh gia công c t g t, đặc bi t là ệ ắ ọ ệcác công nghệ tạo m u nhanh có s dụẫ ử ng v t li u b t (SLS, 3D Printing) ho c th ậ ệ ộ ặ ểrắn (LOM, FDM) Hình 1.11 mô tả sự thay đổi kích thước c a m u sau khi ánh ủ ẫ đbóng bề ặ m t mẫu

1.5 Ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong sản xuất, chế ạ t o

Các mẫu RP có thể được sử dụng để nghiên c u kh năứ ả ng ch tạế o m t s n ph m ộ ả ẩnào đó Nhờ có các mẫu thực ngay trong giai đ ạo n đầu của thiết kế, ta có thể đẩy nhanh tốc độ lập k ho ch công ngh cũế ạ ệ ng nh thi t k dụư ế ế ng c H n n a, nh có ụ ơ ữ ờcác mẫu thực mô tả hình học chính xác có thể giảm tố đi a các nhầm lẫn trong quá trình chế tạo RP c ng cho phép chế ạũ t o được những chi tiết phức tạp mà với những

phương pháp gia công thông thường không chế tạ được, hoặo c khó ch t o ế ạ

Một ứng dụng quan trọng của RP trong kỹ thu t c khí là ch t o các khuôn m u, ậ ơ ế ạ ẫcác lõi thao đúc Trên c sởơ phát tri n các ng d ng c a RP trong s n xu t ch tạo ể ứ ụ ủ ả ấ ếcác khuôn mẫu, dụng cụ, một công nghệ mới ra đời: Công ngh tạệ o khuôn m u ẫnhanh – Rapid Tooling (RT) RT có các uu đ ểi m so với công nghệ ạ t o khuôn truyền thống (khuôn kim loại ) ở chỗ thời gian và chi phí tạo khuôn th p hấ ơn nhiều lần Tùy thuộc vào kích cỡ và độ phức tạp của khuôn mà thời gian có thể chỉ mất dưới 1/5 và chi phí có thể dưới 5% chi phí tạo khuôn theo phương pháp thông th ng ườTuy nhiên RT cũng có các nhược đ ểi m như: độ bền, độ chính xác, tu i th của ổ ọkhuôn thấp hơn khá nhiều so với khuôn thông thường RT mới được nghiên cứu phát triển trên thế giới trong những n m gầ đă n ây, chủ yếu để ch tạo các khuôn có ếtuổi thọ thấp (vài ch c đến vài trăm sản phẩm), các khuôn chế tạụ o s n ph m không ả ẩ

có yêu cầu độ chính xác cao Có th phân loại RT thành 2 nhóm chính : tạo khuôn ểnhanh trực tiếp và tạo khuôn nhanh gián tiếp Tạo khuôn nhanh trực tiếp là một quá trình chế ạ t o khuôn (dụng cụ) trực tiếp từ các file dữ liệu CAD với một chuỗi các

nguyên công là ít nhất Tạo khuôn nhanh gián tiếp là sử dụng các m u ã có s n, ẫ đ ẵmẫu được chế tạo b ng RP hay b ng m t công ngh nào ó để làm m u t o lòng ằ ằ ộ ệ đ ẫ ạkhuôn.Trong mỗi nhóm này lại có nhiều phương pháp RT khác nhau

1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về công ngh t o m u nhanh ệ ạ ẫ

1.6.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.6.1.1 Giới thiệu

Các nghiên cứu về RP trên thế giới có thể chia thành 3 nhóm chính như sau:

Nhóm các nghiên cưú v công ngh củề ệ a quá trình s n xu t ch tạả ấ ế o theo ki u x p ể ếlớp gồm có: Mô hình hoá và tố ưi u quá trình, phát tri n quá trình, tố ưể i u hoá vật liệu, phát triển vật liệu…

Nhóm các nghiên cưú v d li u, công ngh thông tin g m có: Trao đổi d li u ề ữ ệ ệ ồ ữ ệgiữa các gói phần mềm CAD và thiết bị RP, đo kiểm tra kiểm soát chất lượng sản phẩm, kỹ thuật ngược (RE)…

Nhóm các nghiên cứu v qu n lý, ng d ng công ngh gồề ả ứ ụ ệ m có: phát tri n các ểthư viện dữ liệu với việc mô tả các nguyên lý và thuộc tính của các quá trình RP ã đ

có để tạo ra các mô hình th c; tích h p RP v i quá trình phát tri n s n ph m; ánh ự ợ ớ ể ả ẩ đgiá về giá thành, hiệu quả ử ụ s d ng RP trong quá trình phát triển sản ph m ẩ

Dưới đây là tóm tắt một số công trình nghiên cứu gần đây trên thế giới:

+ Xây dựng mô hình ảo c a v t th từ ệ ốủ ậ ể h th ng s hoá b ng các vùng nh, đăng ký ố ằ ảnhanh tập dữ liệu 3D số hoá với hình học bề mặ ật v t th [34] – Lu n án ti n s của ể ậ ế ỹtác giả M Timothée Jost (2002) thực hiện tại UNIVERSITE DE NEUCHATEL + Nghiên cứu các thuật toán hình h c và biểọ u di n dữ liệu cho sảễ n xu t các kh i r n ấ ố ắ

có bề mặt cong t do [49] - lu n v n ti n s củự ậ ă ế ỹ a tác gi Sara Anne McMains th c ả ựhiện tại trường đại học CALIFORNIA, BERKELEY, công bố năm 2000 Trong luận văn này tác giả đã nghiên cứu phát triển một định dạng dữ liệu mới SIF (Solid Interchange Format) dùng làm định d ng dạ ữ liệu đầu vào cho các thi t bị tạế o m u ẫnhanh Định dạng này cho phép khắc phục những nhược đ ểi m củ định dạng STL a như thông tin dư thừa, các lỗi kết nối,…

+ Phát triển một phương pháp cắt lát mới để c i thi n ch t lượng ch t o s n phẩm ả ệ ấ ế ạ ả

theo kiểu t o lạ ớp [22] – Lu n văn tiến sỹ củậ a tác gi Pieter Joost DE JAGER th c ả ựhiện tại Delft University of Technology (1998) Trong luận văn này tác giả đ ã đưa

ra giải pháp trong quá trình RP tạo ra các lớp với bề ặ m t biên là các bề ặ ẻ m t k Nh ưvậy sẽ giảm được hiệu ứng bậc thang,dẫn đến làm giảm độ nhấp nhô, nâng cao độ bóng bề ặ m t mẫu chế tạo Gi i pháp này cho phép có thể chế tạả o m u v i các l p có ẫ ớ ớchiều dày lớn, d n đến giảẫ m s l p mà v n đảm bảố ớ ẫ o ch t lượng b m t ấ ề ặ

+ Các kỹ thuật tính toán có thể ứ ng d ng cho chế tạụ o v t th hình d ng t do ậ ể ạ ự(Freeform) với hướng chế tạo ti p tuy n [82] – Luận văn tiến sỹ củế ế a tác gi YONG ảZHENG thực hi n t i CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY (1997) Luận ệ ạvăn này cũng trình bày hướng tiếp cận xây dựng các lớp với bề mặt biên là các m t ặ

kẻ, thuật toán xây dựng các b mặề t k từẻ các con tua c t lát k ti p và phát tri n ắ ế ế ểđịnh dạng file LFF cho phép mô tả kh i r n b ng các l p v i các m t biên là các ố ắ ằ ớ ớ ặmặt kẻ Các thực nghiệm được tiến hành trên hệ thống CAM-LEM (Computer-Aided Manufacturing of Laminated Engineering Materials cho phép tạo ra các mẫu chế tạo với các lớp có mặt biên là các mặt kẻ

+ Chế ạ t o các chi tiết ceramic bằng phương pháp SDM [20] – Luận văn tiến sỹ của tác giả Alexander G Cooper thực hiện tại STANFORD UNIVERSITY công bố năm 1999 Luận văn đề cập đến m t phương pháp ch tạộ ế o m u theo ki u lắng đọng ẫ ểvật liệu (Shape Deposition Manufacturing) Qúa trình này là sự kế ợt h p c a 2 quá ủtrình: quá trình chế tạo b sung d n v t li u theo ki u x p l p (công ngh tao mẫu ổ ầ ậ ệ ể ế ớ ệnhanh) và quá trình gia công lấ đy i v t li u th a (công ngh phay CNC) Phương ậ ệ ừ ệpháp này phát triển trên cơ sở công ngh RP cho phép h n ch các nhược i m c a ệ ạ ế đ ể ủcông nghệ ạ t o mẫu nhanh, ch t o ra các m u có chất lượng bề mặế ạ ẫ t cao h n và nâng ơcao được tính đa dạng về vật liệu

+ Đăng nhập đám mây đ ểi m thích hợp nh t với bề mặ ậấ t v t th [45] trình bày trong ểbáo cáo khoa học của các tác giả Z Li, M Graham and D Robinson đăng trong tạp chí GE Global Research (2002)

+ Xây dựng m t quy trình tạo khuôn nhanh bằng phương pháp tạo khuôn nhanh ộlinh hoạt kép cấp nhựa (Resin infusion double flexible tooling) [43] - Luận văn thạc