ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ NGHIÊN CỨU MÁY IN 3D COREXY

Hồ Chí Minh 1.1 Tổng quan về công nghệ in 3D Trước tiên, hiểu một cách đơn giản thì công nghệ in 3D là một quá trình sảnxuất các chất liệu nhựa, kim loại hay bất kỳ thứ gì khác theo phươ

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng chúng tôi,các kết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án là trung thực, khách quan vàchưa từng dùng để bảo vệ cho bất kỳ đồ án môn học nào

Chúng tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án đã đượccám ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án này đều được chỉ rõ nguồn gốc

TP Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 7 năm 2021

Tác giả đồ án

LỜI CẢM ƠNChúng em xin gửi lời cảm ơn trân thành tới trường Đại học Công nghệ Thànhphố Hồ Chí Minh, viện Kỹ thuật cùng toàn thể các thầy, cô giáo đã tận tình dạy dỗ,giúp đỡ chúng em trong thời suốt quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệThành phố Hồ Chí Minh Xin cảm ơn các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy em cũngnhư thầy cô đã gián tiếp giúp đỡ em trong quá trình tìm kiếm tài liệu cho việc thựchiện đồ án tốt nghiệp này.

Đặc biệt em xin trân trọng cảm ơn thầy … – Người đã tận tình hướng dẫn, cungcấp tài liệu và truyền đạt nhiều ý kiến thiết thực trong suốt quá trình thực hiện đồ

án Những kinh nghiệm quý báu mà thầy truyền đạt sẽ là hành trang vững chắc giúpchúng em tự tin hơn trong nghề nghiệp sau này

Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ chúng em vượt quakhó khăn trong suốt thời gian vừa qua để chúng em có thể hoàn thành nhiệm vụ họctập cũng như đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng với kiến thức còn hạn hẹp và thời gian tiếpxúc với thực tế chưa nhiều, vì vậy bài báo cáo đồ án của chúng em không thể tránhkhỏi nhiều thiếu sót Chúng em rất mong có được những ý kiến đóng góp chânthành của các thầy cô và các bạn để cho kiến thức trong cuốn báo cáo này đượchoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 7 năm 2021

Nhóm đồ án

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC…… III DANH MỤC HÌNH ẢNH V

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 3

1.1 Tổng quan về công nghệ in 3D 3

1.1.1 Những đặc điểm cần quan tâm về công nghệ in 3D 3

1.1.2 Một số công nghệ in 3D hiện có 8

1.1.3 Ứng dụng in 3D trong các lĩnh vực khác nhau 14

1.2 Tình hình thực tế phát triển công nghệ in 3D ở trong và ngoài nước 17

1.2.1 Trên thế giới 17

1.2.2 Tại Việt Nam 22

1.3 Kết luận chương 1 22

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống máy in 3D Corexy 23

2.2 Sơ đồ cấu trúc máy in 3D 23

2.3 Các thiết bị phần cứng sử dụng 25

2.3.1 Động cơ bước 25

2.3.2 Truyền động vít me – đai ốc bi 29

2.3.3 Thanh trượt dẫn hướng 30

2.3.4 Màn hình LCD text 2004 31

2.4 Phương án thiết kế 32

2.5 Kết luận chương 2 33

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY IN 3D 34

3.1 Quy trình xây dựng máy in 3D 34

3.2 Thiết kế, lựa chọn phần cơ khí 34

3.2.1 Thiết kế khung máy 34

3.2.2 Thiết kế cụm cơ khí trục Z 35

3.2.3 Thiết kế, tính toán sống trượt dẫn hướng 44

3.2.4 Lựa chọn bàn nhiệt 45

3.2.5 Thiết kế và gia công các chi tiết 47

3.2.6 Bộ phận đùn nhựa 48

3.3 Tính toán thiết kế phần điện 51

3.3.1 Khối nguồn 52

3.3.2 Phần điều khiển 53

3.4 Hệ thống phần mềm điều khiển máy in 3D 56

3.4.1 Phần mềm điều khiển 56

3.4.2 Các kiểu chạy nhựa 57

3.4.3 Thiết lập Firmware 58

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH MỤC HÌNH Ả

Hình 1 1 In 3D theo xếp chồng các lớp [1] 3

Hình 1 2 Máy in công nghệ FDM – CFF Markforged X7 8

Hình 1 3 Máy in 3d sử dụng công nghệ SLA 9

Hình 1 4 Máy in 3d sử dụng công nghệ DLP 10

Hình 1 5 Máy in 3d sử dụng công nghệ SLS 11

Hình 1 6 Sản phẩm từ công nghệ in EBM và LOM 12

Hình 1 7 Đôi giày được sản xuất từ máy in 3D [2] 14

Hình 1 8 Một khớp háng nhân tạo được tạo ra bằng máy in 3D [2] 15

Hình 1 9 Một cánh quạt phức tạp được tạo ra từ máy in 3D [2] 15

Hình 1 10 Bánh kẹo được tạo ra bằng công nghệ in 3D [2] 16

Hình 1 11 Ngôi nhà từ công nghệ in 3D [2] 17

Hình 1 12 Mink và chủ nhân Grace Choi [3] 18

Hình 1 13 Hóa thạch xương khủng long [3] 18

Hình 1 14 Súng ngắn [3] 19

Hình 1 15 Đồ trang sức [3] 19

Hình 1 16 Bánh pizza [3] 20

Hình 1 17 Đàn guitar [3] 20

Hình 1 18 Thịt nhân tạo [3] 21

Hình 1 19 Đôi giày từ in 3D [3] 21

Y Hình 2 1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của máy in 3D 24

Hình 2 2 Động cơ bước [4] 25

Hình 2 3 Cơ cấu vít me đai ốc bi [5] 29

Hình 2 4 Thanh trượt dẫn hướng 30

Hình 2 5 Màn hình LCD 2004 31

Hình 3 1 Quy trình chế tạo máy in 3D theo công nghệ FDM 33

Hình 3 2 Nhôm định hình 20x20 34

Hình 3 3 Sơ đồ khối trục Z 35

Hình 3 4 Thông số vít me – đai ốc bi 37

Hình 3 5 Thông số tính toán động cơ 39

Hình 3 6 Thông số tính toán động cơ 39

Hình 3 7 Kết quả tính toán động cơ 40

Hình 3 8 Động cơ bước 42H47HM – 0504A – 18 [6] 41

Hình 3 9 Khớp nối 42

Hình 3 10 Bàn in nhiệt nhôm MK3 45

Hình 3 11 Bộ tời nhựa 47

Hình 3 12 Sợi nhựa 48

Hình 3 13 Sơ đồ khối hệ thống điện 50

Hình 3 14 Sơ đồ nối dây mạch điện của máy in 3D 51

Hình 3 15 Nguồn tổ ong 51

Hình 3 16 Sơ đồ khối các linh kiện điện tử 52

Hình 3 17 Board arduino mega 2560 53

Hình 3 18 Board RAMPS 54

Hình 3 19 Driver A4988 54

Hình 3 20 Giao diện phần mềm Pronterface 55

Hình 3 21 Giao diện phần mềm slic3r 56

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Với sự phát triển không ngừng của khoa học, công nghệ để thích ứng với nhucầu và đời sống của con người, đặc biệt là xu hướng ngày nay con người ta đanghướng đến những sản phẩm vừa hiện đại, thông minh, tiện nghi vừa được sản xuấtmột cách đơn giản, nhanh chóng và tiết kiệm Nhắc đến đây không thể không kểđến công nghệ in 3D, một công nghệ không phải là mới, nó đã có tuổi đời hơn bathập kỷ, xuất hiện lần đầu vào năm 1980 được đề xuất bởi tiến sĩ Kodama, tuy nhiênphải từ năm 2009 trở lại đây thì công nghệ này mới thực sự trở nên phổ biến vàđược nhiều người biết đến hơn Có tin được không khi ta có thể tạo ra bất kì sảnphẩm thực nào bằng nhiều loại vật liệu khác nhau chỉ từ một hình vẽ, cứ như mộtphép màu vậy nhưng in 3D làm được điều đó So với các quy trình sản xuất truyềnthống thì in 3D được tóm gọn trong bao từ “Tạo mẫu nhanh”

Nguyên nhân chính của việc in 3D chưa thực sự được ứng dụng rộng rãi vàphổ biến mặc dù nó có thể sản xuất ra một sản phẩm, chi tiết một cách thần kì là bởichi phí sản xuất sản phẩm của nó còn tương đối cao Chính vì vậy còn người ta quathời gian đã không ngừng nghiên cứu để tìm ra phương pháp tối ưu nhất, cho đếnhiện tại đã có đến 9 loại công nghệ in 3D cơ bản như công nghệ FDM (FusedDeposition Modeling), công nghệ SLA (Stereolithography), công nghệ DLP (DigitalProcessing), Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering), Công nghệ SLM(Selective Laser Melting), Công nghệ EBM (Electron Beam Melting), Công nghệLOM (Laminated Object Manufacturing), Công nghệ BJ (Binder Jetting), Côngnghệ MJ (Material Jetting/Wax Casting)

Công nghệ in 3D thực sự là một phát minh thú vị và có tiềm năng phát triển, ứngdụng cao trong tương lai và để đáp ứng việc sản xuất sản phẩm một cách nhanhchóng mà vẫn đảm bảo về chất lượng và tiết kiệm chi phí sản xuất thì chúng em đãchọn thực hiện đề tài nghiên cứu: “ Thiết kế và nghiên cứu máy in 3D Corexy” làm

đề tài nghiên cứu bảo vệ đồ án tốt nghiệp đại học của mình Mong rằng kết quả của

đề tài là sẽ hoàn thiện được hệ thống máy in 3D tạo mẫu nhanh chóng, cho ra sảnphẩm chất lượng tốt nhất với chi phí giá thành thấp nhất

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

 Xây dựng hoàn thiện một máy in 3D Corexy.

 Ứng dụng công nghệ in FDM trong thiết kế

 Nâng cao chất lượng, tốc độ in và giảm giá thành sản xuất sản phẩm

3 Đối tượng nghiên cứu

 Các phương pháp, thành phần và công nghệ phục vụ cho việc nghiên cứu

và thiết kế máy in 3D Corexy

 Công nghệ in FDM (Fused Deposition Modeling)

 Vật liệu, nguyên liệu và sản phẩm in

4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

4.1 Nội dung

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu, thiết kế

Chương 3: Tính toán thiết kế máy in 3D

Chương 4: Kết quả và thảo luận

4.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kế thừa:

 Dựa vào các công nghệ, hệ thống máy in 3D đã có để phân tính đối tượng

 Kế thừa từ các công trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế cơ cấu truyềnđộng, thuật toán điều khiển đường chạy của đầu phun,

Phương pháp tham khảo tài liệu : bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạpchí về công nghệ in 3D và truy cập internet

5 Giới hạn đề tài

- Tập trung tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế máy in 3D Corexy sử dụng

công nghệ in FDM

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Công nghệ in 3D, thiết kế cơ cấu truyền động của máy, tính toán phần điện, tính toán đường chạy nhựa tối ưu, phần mềm giao tiếp, hộtrợ lập trình in 3D

6 Thời gian và địa điểm thực hiện

- Thời gian: Từ tháng …/2021 đến …/2021

- Địa điểm: Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh

1.1 Tổng quan về công nghệ in 3D

Trước tiên, hiểu một cách đơn giản thì công nghệ in 3D là một quá trình sảnxuất các chất liệu (nhựa, kim loại hay bất kỳ thứ gì khác) theo phương cách xếptừng lớp với nhau để tạo nên một vật thể 3 chiều

Hình 1 1 In 3D theo xếp chồng các lớp [1]

Tùy vào cách thức xếp chồng và xây dựng mô hình 3D và vật liệu cấu thành,công nghệ in 3D được phân thành 3 nhóm chính sau:

 Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu in 3D dạng nhựa dẻo và phi kim loại

 Công nghệ in 3D từ vật liệu kim loại

 Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu hữu cơ

1.1.1 Những đặc điểm cần quan tâm về công nghệ in 3D

a) Tốc độ

Một trong những lợi thế lớn nhất của in 3D được tóm tắt trong ba từ: Tạo mẫunhanh Tạo mẫu nhanh về cơ bản là khả năng thiết kế, sản xuất và kiểm tra một chitiết tùy chỉnh trong ít thời gian nhất có thể, và sau đó có thể dễ dàng sửa đổi thiết kế

mà không ảnh hưởng xấu đến tốc độ của quá trình sản xuất

Trước khi in 3D tồn tại như một quy trình sản xuất chính thống, một nguyênmẫu sẽ mất vài tuần để sản xuất Mỗi lần thay đổi được thực hiện, sẽ mất vài tuầnnữa cho đến khi thiết kế sửa đổi có thể được sản xuất Thêm thời gian vận chuyển,

và có thể dễ dàng mất một năm để phát triển đầy đủ một sản phẩm từ đầu đến cuối

In 3D hiện đại: Các doanh nghiệp hiện có khả năng thiết kế một bộ phận, sảnxuất trên máy in 3D chuyên nghiệp và sau đó thử nghiệm tất cả trong không gianvài ngày (và đôi khi thậm chí ít hơn) Điều này có nghĩa là thời gian cần thiết để tạonguyên mẫu một cách hiệu quả một chi tiết từ đầu đến cuối sẽ được giảm xuống gầnnhư tối đa

Do sự ra đời của máy in 3D để bàn, các nhà sản xuất, người yêu thích và nhữngngười đam mê giờ đây có thể tạo ra hầu hết mọi thứ Họ có thể sáng tạo như họmuốn mà không cần kho chứa đầy máy móc Họ cũng không có thời gian khổng lồliên quan đến việc thuê ngoài các công việc sản xuất phức tạp Đối với những ngườidùng máy in 3D này, việc tạo mẫu nhanh mang một ý nghĩa hoàn toàn mới: họkhông bị ràng buộc bởi các đơn hàng tối thiểu, có thể tùy chỉnh mọi thứ và mọi thứ

họ tạo ra một cách dễ dàng và có thể chia sẻ hoặc bán các thiết kế độc đáo của họcho những người có máy in 3D

Điều này không có nghĩa là không có giới hạn trong in 3D khi nói về tốc độ Vềbản chất, quy trình từng lớp có thời gian cố định cho mỗi chi tiết, có nghĩa là mộtchi tiết sẽ luôn mất cùng một lượng thời gian chính xác để tạo như tạo lần đầu Vớicác hệ thống như ép phun, sau khi đầu tư ban đầu thời gian cần thiết để tạo ra cáccông cụ và khuôn phù hợp, hệ thống có thể được tự động hóa và bộ phận được sảnxuất hàng loạt nhanh chóng Điều này làm giảm đáng kể lượng thời gian cần thiếtcho mỗi chi tiết

Vì vậy, đối với các hoạt động sản xuất và tạo mẫu nhỏ, in 3D là một trong nhữnglựa chọn tốt nhất khi có liên quan đến tốc độ Tuy nhiên, để sản xuất một sản phẩmhoàn chỉnh ở quy mô sản xuất hàng loạt, các hệ thống sản xuất truyền thống vẫnvượt trội so với in 3D trong một thời gian dài.

b) Chi phí

In 3D mất ít thời gian hơn để sản xuất một chi tiết hoặc nguyên mẫu duy nhất.Tuy nhiên, các phương pháp sản xuất truyền thống có thể đẩy nhanh việc sản xuấthàng loạt một chi tiết hoàn thiện

Đối với các hoạt động rất nhỏ, in 3D rẻ hơn, vì sẽ chỉ có một hoặc hai máy cầnthiết (tùy thuộc vào hệ thống) để sản xuất một bộ phận từ một vật liệu nhất định.Cũng có ít chất thải hơn, không yêu cầu thêm vật liệu Như vậy, chi phí cho mỗi bộphận từ máy in 3D được cố định cho bất kỳ bộ phận nào

Tuy nhiên, một quy trình truyền thống đang được sử dụng để sản xuất hàng loạtmột bộ phận sẽ sử dụng ít năng lượng hơn trong thời gian ngắn hơn để tạo ra một sốlượng lớn các bộ phận Sau chi phí trả trước của việc tạo ra các công cụ cần thiết,chi phí của một chi tiết thường không cao hơn nhiều so với vật liệu được sử dụng đểtạo ra nó Tại một số điểm, điều này kết hợp với tốc độ của quy trình sản xuấttruyền thống sẽ làm mất cân bằng đầu tư ban đầu vào máy móc và trở nên ít tốnkém hơn so với việc duy trì hệ thống in 3D để sản xuất cùng một bộ phận

Chi phí vận hành và bảo trì máy in 3D giao với việc duy trì và sử dụng cạnhtranh công nghiệp hóa của nó sẽ khác nhau tùy thuộc vào các bộ phận được tạo.Điểm này được gọi là điểm hòa vốn, sau đó một phương pháp truyền thống trở nên

rẻ hơn trên mỗi đơn hàng so với in 3D Trong một phân tích được thực hiện bởiXometry, điểm hòa vốn này có thể được tìm thấy trong 150 đơn hàng đầu tiên đượcsản xuất, khi so sánh các dịch vụ in 3D SLS với ép phun cho một chi tiết thửnghiệm đơn giản

c) Chất lượng

Có thể hạn chế lớn nhất của in 3D là chất lượng phần cuối cùng Do cách thứcmỗi lớp kế tiếp nhau được đặt lên trên cùng của phương thức in 3D điển hình, mộtđiểm yếu được xây dựng theo đúng nghĩa đen của thiết kế Tất nhiên có nhiều cách

để thiết kế xung quanh điểm yếu này, ví dụ như giữ các tính năng nhất định songsong với đế in, nhưng điều này có thể gây khó khăn cho những người cố gắng tạo racác bộ phận chất lượng cực cao cho sử dụng công nghiệp

Đối với một số hệ thống, một nhược điểm khác của việc xếp lớp là các dòng lớpkhông thể tránh khỏi được sản xuất trong và trên một chi tiết, có thể làm giảm đáng

kể sự hấp dẫn trực quan của sản phẩm Một lần nữa, có nhiều cách để hoàn thànhcác phần được in 3D để làm cho các lớp này trở nên vô hình, nhưng điều này đòihỏi thêm thời gian và công sức so với các sản phẩm được sản xuất bằng các phươngtiện khác

Cách dễ nhất khắc phục những vấn đề này là in bằng các hệ thống laser ở độphân giải cực cao Tuy nhiên, điều này có nghĩa là các bộ phận sẽ mất nhiều thờigian hơn để sản xuất (hãy nhớ thời gian cố định cho một chi tiết đặc trưng của in3D) và tùy thuộc vào vật liệu, có thể vẫn cần xử lý bổ sung để đạt được cường độtối đa Ngoài ra, các hệ thống laser này khá tốn kém khi mua và vận hành, khiếnchúng phù hợp hơn với các công ty đã công nghiệp hóa và các doanh nghiệp lớn

và môi trường xung quanh Để một loạt các bộ phận hoàn toàn phù hợp, các máyphải được giữ gìn tốt và trong một môi trường được kiểm soát.

Một lợi thế nổi tiếng khác của in 3D là khả năng tạo ra các thiết kế hình học màtrước đây không thể được sản xuất như một chi tiết hoặc một bộ phận Những thứ

Một ưu điểm khác của in 3D là khả năng cho bất kỳ người dùng nào, ngay cảnhững người có kinh nghiệm CAD hạn chế, chỉnh sửa thiết kế theo ý thích của họ,tạo ra các bộ phận mới độc đáo và hoàn toàn tùy chỉnh Đối với các công ty, điềunày có nghĩa là bây giờ có tùy chọn cho phép mỗi khách hàng tùy chỉnh một sảnphẩm theo sở thích cá nhân của họ, một xu hướng phát triển trong các thị trường

hiện đại Nó cũng có nghĩa là một thiết kế nhất định có thể được sản xuất trong mộtloạt lớn các vật liệu khác nhau

f) Khả năng tiếp cận

Như chúng ta đã thấy trong quá trình xem xét tính nhất quán , khả năng tiếp cậncủa các hệ thống in 3D thay đổi dựa trên chất lượng và khả năng của hệ thống.Mặc dù máy in 3D FDM có thể được mua với giá chỉ 100 đô la , những máynày chủ yếu nhắm vào người tiêu dùng cá nhân và người yêu thích Máy móc và hệthống nhắm vào người dùng chuyên nghiệp sẽ bắt đầu từ khoảng 1.000 đô la và đilên từ đó Máy công nghiệp có thể có giá cao hơn hoặc nhiều hơn cả một chiếc xehoàn toàn mới

Vì vậy, trong khi vẫn không rẻ, hệ thống in 3D có thể dễ dàng được sử dụng và

sử dụng bởi nhiều người hơn nhiều so với các thiết lập sản xuất truyền thống Ngoài

ra, in 3D gần như hoàn toàn tự động theo mặc định và yêu cầu ít hoặc không cầnthêm nhân viên để hoạt động, giám sát và bảo trì máy Điều này làm cho in 3D dễtiếp cận hơn nhiều so với các hệ thống sản xuất khác trong một thời gian dài

g) Tính bền vững

Giả sử một người hoặc doanh nghiệp đã có được một máy in 3D, ít bộ phận hơncần gia công để sản xuất Điều này có nghĩa là có ít tác động môi trường được tạo rabằng cách vận chuyển mọi thứ trên toàn cầu, ngoài việc không yêu cầu vận hành vàbảo trì bên ngoài máy

In 3D tạo ra ít chất thải hơn cho một chi tiết Kết hợp với tính chất có thể tái chếnói chung của các vật liệu được sử dụng để in 3D, có thể thấy rõ rằng in 3D có lợithế lớn về độ bền

Tuy nhiên, tương tự như các nhà máy, máy in 3D vẫn cần năng lượng để chạy vàvật liệu để xây dựng Theo thời gian, năng lượng cần thiết để chạy máy in và nhucầu tinh chỉnh hoặc tái chế các vật liệu thành định dạng có thể in sẽ bù đắp cho độbền của máy in 3D

Nói một cách đơn giản, cho đến khi các nguồn năng lượng tái tạo và xử lý vậtliệu của Green greener trở nên phổ biến hơn, một phương pháp sản xuất truyềnthống vẫn có thể bền vững hơn về độ lâu dài khi sản xuất hàng loạt một số lượngsản phẩm.

Như vậy những ưu điểm chính của in 3D được thể hiện ở các yếu tố Tốc độ, ĐộLinh hoạt và Chi phí Đối với các hoạt động sản xuất nhỏ, tạo mẫu và sở thích, máy

in 3D là một phương pháp sản xuất tốt hơn rất nhiều so với các hệ thống côngnghiệp khác Tuy nhiên, nếu bắt đầu sản xuất hàng loạt một sản phẩm, các hệ thốngcông nghiệp bắt đầu trở thành một lựa chọn tốt hơn nhiều Điều này có thể giảithích tại sao nhiều công ty vẫn chưa coi in 3D là một hệ thống sản xuất khả thi chocác sản phẩm hiện đại

1.1.2 Một số công nghệ in 3D hiện có

a) Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling)

Hình 1 2 Máy in công nghệ FDM – CFF Markforged X7

Máy in 3D dùng công nghệ FDM xây dựng mẫu bằng cách đùn nhựa nóng chảyrồi hoá rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết dạng khối Công nghệ này được sảnxuất để thương mại hóa từ năm 1991 Với giá thành máy, vật liệu in 3D rẻ nên công

nghệ này đang là công nghệ in 3D phát triển mạnh nhất và số lượng thiết bị chiếmnhiều nhất ở Việt Nam.

b) Công nghệ SLA (Stereolithography)

Được phát triển bởi Chuck Hull đầu tiên vào năm 1983, công nghệ SLA thực tế

là kỹ thuật dùng tia UV làm cứng từng lớp vật liệu in 3D là nhựa dạng lỏng, nhiềurất nhiều lớp như vậy sẽ tạo nên vật thể in 3D SLA Lớp in SLA có thể đạt từ 0.06,0.08, 0.1,… mm Về các công nghệ in 3D sử dụng vật liệu nhựa, thì đây là côngnghệ tạo ra sản phẩm in 3D là nhựa tốt nhất, có thể sử dụng ngay, độ phân giải, độmịn cao, có thể nói là cao nhất hiện nay SLA đang được sử dụng nhiều trong cácnhà máy sản xuất giày dép cho các hãng lớn như Nike, Adidas,…để thực hiện côngđoạn in 3D khuôn giày và tạo mẫu đế giày nhanh

Hình 1 3 Máy in 3d sử dụng công nghệ SLA

c) Công nghệ DLP (Digital Light Processing)

Công nghệ DLP được phát minh vào năm 1987 bởi Larry Hornbeck và trở nêncực kỳ phổ biến trong máy chiếu DLP sử dụng một mạng lưới máy tính điều khiển,vi-gương, đặt ra trên một chip bán dẫn Những gương nhỏ nghiêng qua lại Khi mộtgương nghiêng, nó phản xạ ánh sáng, tạo một pixel sáng Khi gương nghiêng theocách khác, các điểm ảnh tối Công nghệ này được sử dụng trong máy chiếu phim,

tốc độ của nó: Bạn có thể in các lớp trong tích tắc với loại máy in 3D Máy in 3DDLP chủ yếu được sử dụng trong môi trường chuyên nghiệp Đây là loại máy in 3Dtốc độ cao với độ phân giải tuyệt vời.

Hình 1 4 Máy in 3d sử dụng công nghệ DLP

d) Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering)

Công nghệ SLS vận hành tương tự SLA nhưng vật liệu ở dạng bột, thủy tinh,…

có thể tạo lớp bằng vật liệu phụ trợ là keo chuyên dụng (có khi kèm màu sắcCMYK, RGB nếu in 3D đa sắc màu), hoặc tia laser, tia UV,… Đây là loại máy in3D đòi hỏi việc sử dụng laser công suất lớn đắt tiền, tuy nhiên, trong giá của nó khácao với của người tiêu dùng phổ thông

Hình 1 5 Máy in 3d sử dụng công nghệ SLS

e) Công nghệ SLM (Selective Laser Melting)

Đây là công nghệ in 3D kim loại, sử dụng vật liệu dạng bột titan, bột nhôm, bộtđồng, bột thép để làm vật liệu in 3D Công nghệ SLM vận hành tương tự SLA, SLSnhưng sử dụng tia UV, tia laser cường độ lớn Vật liệu điển hình được sử dụng làthép không gỉ, nhôm, titan, và cobalt chrome Đối với các ứng dụng trong hàngkhông vũ trụ hoặc chỉnh hình y tế ngành công nghiệp, SLM được sử dụng để tạocác bộ phận với hình học phức tạp và cấu trúc thành mõng, với các kênh ẩn hoặckhoảng trống Ở những nơi khác, như trong đoạn video trên, nó được sử dụng đểchế tạo tuabin khí cho ngành công nghiệp năng lượng Vì giá thành thiết bị (máy in3d kim loại) và vật liệu đắt đỏ nên công nghệ này chưa thực sự phát triển tại ViệtNam Các nước có sản xuất máy và sử dụng công nghệ này nhiều nhất đó là: TrungQuốc, Mỹ, Đức, Ý,… Ở Việt Nam một số đơn vị nha khoa sử dụng máy in 3D kimloại để sản xuất răng Giá máy in 3D kim loại >= $200.000

f) Công nghệ EBM (Electron Beam Melting)

Ngược lại với SLM, kỹ thuật EBM sử dụng một chùm tia điện tử máy tính điềukhiển dưới chân không để làm tan chảy hoàn toàn bột kim loại ở nhiệt độ cao lên

đến 1000 ° C Đây là loại máy in 3D có thể sử dụng kim loại như titan tinh khiết,Inconel718 và Inconel625 để chế tạo phụ tùng hàng không vũ trụ và cấy ghép y tế.

So với các công nghệ in 3D hiện nay thì nó rất chậm và rất tốn kém

g) Công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing)

Hình 1 6 Sản phẩm từ công nghệ in EBM và LOM

LOM sử dụng lớp giấy, nhựa hoặc kim loại cán mỏng dính bọc, được hợp nhấtdưới nhiệt và áp suất và định hình bằng cách cắt bằng tia laser máy tính kiểm soáthoặc dao Điều này đôi khi sau đó gia công và khoan Các đối tượng 3D được tạo ralớp-by-lớp, và sau khi vật liệu dư thừa được cắt bỏ, đối tượng có thể được đánh giấyráp hoặc được gắn vào với sơn Mặc dù kích thước chính xác của các loại máy in3D này là hơi ít hơn SLA hay SLS, LOM là một trong những phương pháp in ấn giá

cả phải chăng nhất và 3D nhanh nhất có sẵn để tạo các bộ phận tương đối lớn Nócũng cho phép đầy màu sắc 3D in các đối tượng

h) Công nghệ BJ (Binder Jetting)

Đây là công nghệ 3D được phát minh tại MIT Các công nghệ in 3D xuất hiệndưới nhiều tên Nó được gọi là “ “in 3D in phun”,”in thả-on-bột” hay – có lẽ phổ

biến nhất – là ‘chất kết dính phun’ Binder phun là một quá trình sản xuất chất phụgia Đây là loại máy in 3D sử dụng hai vật liệu: một loại bột có trụ sở (thường thạchcao) nguyên liệu và một tác nhân liên kết Các đại lý đóng vai trò như một chất kếtdính giữa các lớp bột Thông thường, các chất kết dính được ép đùn ở dạng lỏng từmột đầu in – chỉ cần nghĩ đến một máy in phun 2D thông thường Sau một lớpxong, tấm xây dựng được hạ xuống và quá trình này lặp đi lặp lại Ta có thể sử dụngcông nghệ in 3D này với gốm, kim loại, cát hoặc vật liệu nhựa Những loại máy in3D có một lợi thế rất lớn Ta có thể in đầy đủ màu sắc bằng cách thêm các sắc tố đểcác chất kết dính (thường là màu lục lam, đỏ tươi, vàng, đen và trắng) Điều nàykhiến nó trở thành phương pháp ưa thích cho ảnh tự chụp đã 3D phổ biến Hạn chếcủa phương pháp in 3D này là sự toàn vẹn cấu trúc của các đối tượng Ta sẽ không

có được độ phân giải cao và in gồ ghề với loại công nghệ in 3D – nhưng có một sốtrường hợp ngoại lệ Ngoài ra còn có tiến bộ trong loại công nghệ in 3D Trong năm

2016, Hewlett-Packard giới thiệu “Multijet Fusion” (MJF), mà muốn mang Binderphun vào level- tiếp theo Thứ nhất, một lớp vật liệu in 3D được triển khai bởi mộtchiếc xe ngựa Một cỗ xe thứ hai với một mảng in phun nhiệt đi từ phải sang trái,lắng đọng một cặp tác nhân hóa học trên khắp khu vực làm việc đầy đủ Một là mộttác nhân sấy, để tạo ra một lớp rắn từ vật liệu, và người kia là một đại lý chi tiết, đểxác định phác thảo vật lý của lớp được tạo ra Cuối cùng, năng lượng được áp dụng

để xúc tác các tác nhân sấy và bột thấm nhuần với các đại lý chi tiết vẫn còn trơ.Ứng dụng tiềm năng cho loại máy in 3D dành cho tạo mẫu nhanh và sản xuất ngắnhạn trong ô tô, ngành y tế và hàng không vũ trụ Tuy nhiên, mức độ đầy đủ về khảnăng MJF vẫn chưa được thành lập, với các tác nhân pha trộn mới hứa hẹn cung cấpthuộc tính khác nhau như đầy đủ màu sắc, độ dẫn, sức mạnh và khả năng phản ứngnhiệt

i) Công nghệ MJ (Material Jetting/Wax Casting)

Công nghệ phun Chất liệu được tốt hơn được gọi là”đúc sáp” Đó là một kỹthuật được sử dụng bởi kim hoàn từ nhiều thế kỷ Mất đúc sáp (hoặc đúc đầu tư) làmột quá trình sản xuất mà chủ yếu là cho phép bạn tạo ra đồ trang sức tùy biến cóchất lượng rất cao trong kim loại khác nhau Nhưng với in ấn 3D, có cuối cùng là

một quá trình để tự động đúc sáp – và đối với hầu hết kim hoàn, đó là khá một cái gì

đó Vì vậy, hãy sử dụng công nghệ in 3D nếu bạn là một thợ kim hoàn hoặc muốnthử nghiệm với phôi Có một số ít các máy in sáp 3D chuyên nghiệp trên thị trường,như “Wax Jet” từ Statasys Nếu bạn muốn thử nghiệm với công nghệ in 3D này, bạnkhông cần phải mua một máy in Có những dịch vụ in ấn 3D như Shapeways hoặcSculpteo sử dụng máy Vật liệu phun hoặc Multijet Modeling (MJM) cho công nghệnày

1.1.3 Ứng dụng in 3D trong các lĩnh vực khác nhau

a) Thiết kế quần áo, phụ kiện trang sức

Trong một show diễn thời trang của Victoria's Secret 2013, rất nhiều phụ kiệntrang sức lấp lánh được các người mẫu sử dụng và đặc biệt hơn, chúng được tạo ra

từ công nghệ in 3D

Theo nhà thiết kế thời trang Iris van Herpen, trong tương lai gần chúng ta sẽ cóthể sử dụng máy quét 3D và sử dụng công nghệ in 3D để tạo nên những bộ quần áovừa với kích cỡ từng người chỉ trong thời gian ngắn Đây sẽ là bước đột phát ấntượng nhất làm thay đổi nghành thời trang và phụ kiện thời trang

Hình 1 7 Đôi giày được sản xuất từ máy in 3D [2]

b) Ứng dụng y học, sản xuất bộ phận cơ thể người

Các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ in 3D và máy quét 3D nhằm tạo nêncác bộ phận giả, điển hình như chân, tay, răng, xương trên cơ thể người với độchính xác hoàn hảo và có thể chuyển động linh hoạt theo ý muốn nhờ vào các thiết

bị hỗ trợ khác Điểm ấn tượng nhất là giá thành để sản xuất chúng thông qua côngnghệ in 3D khá rẻ, chỉ vài trăm đô so với vài nghìn đô như trước kia

Tuyệt vời hơn, một số nhà khoa học đang nghiêm cứu sản xuất thử nghiệm bộphân cơ thể phức tạp (nội tạng) thông qua công nghệ in 3D và công nghệ tách tếbào Tức là những bộ phận này có thể "sống" và đảm nhận nhiệm vụ tương đương

so với bộ phận gốc trên cơ thể người

Hình 1 8 Một khớp háng nhân tạo được tạo ra bằng máy in 3D [2]

c) Sản xuất linh kiện

Hình 1 9 Một cánh quạt phức tạp được tạo ra từ máy in 3D [2]

Ứng dụng lớn nhất của công nghệ in 3D có lẽ là sản xuất linh kiện, bất kỳ cácchi tiết từ đơn giản đến phức tạp nào đều có thể sử dụng máy in 3D để tạo nên Điềunày sẽ làm tăng năng xuất và giảm giá thành so với cách sản xuất truyền thống hiệnnay

Ngoài ra, công nghệ in 3D còn giúp người dùng có thể sửa chữa, thay thế cáclinh kiện hư hỏng một cách dễ dàng Cho dù linh kiệm đó có hiếm hay không cònsản xuất nữa Tất nhiên ta cần phải có file dữ liệu thiết kế của linh kiện cần chế tạo,hiện nay trên trang web Thingiverse có sẵn những bản thiết kế của hơn 2.500 linhkiện thay thế của tất cả mọi đồ vật

d) Thực phẩm

Nghe có vẻ khó tin nhưng với những đột phá của công nghệ người ta có thể sảnxuất thực phẩm tiêu dùng hàng ngày thông qua máy in 3D Tại triển lãm điện tử tiêudùng Las Vegas, công ty 3D Systems đã giới thiệu một chiếc máy in 3D có thể sửdụng nguyên liệu socola, đường, vani để tạo ra nhiều loại bánh, kẹo có hình dạngkhác nhau, tất nhiên là ăn được rồi

Thú vị hơn, một công ty có tên Natural Machines đã tận dụng công nghệ in 3D

để sản xuất mỳ ống và nhiều thực phẩm tiêu dùng khác Tất nhiên, ta sẽ rất khóphân biệt chúng với các đồ dùng sản xuất theo công nghệ truyền thống

Hình 1 10 Bánh kẹo được tạo ra bằng công nghệ in 3D [2]

e) Xây dựng

Một công ty xây dựng đã sử dụng máy in 3D "khổng lồ" để tạo nên 10 ngôi nhàchỉ trong vòng 24 giờ Đây là điều khó có thể làm được theo phương pháp truyềnthống hiện nay

Cụ thể hơn, họ sử dụng một máy in 3D để phun xi-măng và một vật liệu thay thếkhác cho bê-tông để tạo nên một ngôi nhà hoàn chỉnh với giá khá rẻ, chỉ 5.000USD Tuy nhiên, lúc đầu kích thước của ngôi nhà vẫn còn bé và cần nhiều thời gian

để hoàn thiện thêm

Hình 1 11 Ngôi nhà từ công nghệ in 3D [2]

1.2 Tình hình thực tế phát triển công nghệ in 3D ở trong và ngoài nước

1.2.1 Trên thế giới

Một sinh viên tên Grace Choi – sinh viên trường Kinh doanh Harvard đã tạo

ra một máy in 3D mini có khả năng in phấn trang điểm và son môi Chiếc máy innày được đặt tên là Mink, được bán với giá 300 USD Khi kết nối với máy tính,người sử dụng có thể chọn màu phấn từ các hình ảnh trên Internet và in ra thànhphẩm dễ như in tài liệu trong máy tính

Hình 1 12 Mink và chủ nhân Grace Choi [3]

Các nhà khoa học Đức đã khám phá ra cách tái tạo lại chính xác hóa thạchxương khủng long bằng máy in 3D Các nhà khoa học đã chụp X-quang mẫu hóathạch gốc, sau đó tổng hợp và lưu trữ trong máy tính Kết hợp kỹ thuật in 3D vớinhững dữ liệu lưu trữ trong máy, các nhà khoa học đã tạo ra được một bản sao hóathạch chính xác

Hình 1 13 Hóa thạch xương khủng long [3]

Hãng Solid Concepts đã sản xuất ra một khẩu súng kim loại đầu tiên trên thếgiới bằng công nghệ in 3D Khẩu súng này đã bắn 50 viên đạn trước khi nó đượcđem ra giới thiệu với công chúng

Hình 1 14 Súng ngắn [3]

Hình 1 15 Đồ trang sức [3]

Công ty Nervous System đã sử dụng công nghệ in laser trực tiếp lên kim loại thôngqua máy in 3D để tạo nên đồ trang sức bằng vàng này

Hình 1 16 Bánh pizza [3]

Kỹ sư cơ khí Anjan Contractor đã nhận được giải thưởng 125.000 USD từNASA do đã tạo ra một loại máy in… bánh pizza Mục đích của NASA là để tìm ramột cách thức hữu hiệu chế tạo thức ăn cho phi hành gia trên những chuyến bay dài.Máy in của Contractor tạo ra bánh pizza từ các lớp bột nhào, phô mai và protein

Chiếc đàn guitar này được nhóm ODD Guitars tạo ra từ một chiếc máy in cótên là Cubify Họ sử dụng một công nghệ in 3D gọi là Selective Laser Sintering.Chiếc đàn này được rao bán với giá 3.500 USD

Hình 1 17 Đàn guitar [3]

Máy in 3D đã làm được việc in ra thịt mà không cần giết mổ động vật- đây là

ý tưởng mới mà công ty Modern Meadow cam đoan rằng công nghệ in của họ rất

thân thiện với môi trường, không sử dụng thịt gia cầm giết mổ mà hoàn toàn là thịtnhân tạo.

Hình 1 18 Thịt nhân tạo [3]

Kỹ sư Ignacio Garcia thuộc công ty Recreus đã tạo ra đôi giày này bằng côngnghệ in 3D Đôi giày mang thương hiệu Sneakerbot II, được làm từ vật liệu Filaflex.Đây là vật liệu tổng hợp từ các sợi cao su không thấm nước Nó có khả năng tái tạolại hình dạng sau khi bị gập lại Người sử dụng có thể gập nhỏ đôi giày lại, bỏ vàotúi Khi mở ra, nó lại trở lại hình dạng cũ

Hình 1 19 Đôi giày từ in 3D [3]

1.2.2 Tại Việt Nam

Công nghệ in 3d tại Việt Nam là đã vá được đầu người Tại bệnh viện ChợRẫy, bệnh nhân L.N.T 17 tuổi, bị chấn thương sọ não nghiêm trọng, lỗ thủng trênhộp sọ rộng gần 140mm Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện, sản phẩm cuốicùng là mảnh sọ nhân tạo bằng methyl methacrylate được vá vào chỗ vỡ của sọbệnh nhân Ngày 14/3, các bác sĩ đã phẫu thuật cho T Sau thời gian theo dõi, đếnnay bệnh viện khẳng định miếng ghép rất tốt, bệnh nhân đã bình phục Phẫu thuậtbằng phương pháp này đánh dấu một bước ngoặt của công nghệ in 3d với thị trườngcông nghệ tại Việt Nam: rút ngắn thời gian phẫu thuật và điều trị, thẩm mỹ cao, độchính xác về kích thước miếng ghép cao, đặc biệt giảm đáng kể chi phí cho ca mổ

1.3 Kết luận chương 1

Như vậy kết thúc chương 1, chúng ta đã có cái nhìn tổng quan về công nghệ in3D, hiểu được nguyên lý cơ bản của máy in 3D khi tạo thành sản phẩm là dựa trênviệc điền đầy theo từng lớp để tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh Ngoài ra, hiện nay

có tới 9 loại công nghệ in 3D, mỗi loại đều có ưu, nhược điểm riêng Công nghệ in3D còn được ứng dụng rất thực tế trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác nhau từcông nghiệp, y tế, vũ trụ, giáo dục, nghiên cứu khoa học,…và tất cả đề hứa hẹn tiềmnăng phát triển rất lớn trong tương lai của công nghệ này Thêm nữa chúng ta đãphân tích những ưu điểm như tốc độ, độ linh hoạt, chi phí trong sản xuất nhỏ lẻ vàvẫn còn nhiều hạn chế về chất lượng, tính nhất quán và bền vững của công nghệ in3D Từ đó chúng ta sẽ xác định được mục tiêu, các bước cũng như thành phần đểthiết kế một hệ thống máy in 3D Corexy đảm bảo về tốc độ in từ 90 đến 130 mm/s,sản phẩm in sử dụng với đa dạng nguyên vật liệu, có độ phân giải cao và dung saikích thước cho phép dao động trong khoảng 0,1 mm Hệ thống máy hoạt động êm,đảm bảo an toàn Chương 2 chúng ta sẽ tìm hiểu các thành phần của hệ thống cũngnhư đưa ra phương án thực hiện thiết kế máy in 3D Corexy

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống máy in 3D Corexy

Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống máy in 3D” này, hệ thống ứngdụng công nghệ FDM

Thiết kế hệ thống máy in 3D Corexy đảm bảo các yêu cầu sau đây:

 An toàn và tiết kiệm chi phí

2.2 Sơ đồ cấu trúc máy in 3D

Về cơ bản, kết cấu máy in gồm ba phần chính: phần cơ khí, phần mềm điềukhiển, phần điện, bộ đùn nhựa

Cấu trúc cơ khí của máy in 3D gần giống với các loại máy CNC với truyền độngcủa các trục Bộ truyền có thể là bộ truyề vít me – đai ốc hoặc bộ truyền đai Do tảitrọng tác dụng lên không đáng kể nên việc thiết kế tương đối đơn giản, kết cấu trcujgọn nhẹ, chi tiết lắp ráp không đòi hỏi khả năng chịu lực cao, dễ lắp ráp, thay thế,tiết kiệm chi phí

Phần điện được chia làm hai khối: khối điều khiển và khối chấp hành Khối điềukhiển gồm vi điều khiển, board kết nối, driver Khối chấp hành gồm động cơ bước,các cảm biến nhiệt, động cơ servo, tản nhiệt,…

Bộ đùn nhựa thực hiện hai chức năng: bộ tời nhựa cung cấp nhựa chảy liên tục,đầu phun nhựa thực hiện chức năng nung chảy nhựa và đùn nhựa tạo nên mẫu.Phần mềm gồm: 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 sang định dạng STL từ đó cóthể đưa sang các phần mềm CAM để xử lý tiếp theo Các phần mềm CAM là cácphần 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 nhiênthời 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 cần cài đặt các thông số

in hợp lý Sau khi cắt lớp phần mềm sẽ tạo chuyển động khi in và xuất file Gcode

Hình 2 1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của máy in 3D

Các phần mềm CAM sử dụng phổ biến cho máy in 3D là Cura, Slic3r, Simplify, Một số phần mềm sẽ tích hợp các module CAM và module điều khiển trong một, giúp công việc xử lý mẫu in nhanh hơn và đạt hiệu quả hơn như phần mềm Repertier host, nó tích hợp các công cụ CAM là Slic3r, Cura, Skeinforge, có thể lựa chọn một trong ba module để so sánh và đưa ra phương

án tốt nhất cho từng mẫu in khác nhau.

2.3 Các thiết bị phần cứng sử dụng

Theo Wikipedia, động cơ bước là một loại động cơ sử dụng điện nhưng cónguyên lý và ứng dụng vô cùng khác biệt so với các loại động cơ điện 1pha và động cơ điện 3 pha thông thường

Thực chất, đây là một loại động cơ đồng bộ, có khả năng biến đổi các tín hiệu điềukhiển của máy móc dưới dạng các xung điện rời rạc được phát ra kế tiếp nhau, tạothành các chuyển động góc quay Đôi khi chính là các chuyển động của rôto, giúpcho người dùng cố định roto của máy vào trong các vị trí cần thiết

Hình 2 2 Động cơ bước [4]

Nói chung, động cơ bước (motor bước) là một loại động cơ mà có thể quy

định được tần số góc quay của nó Nếu góc bước của nó càng nhỏ thì số bước trênmỗi vòng quay của động cơ càng lớn và độ chính xác của vị trí chúng ta thu đượccàng lớn

Các góc bước của động cơ có thể đạt cực đại là 90 độ và cực tiểu đến 0,72 độ Tuynhiên, các góc bước của động cơ thường được sử dụng phổ biến nhất là góc 1,8 độ,góc 2,5 độ, góc 7,5 độ và góc 15 độ

Ví dụ: Một động cơ bước có góc 1,8 độ/ bước nếu quay hết 1 vòng khoảng 360 độthì mất 200 bước (thuật ngữ chuyên ngành gọi là Full Step) Các chế độ quay càngnhiều xung thì động cơ quay của máy sẽ càng êm hơn Ở Việt Nam, người ta haydùng phổ biến nhất là động cơ 200 step

Phân loại:

- Dựa vào số pha của động cơ

Động cơ bước 2 pha sẽ tương ứng với 1 góc bước khoảng 1.8 độ.

Động cơ Step 3 pha sẽ tương ứng với 1 góc bước là 1.2 độ

Động cơ Step 5 pha sẽ tương ứng với góc bước là 0.72 độ

- Dựa vào rotor

Động cơ bước có rotor được làm bằng dây quấn hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu.Động cơ bước thay đổi từ trở Đây là 1 loại động cơ có roto không được tác độngnhưng lại có phần tử cảm ứng

- Dựa vào cực của động cơ

Động cơ bước đơn cực

Động cơ bước lưỡng cực

Cấu tạo:

Cấu tạo của động cơ bước gồm: Rotor và stato

Rotor thực ra chính là một dãy các lá nam châm vĩnh cửu, chúng được sắp xếpchồng lên nhau một cách kỹ lưỡng, cẩn thận Trên các lá nam châm này lại đượcchia thành các cặp cực sắp xếp đối xứng với nhau

Stato được cấu tạo bằng sắt từ, chúng được chia thành các rãnh nhỏ để đặt cuộn dây

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động động cơ bước không quay theo các cơ chế thôngthường, bởi vì Step motor quay theo từng bước một, cho nên nó có một độ chínhxác cao, đặc biệt là về mặt điều khiển học

Động cơ motor bước làm việc nhờ vào hoạt động của các bộ chuyển mạch điện tử.Các mạch điện tử này sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển chạy vào stato theo sốthứ tự lần lượt và một tần số nhất định

Tổng số góc quay của từng con rotor tương ứng với số lần mà động cơ được chuyểnmạch Đồng thời, chiều quay và tốc độ quay của con rotor còn phụ thuộc vào số thứ

tự chuyển đổi cũng như tần số chuyển đổi của nó

Hiện nay, có 4 phương pháp để điều khiển động cơ bước được sử dụng phổ biếnnhất, đó là:

 Điều khiển động cơ bước dạng sóng (Wave): Đây là phương pháp điều khiểncấp xung cho bộ điều khiển, hoạt động lần lượt theo đúng thứ tự nhất địnhcho từng cuộn dây pha.

 Điều khiển động cơ bước đủ (Full step): Đây là phương pháp điều khiển cấpxung cùng lúc, đồng thời cho cả 2 cuộn dây pha được sắp xếp kế tiếp nhau

 Điều khiển động cơ nửa bước (Half step): Chính là phương pháp điều khiểnkết hợp cả 2 phương pháp điều khiển động cơ dạng sóng và điều khiển động

cơ bước đủ Khi điều khiển động cơ theo phương pháp này thì giá trị của gócbước nhỏ hơn 2 lần và số bước của động cơ bước cũng sẽ tăng lên 2 lần sovới phương pháp điều khiển bằng động cơ bước đủ Tuy nhiên, phương phápđiều khiển này có bộ phát xung điều khiển vô cùng phức tạp

 Điều khiển động cơ vi bước (Microstep): Đây là phương pháp mới, chỉ được

áp dụng trong quá trình điều khiển động cơ bước Từ đó, cho phép động cơbước dừng lại và định vị trong khoảng vị trí nửa bước chính giữa 2 bước đủ

Ưu điểm dễ thấy của phương pháp này chính là động cơ có thể hoạt động hiệu quảvới góc bước nhỏ và độ chính xác rất cao Do xung cấp của động cơ có dạng sóngnên máy sẽ hoạt động êm hơn, hạn chế được các vấn đề cộng hưởng lực mỗi khiđộng cơ hoạt động

Ứng dụng:

Động cơ bước hiện nay đã và đang được ứng dụng rất nhiều và ngày càngphổ biến, chủ yếu là trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số của các động cơ Nóđược thực hiện bởi các lệnh đã được mã hoá tự động dưới dạng số

Ứng dụng động cơ bước trong ngành công nghiệp tự động hoá, đặc biệt là đối vớicác thiết bị máy móc cần phải có sự chính xác Chẳng hạn như các loại máy móccông nghiệp hiện đại, giúp phục vụ cho quá trình gia công cơ khí như: Máy cắt côngnghệ plasma CNC, máy cắt công nghệ CNC laser,…

Ngoài ra, trong lĩnh vực công nghệ máy tính, động cơ bước Step cũng được sử dụngtrong các loại ổ đĩa cứng hoặc ổ đĩa mềm, thậm chí là cả máy in,…

Trong lĩnh vực an ninh bảo mật, động cơ bước chính là một sản phẩm giám sát mới,đem lại tiến bộ vượt trội cho ngành an ninh

Trong lĩnh vực tế, động cơ bước được sử dụng để sản xuất máy quét y tế, máy lấymẫu, thậm chí còn có bên trong máy chụp ảnh nha khoa kỹ thuật số, những chiếcbơm chất lỏng, mặt nạ phòng độc và các loại máy móc phân tích mẫu máu.

Trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, động cơ bước được dùng trong quá trình chế tạomáy ảnh, đem lại chức năng lấy nét chính xác và sắc sảo cho máy ảnh, đồng thời cóchức năng thu phóng các loại camera kỹ thuật số tự động hay các loại máy in 3D

Ưu, ,nhược điểm:

Nắm được những ưu - nhược điểm của động cơ bước sẽ giúp cho chúng taứng dụng loại động cơ này vào trong sản xuất một cách tốt nhất, đem lại giá trị kinh

 Motor Step hay xảy ra các hiện tượng khó chịu, chẳng hạn như bị trượt bước

Lý do được biết đến đó là vì lực từ yếu hay đôi khi còn do nguồn điện cấpvào động cơ không đủ

 Một “điểm trừ” nữa đó là trong quá trình hoạt động, động cơ Step Motorthường gây ra tiếng ồn ào khó chịu và có hiện tượng động cơ bị nóng dầnlên Với những động cơ Step Motor thế hệ mới thì độ ồn và hiện tượng nóngcủa động cơ đã được giảm đi đáng kể

 Không nên sử dụng động cơ Step Motor cho các thiết bị máy móc đòi hỏi tốc

dụng cao Vít me được thiết kế đặc biệt với một lớp bi thép tiếp xúc giữa trục vít vàđai ốc vít me Nhờ đó mà hạn chế tối đa lực ma sát trượt khi truyền biến đổi chuyểnđộng.

Hình 2 3 Cơ cấu vít me đai ốc bi [5]

Một cơ cấu vít me đai ốc bi hoàn chỉnh bao gồm 2 bộ phận chính đó là trục vít me

và đai ốc vít me bi

Về trục vít me bi hiện nay, có hai loại trục vít me bi được gia công theo 2 phươngpháp khác nhau Đó là vít me bi được gia công theo phương pháp ép ren hay còngọi là cán và vít me bi được gia công theo phương pháp tiện mài ren

Còn đối với đai ốc vít me bi được cấu tạo bởi một cấu trúc ở bi gồm vỏ ngoài, cácviên bi thép chạy gọc trên các rãnh bi được tiện ren bên trong ổ Dựa vào các vònghồi bi tạo thành các vòng tuần hoàn kín hoặc hở

Việc kết hợp trơn tru, nhịp nhàng giữa trục vít me và đai ốc vít me bi tạo ra sự biếnđổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, tạo thành lực kéo tịnh tiến trêntrục vít me bi

2.3.3 Thanh trượt dẫn hướng

Thanh trượt là một trong những thiết bị dẫn động tuyến tính quan trọng trongcác hệ thống sản xuất tự động CNC Linh kiện dẫn hướng chính xác hoạt động dựa