DO AN MAY IN 3d DELTA

Đồ án TKHT Cơ Điện Tử PGS TS Phạm Thành Long TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ Bộ môn CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn 1 PGS TS Phạm Thành Long Giáo viên hướng dẫn 2 KS Ngô Trọng Hoàn Sinh viên thực hiện 1 Nguyễn Văn Thời Mã số sinh viên 1 K175520114121 Sinh viên thực hiện 2 Đỗ Văn Phòng Mã số sinh viên 2 K175520114038 Thái Nguyên, 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – hạnh phúc ĐỒ ÁN.

Bộ môn: CƠ ĐIỆN TỬ - -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Giáo viên hướng dẫn 1: PGS.TS Phạm Thành Long Giáo viên hướng dẫn 2: KS Ngô Trọng Hoàn

Sinh viên thực hiện 1: Nguyễn Văn Thời

Mã số sinh viên 1: K175520114121 Sinh viên thực hiện 2: Đỗ Văn Phòng

Mã số sinh viên 2: K175520114038

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: CƠ ĐIỆN TỬ

Sinh viên: Nguyễn Văn Thời MSSV: K175520114121 Lớp: K52.CĐT.02

Đỗ Văn Phòng MSSV: K175520114038 Lớp: K52.CĐT.01 Ngành: Cơ Điện Tử

Ngày giao đề: Ngày hoàn thành:

1.Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo sản phẩm máy in 3D Delta

2 Nội dung thuyết minh tính toán:

Nhiệm vụ đồ án bao gồm:

 Tổng quan về đối tượng thiết kế

 Giải quyết bài toán

Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 20

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM

Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 20

GIÁO VIÊN CHẤM

(Ký ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng chúng em và

được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Phạm Thành Long Các nội dung

nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hìnhthức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích,nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõtrong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như sốliệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích rõnguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào chúng em xin hoàn toàn chịu tráchnhiệm về nội dung đồ án của mình Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp TháiNguyên không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do chúng em gây

ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Thời

Đỗ Văn Phòng

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

- Công nghệ in 3D hiện tại đã trở nên phổ biến ở các nước trên thế giớinhiều hãng sản xuất nổi tiếng đã ra đời như: Makerbot, Ultimaker,Creatbot, 3D systems, Mankati với các sản phẩm mang tính thương mại.Tuy nhiên thị trường Việt Nam in 3D dường như vẫn còn khá mới mẻ

- Công nghệ in 3D đã phát triển đến mức có thể ứng dụng trong rất nhiềulĩnh vực khác nhau Với những người khuyết tật, in 3D có thể giúp tạo ranhững bộ chân tay giả với chi phí chỉ khoảng 2 triệu đồng Còn trong kỹthuật thì in 3D giúp tạo nên các mẫu vật thể một cách nhanh chóng vàchính xác Đặc biệt trong y học đã ứng dụng rất nhiều vào việc tạo ra cácmẫu bộ phận cơ thể con người, giúp cho quá trình chữa bệnh thành cônghơn Vì thế, với những ứng dụng rộng rãi như thế chúng em đã lựa chọnnghiên cứu máy in 3D để thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình

- Máy in 3D không chỉ phục vụ các sinh viên kiến trúc, đồ họa mà còn cóthể áp dụng cho những nhà nghiên cứu, kĩ sư, giảng viên hay bất kỳ cánhân nào có nhu cầu in tạo mẫu 3D Ví dụ như các giảng viên có thể sửdụng máy in 3D để in ra các chi tiết máy cho sinh viên của mình tiếp cậnthực tế mẫu vật trong các tiết học để tăng cường khả năng thu nhận kiếnthức của sinh viên, từ đó kiến thức sẽ không còn là hình ảnh vẽ trên sách

vở Hay những kĩ sư có thể sử dụng máy in 3D in nhanh các chi tiết máy

để phục vụ khách hàng nhanh nhất với chất lượng tốt nhất

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1 Giới thiệu về máy in 3d.

Máy in 3D là việc biến mô hình 3D trên máy tính của bạn thànhsản phẩm thật, vật thể thật tùy theo ý muốn của người sử dụng

mà ta có thể cầm trên tay, sờ được và sử dụng được Chứ khôngphải là in ra một hình ảnh mà ta nhìn vào nó nổi khối 3 chiềugiống như ngoài đời

Máy in 3D đem đến nhiều hứa hẹn cho bất kì ai tạo ra sản phẩmmong muốn, cho phép in các mô hình, đồ chơi, những sản phẩm

sử dụng hằng ngày, hay các bộ phận cơ thể hoặc thậm chí cảngôi nhà Máy in 3D có thể tạo ra bất kì thứ gì Tuy nhiên, đốivới những người dùng mới bắt đầu thì cần phải tập làm quen vớinhững phần mềm thiết kế 3D gọi là CAD (Computer AidedDesign) hoặc những phần mềm thiết kế khác, như việc lên mộtbản vẽ phác thảo trước khi in vật mẫu

Bên cạnh đó, những chiếc máy in 3D còn được ứng dụng rộngrãi vào các ngành nghề khác như trong y tế, các bộ phận giả chocon người có thể “in” ra mà không mất nhiều thời gian và chiphí, phục vụ việc cấy ghép nhanh chóng và hiệu quả hơn

2 Giới thiệu công nghệ in 3d.

2.1 Công nghệ in 3d là gì?

Công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức đểthực hiện việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động.Ngày nay công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng, với mỗi sảnphẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vậtliệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi Với mỗi loại vật liệucũng có nhiều phương thức để in như sử dụng tia laser, dụng cụcắt, đùn ép nhựa … Cách thức in thì có in từ dưới lên, in từ đỉnhxuống

2.2 Công nghệ tạo mẫu nhanh.

- Phương pháp tạo mẫu nhanh (rapid prototying) dựa trênnguyên tắc xây dựng từng lớp vật liệu tương ứng với mô hình

hiện cần phải có dữ liệu thiết kế đã hoàn thiện và chuyển vềđịnh dạng STL (Stereolithography) rồi nhập vào máy in 3D,

từ đó sẽ được tự động xử lý và phân mô hình thành các lớp đểđược tạo mẫu

- Một số công nghệ tạo mẫu phổ biến hiện nay gồm có SLA(Stereolithography); SLS (Selective Laser Sintering), FDM(Fused Deposition Modeling) Mỗi công nghệ đều có ưu vànhược điểm riêng

2.3 SLA (Stereolithography).

- SLA (Stereolithography): là kỹ thuật dùng tia laser làm đôngcứng nguyên liệu lỏng để tạo các lớp nối tiếp cho đến khi sảnphẩm hoàn tất, độ dày mỗi lớp nhỏ nhất có thể đạt đến0,06mm nên rất chính xác

- Có thể hình dung kỹ thuật này như sau: đặt một bệ đỡ trongthùng chứa nguyên liệu lỏng, chùm tia laser di chuyển (theothiết kế) lên mặt trên cùng của nguyên liệu lỏng theo hìnhmặt cắt ngang của sản phẩm làm lớp nguyên liệu này cứnglại Bệ đỡ chứa lớp nguyên liệu đã cứng được hạ xuống đểtạo một lớp mới, các lớp khác được thực hiện tiếp tục đến khisản phẩm hoàn tất

- Ưu điểm: Tạo mẫu độ chính xác cao, bề mặt nhẵn, có thể tạo

ra các mẫu hình dạng phức tạp và kích thước lớn, sử dụng vậtliệu nhựa dạng đục

- Nhược điểm: Máy móc sử dụng công nghệ này cồng kềnh hơn

và đắt hơn so với các công nghệ in 3D khác Khi sử dụngcông nghệ này để tạo mẫu đòi hỏi một số yêu cầu đặc biệtnhư: cần phải bảo quản mẫu trong phòng tối để tránh ánhsáng mặt trời làm cong vật liệu nhựa cảm quang tạo mẫu, yêucầu sự bảo dưỡng mẫu cẩn thận và cần xử lý mẫu sau khi in,ngoài ra mẫu có thể chứa một lượng nhựa độc hại tồn tạitrong một thời gian hữu hạn

2.4 SLS (Selective Laser Sintering).

- SLS (Selective Laser Sintering): tương tự SLA nhưng vật liệu

ở dạng bột như bột thủy tinh, bột gốm sứ, thép, titan, nhôm,bạc… Tia laser giúp liên kết các hạt bột với nhau Đặc biệt,bột thừa sau quy trình có thể tái chế nên rất tiết kiệm

- Ưu điểm: Khả năng tạo mẫu bằng các loại vật liệu dạng bộtkhác nhau như nhựa, kim loại, thủy tinh Tạo mẫu đa dạng vềmàu sắc, có thể tạo ra các mẫu hình dạng phức tạp, không cần

sử dụng vật liệu hỗ trợ

- Nhược điểm: Phức tạp, chi phí đầu tư cao, chi phí vận hànhcao do hao tổn vật liệu lớn

2.5 FDM (Fused Deposition Manufacturing).

- FDM (Fused Deposition Manufacturing): dùng vật liệu dễchảy như nhựa nhiệt dẻo Đầu vòi phun gia nhiệt hóa dẻo vậtliệu, sau đó phun lên bệ đỡ theo hình mặt cắt của vật mẫuthành từng lớp Điểm hạn chế là độ rộng của đường phun phụthuộc kích thước đầu vòi, nên cần tính toán để chọn đầu vòithích hợp

- Ưu điểm: Máy in 3D công nghệ FDM sử dụng hàng loạt các

vật liệu nhựa ABS, PLA với các sự lựa chọn màu sắc khácnhau Chi phí bảo dưỡng thấp, vật liệu in không độc hại,không cần sự giám sát trong quá trình in Các mẫu in bằng

công nghệ FDM độ bền tốt, có khả năng chịu nhiệt, chịu va

đập lớn

- Nhược điểm: Công nghệ FDM tạo ra các lớp in dày hơn vì

vậy công nghệ này thường ít được sử dụng cho việc tạo mẫuyêu cầu độ chính xác tuyệt đối Bề mặt nhẵn của mẫu in bằngFDM có thể đạt được bằng cách xử lý mẫu bằng tay

- Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, nhưng yếu

tố chính cần cân nhắc khi chọn lựa là tốc độ, chi phí, độchính xác và màu sắc muốn đạt được Công nghệ FDM rấtphổ biến hiện nay Do đó, để chế tạo một chiếc máy in 3D dễdàng hơn, giá thành rẽ hơn, độ chính xác cao thì công nghệFDM là rất thích hợp Nên chúng em chọn công nghệ FDM đểthực hiện đồ án

Yêu cầu đối với vật liệu tạo mẫu trong công nghệ in 3D;

- Khả năng hóa dẻo: là khả năng biến đổi trạng thái từ dạng rắnsang dạng chảy dẻo dưới tác dụng của nhiệt độ cao Khả năngnày giúp dễ dàng định hình vật kiệu và điều phối thể tíchtheo ý muốn Điều này mang tính quyết định trong việc hìnhthành chiều dày lớp tạo hình

- Thời gian đông cứng: sau khi gia nhiệt và định hình theo ýmuốn thì vật liệu sẽ tiếp xúc với môi trường không khí ởnhiệt độ phòng, khi đó vật liệu phải đông cứng trở lại Thờigian đông cứng của vật liệu phải thật nhanh, thường phải thấphơn 10s Tính đông cứng này giúp vật liệu có độ cứng vữngcần thiết sau mỗi lớp mỏng tạo hình cho đối tượng tạo mẫu,điều này có ý nghĩa quan trọng về độ chính xác hình dánghình học sau cùng của đối tượng tạo mẫu

- Khả năng liện kết: Chính là khả năng kết dính bề mặt của 2lớp vật liệu mỏng liền kề nhau trong quá trình tạo mẫu, 2 lớpvật liệu này có thể ở 2 nhiệt độ khác nhau, 2 trạng thái vật líkhác nhau Tính chất này mang ý nghĩa quan trọng đối với cơtính, độ cứng vững của sản phẩm tạo hình khi hoàn thành

- Độ nhớt của vật liệu: độ nhớt của vật liệu sẽ quyết định khảnăng di chuyển của dòng vật liệu khi ở trạng thái chảy dẻodưới tác dụng của nhiệt độ Điều này có ý nghĩa quan trọngtrong việc xác định mức độ lực cần thiết để đẩy dòng vật liệuvới vận tốc xác định trước, do đó nó sẽ ảnh hưởng đến cấutrúc và kích thước cụm đùn vật liệu của máy

3.1 Nhựa ABS (acrylonitrile butadiene styrene)

- Sợi nhựa ABS là vật liệu tổng hợp có nguồn gốc từ dầu mỏ vàđược sử dụng nhiều nhất cho máy in 3D FDM sơ cấp Đặctính của nhựa ABS là có độ bền cao, chiu lực tốt, chịu đượcnhiệt độ cao, linh hoạt

- Các sản phẩm tạo ra từ vật liệu in 3D là nhựa ABS được ứngdụng trong công nghiệp: sản xuất ống cống, ống chất thải,linh kiện ô tô, dụng cụ nhà bếp…

- Nhiệt độ in của nhựa ABS khá cao từ 2300C trở lên

3.2 Nhựa PLA

- Nhựa PLA là nhựa nhiệt dẻo phân ban đầu huỷ sinh học.Nhựa có nguồn gốc từ các nguồn tái tạo như bột ngô, mía, củsắn Bản chất của PLA có màu trong suốt nên nó có thể dễdàng nhuộm thành bất cứ màu gì hay bất cứ sắc độ đậm nhạtnào cũng được và có khả năng phát sáng trong buổi tối

- Khi chọn vật liệu in 3D là nhựa PLA thì sẽ không bền và dẻonhư nhựa ABS nhưng nhựa PLA cứng và khỏe hơn ABS nênđôi khi khó chế tác gia công đối với những chi tiết ở những

bộ phận phải lồng ghép vào nhau như khớp nối chẳng hạn

- Trong điều kiện nhiệt độ in thông thường PLA không có mùi

lạ Nhiệt độ in của PLA cũng tương đối thấp 1900C – 2100C

3.3 Nhựa Resin

- Nhựa resin là một loại nhựa tổng hợp thường được dùngtrong công nghệ in SLA nhiều hơn thay vì ABS và PLA vốnhay dùng với công nghệ FDM

- Resin có rất nhiều loại, chủ yếu sử dụng được là những loại

có thể ngưng kết dưới tác động của tia UV, tức là bao gồmnhững chất như acrylics, epoxies, urethanes, polyesters,silicones…

1 Cơ sở lựa chọn công nghệ thiết kế máy in 3D

Căn cứ vào các phương pháp in 3D đã được tìm hiểu ở phầntrước và yêu cầu của đề tài tìm hiểu nghiên cứu máy in 3D miniphù hợp với khả năng tiếp cận công nghệ của sinh viên Do đóchúng em quyết định lựa chọn thiết kế máy in 3D công nghệFDM sử dụng vật liệu nhựa ABS, PLA…trên các cơ sở sau:

- Công nghệ đơn giản hơn các phương pháp in khác (SLA,SLS, Polyjet…) phù hợp với khả năng tiếp cận của sinh viên

- Phần mềm điều khiển mã nguồn mở dễ dàng tiếp cận đối vớiđối tượng cá nhân, sinh viên (đối vơi sinh viên cơ khí khôngchuyên về điều khiển) … Cộng đồng in 3D đông đảo thuậnlợi cho việc học hỏi trao đổi kinh nghiệm

- Giá thành thấp, vận hành đơn giản, linh kiện sẵn có tận dụngtại chỗ (cả phần cơ khí và điều khiển…)

Dựa vào khảo sát các mẫu máy in 3D mini hiện có trên thịtrường, tham khảo kết cấu của các mẫu máy kể trên và kết hợpvới các kiều điện sẵn có (vật liệu, khả năng công nghệ trong chếtạo…) Chúng em quyết định phương án thiết kế xây dựng khungmáy dạng lắp ghép cơ sở chính là các thanh nhôm định hìnhcùng với các phụ kiện lắp ghép đi kèm (gối đỡ, con trượt, kegóc…) sẵn có trên thị trường

Hình 2 1: Sơ đồ cấu trúc máy in

2 Lựa chọn dạng kết cấu máy

2.1 Các dạng kết cấu máy phổ biến

a) Kết cấu dạng Cartesian

Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa nhờ các chuyển độngtheo phương X, Y, Z trong hệ tọa độ Cartesian Đại diện tiêubiểu dòng máy in 3D mã nguồn mở loại Cartesian chính là Prusai3 hay Mendel

Hình 2 2: Kết cấu dạng Cartesian

b) Kết cấu dạng Delta

Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa theo nguyên lý củarobot delta (robot song song) Đại diện tiêu biểu cho dòng máy

in mã nguồn mở dạng Delta là Delta robot 3D printer (Kossel)

Hình 2 3: Máy in có kết cấu dạng Delta

Ưu điểm:

- Khối lượng các cơ cấu di động nhỏ và một phần di chuyểntheo các trục thẳng đứng

- Hoạt động êm, ít rung, tốc độ cao và chính xác

- Có thể in được vật in có chiều cao lớn

- Bàn nhiệt (nơi đặt vật in) không di chuyển trong suốt quátrình in nên vật in

- Khung bệ chắc chắn

Nhược điểm:

- Lắp ráp, căn chỉnh máy hơi phức tạp (tuy nhiên khi đã thạorồi thì rất dễ)

- Chiều cao của máy lớn (thường tới 600-700 mm)

- Thường đắt hơn một chút so với máy dạng Cartesian

Hình 2 4: Máy in dạng Polar

3 Lựa chọn loại kết cấu máy cho sản phẩm:

Dựa vào đặc điểm của các loại kết cấu khác nhau, nhóm chúng

em quyết định chọn dạng máy 3D DELTA ANYCUBIC Sử dụngđầu phun J-Head E3D V6; mạch điều khiển dùng RAMPS 1.4 vàArduino Mega2560 kết hợp bộ LCD 2004 chuyên dụng cho máy

in 3D có tích hợp thẻ SD; module điều khiển động cơ dùngmodule A4988; dẫn động trục x, y và z dùng bộ truyền đai răngGT2 khổ 6 mm, động cơ dùng 4 động cơ bước size42 dạngNEMA17, hai cho trục x và y, một cho đầu phun Kết cấu khungmáy được ghép bằng nhôm định hình

CHƯƠNG III XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG

HỌC MÁY IN 3D

1 Nguyên lý của hệ thống động học trong cơ cấu dellta

Hình 3 1: Vòng ngũ giác trên nột chân của

Quan niệm rằng R và r chéo nhau tổng quát, hướng giữa hai hệ quy chiếuO0 và O1 khác nhau một lần quay bằng ma trận RRPY Phương trình vòngvéc tơ viết cho ngũ giác có dạng như sau:

b a R r R

p + RPY − = +

Hình họa dưới đây để tính tọa độ khai triển chi tiết cho vế phải

Hình 3 3: Khai triển tính tọa độ chi tiết cho điểm C

21 31 11

21 31 11 31

.

.

0 0

0 0

0

.

.

.

.

.

.

.

c c b s a

s c b c a

s b R

r c

c c

s s

c s s s c c c s s s s c

s s c s c s c c s s c c p p p

z y x

+

− +

β α β

α β

γ α γ β α γ α γ β α γ β

γ α γ β α γ α γ β α γ β

Xác lập các hệ quy chiếu với tấm động và tấm cố định như hình dưới đây:

Hình 3 4: Xác lập hệ quy chiếu động

22 32 12

22 32 12 32

.

.

0

0 2 3 2

0 2 3

2

.

.

.

.

c c b s a

s c b c a

s b R

R r

r

c c c

s s

c s s s c c c s s s s c

s s c s c s c c s s c c p p p

z y x

+

− +

β α β

α β

γ α γ β α γ α γ β α γ β

γ α γ β α γ α γ β α γ β

23 33 13

23 33 13 33

.

.

0

0 2 3 2

0 2 3

2

.

.

.

c c b s a

s c b c a

s b R

R r

r

c c c

s s

c s s s c c c s s s s c

s s c s c s c c s s c c p p p

z y x

+

− +

β α β

α β

γ α γ β α γ α γ β α γ β

γ α γ β α γ α γ β α γ β

Khai triển thành hệ phương trình 9 phương trình đại số như sau:

2 Mô hình động học của máy in 3D cơ cấu dellta thực

Hình 3 6: Tọa độ của 3 trục máy in 3D

Hình 3 7: Tọa các điểm vị trí đầu phun máy in 3D

Hình 3 8: Tọa độ khoảng cách các vị trí của cơ cấu truyền động

tọa độ các điểm trên trục A, B, C có tọa độ như hình 3a, như vậy A2 =(A2x,A2y,A2z)

B2 = (B2x, B2y, B2z); C2 = (C2x, C2y, C2z) và vị trí của 3 khớp A1,B1,C1 lần

lược có tọa độ A1 = (A1x,A1y,A1z); B1 = (B1x,B1y,B1z); C1 = (C1x,C1y,C1z) Quan hệ giữa đầu phun T và A1, B1, C1 được thể hiện như bảng 1, quan hệ của các

tọa độ lên các trục A, B, C như bảng sau:

Bảng 3 1: Quan hệ giữa các khớp

Khớp A Khớp B Khớp C

A1x = tx + po sin(240°)

A1y = ty + po cos(240°)

A1z = tz + to

B1x = tx + po sin(120°)B1y = ty + po cos(120°)B1z = tz + to

C1x = txC1y = ty +poC1z = tz + to

Bảng 3 2: Bảng quan hệ tọa độ trên trục A,B,C

A2x = 0A2y = rA2z = ?

Xét khoảng cách aa, ab, ac (H.3c) của các khớp đến các trục

như (8):

Chiều cao ha, hb, hc (H.3c) từ con trượt đến các khớp:

Độ cao của con trượt đến mặt phẳng in:

3 Vận tốc của đầu phun

Hàm hiệu suất tốc độ đầu phu của máy in 3D được tính bằng

cách sử dụng công thức động học Jacobian tại một tập hợp các điểm trong khu vực in Công thức ma trận Jacobian có thể được

viết như sau:

Với xi, yi, zi là tọa độ của bộ phận chuyển động, và L là chiều

dài thanh chống Ma trận Jacobian liên quan vận tốc đầu vào tại các bộ phân chuyển động đến đầu phun bằng các mối quan hệ:

J =

Do đó, tại mỗi điểm trong cơ cấu delta, ma trận nghịch đảo

Jacobian vận tốc bộ phận chuyển động tới vân tốc của đầu phun Tại một thời điểm nhất định, nếu chúng ta để cho vận tốc của bộ

phận chuyển động thay đổi dọc theo tất cả các hướng, dẫn đến

các vector vận tốc của đầu sẽ di chuyển không chính xác Các trục chính tối thiểu của hình elip này cho thấy sự hạn chế hướng

vận tốc và độ lớn Vận tốc giới hạn này là dạng cơ bản của số

liệu tốc độ Trong tập hợp các điểm trong khu vực in, có thể

quan sát vận tốc giới hạn tối thiểu

Các điểm i trong khu vực in sẽ có độ lớn vận tốc giới hạn là i.

Các hàm hoạt động được giảm thiểu là:

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ CHẾ TẠO PHẦN

CỨNG VÀ PHẦN MỀM

1 Phần khung máy in 3D

1.1 Giới thiệu về phần mêm SolidWorks.

SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D chạy trên hệ điều hànhWindows do công ty Dassault system tạo nên, phần mềm đượcbiết đến từ phiên bản 1995 cho đến nay là phiên bản 2021.Solidworks đã có nhiều bước phát triển vượt về tính năng, hiệusuất và khả năng đáp ứng các nhu cầu thiết kế 3D trong ngành

kỹ thuật, công nghiệp Ngoài ra solidworks còn được phát triển

và ứng dụng rộng rãi trong các ngành như : đường ống, kiếntrúc, nội thất, xây dựng

Hình 4 1: Phần mềm SolidWorks 2019

Solid có 3 môi trường làm việc, từ thiết kế tới có sản phẩm thựcđều trải qua các môi trường này:

Hình 4 2: Các môi trường làm việc khi khởi động

- Part: Một thành phần đơn nhất của hệ thống được thiết kế sẽđược xây dựng từ đây, chi tiết 3D được dựng lên từ các biêndạng 2D

- Assembly: Môi trường lắp ráp, lắp các chi tiết ở Part thànhmột hệ thống hoàn chỉnh

- Drawing: Sau khi thiết kế nên một hệ thống hoàn chỉnh,Drawing cho phép người thiết kế tạo bản vẽ một cách dễ dàng

và trực quan

Ưu điểm:

- Giao diện trực quan, dễ dàng làm quen

- Hỗ trợ nhanh việc thiết kế khuôn

Bảng 4 1: Thông số dữ chọn vật liệu

 Nhôm định đánh giá cao nhất do dễ dàng tích hợp hệ thốngcon và khả năng điều chỉnh các thành phần trong các cơcấu khác nhau

Hình 4 3: Nhôm định hình 20x20

Phương phát gia công và lắp rắp khung máy:

- Khung máy là bộ phận quan trọng, chịu lực lớn nhất và đảmbảo độ chính xác củamáy nên yêu cầu độ chính xác khi giacông cao

vuông góc khi lắp ghép.

- Các thanh nhôm định hình được cắt bằng máy cưa tay vớidung sai 2 – 3mm, sau đó được đưa lên máy phay CNC đểphay phẳng 2 đầu nhằm đảm bảo kích thước và độ phẳng

Các thanh nhôm được nối với nhau bằng bát ke góc nhôm và bulông lục giác

Hình 4 4: Bu lông, ke góc, con trượt

Chân máy được lắp 4 chân đế cao su nhằm làm giảm rung độngkhi máy hoạt động

Hình 4 5: Chân đế cao su

1.3 Lựa chọn hình dáng khung máy in

Hình 4 6: Các hình dáng khung máy

- Thiết kế ngoài cùng bên trái đặt các cột ở các góc của một cơ

sở hình tam giác và là nhiều nhất hình dạng chung giữa cácmáy in 3D delta Nó là một hình dạng đơn giản với sự ổnđịnh cân bằng tốt và số lượng vật liệu được sử dụng Tuynhiên, nó sử dụng khớp ba chiều ở các góc có thể khó lắp rápchính xác

tam giác Nó chỉ sử dụng khớp hai chiều và dễ dàng lắp ráphơn so với thiết kế đầu tiên Tuy nhiên, nó sử dụng nhiều hơnvật liệu và có dấu chân lớn hơn đầu tiên cho bất kỳ khốilượng xây dựng nhất định Nó cũng ít hơn ổn định về mặt cấutrúc, vì các khớp của cột có thể di cư dọc theo căn cứ theothời gian

sử dụng đế hình tam giác, nó có một đế hình chữ Y với cácthanh nối các góc của tam giác với tâm của nó Thiết kế này

là cấu trúc kém ổn định hơn các thiết kế khác và có ít cáchđiều chỉnh hơn

 Qua cách yếu tố và thông số trên chúng em lựa chọnkhung máy hình tam giác điều này mang lại sự ổn định tốtnhất.

Hình 4 7: Bản vẽ 3D khung máy

Hình 4 8: Kích thước khung máy

1.4 Lựa chọn bộ truyền

Đối với truyền động trục XY ta lựa chọn bộ truyền đai răng dokết cấu bộ truyền đơn giản, hoạt động êm, có tính giảm chấn, dễthay thế

Một số kiểu đai thường được sử dụng trong máy in 3D như đaiT2,5 ; T5 ; MXL, …

Tuy nhiên đối với những loại đai này, tùy theo khả năng điềuchỉnh căng đai mà chất lượng in cũng thay đổi theo Mặt khácnhững loại đai trên đều là những loại đại được thiết kế để truyềnchuyển động quay không phải thiết kế tối ưu cho dạng truyềnđộng tuyến tính cho máy in 3D, do đó nó sẽ không tính toán đếnhiện tượng backlash khi đảo chiều chuyển động của động cơ

Hình 4 9: Biên dạng đai răng

Để khắc phục ta sẽ lựa chọn loại đai được thiết kế riêng chotruyền động tuyến tính là đai GT2 Đai GT2 và bánh đai đượcthiết kế và chế tạo đồng bộ dành riêng cho truyền động tuyếntính do đó hạn chế được hiện tượng backlash, đảm bảo chấtlượng truyền động Ngoài đai GT2 có thể sử dụng đai GT3 tuynhiên loại đai này khó tìm trên thị trường Việt Nam

Hình 4 10: Đai GT2 và Puly GT2 Hình 4 11: Thông số đai GT2

Lựa chọn bánh đai GT2 – 20 răng để tăng độ phân giải cho 2trục