(TIỂU LUẬN) NGHIÊN cứu, THIẾT kế CHẾ tạo mô HÌNH máy IN 3d cơ cấu CORE XY

Đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy in 3D cơ cấu core XY” sử dụng công nghệ FDM nhằm xây dựng hoàn thiện cơ sở lý thuyết đồng thời nâng cao chất lượng mẫu in,

NGÔ QUỐC ANH NGUYỄN VĂN TÝ KHÓA : 2017 - 2021

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

MÁY IN 3D CƠ CẤU CORE XY

NĂM 2021

Mã ngành: 75.102.01

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CƠ CẤU CORE XY

Không gian làm việc của máy

200x200x200 Công nghệ in FDM

Vật liệu in nhựa ABS

Nghiên cứu tổng quan về công nghệ in 3D

Thiết kế cơ cấu truyền động của máy đảm bảo độ chính xác,tối ưu hóa chuyển

động

Tính toán phần điện và cơ khí

Chế tạo, lắp ráp máy in 3D sau đó kiểm tra lại các lý thuyết trước đó đã nghiên

cứu

Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Đã hoàn thành và nộp khóa luận tốt nghiệp ngày … tháng … năm 2021

Ngô Quốc Anh

LỜI CÁM ƠN

Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình từ phía các thầy và bạn bè Em xin gửi lờicảm ơn chân thành đến thầy Lê Công Danh, giảng viên Bộ môn Nhiệt Điện, khoaKTCS đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiệnkhóa luận cũng như tạo điều kiện cho em được vận hành và thao tác các thiết bịtrong xưởng cơ khí nhà trường gia công các chi tiết của khóa luận Em xin gửi lờicảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Nhân đã hướng dẫn tận tình về phần tínhtoán của máy và hướng dẫn về bản vẽ

Đến nay, khóa luận tốt nghiệp đã hoàn thành đúng tiến độ và đảm bảo cácnội dung yêu cầu Song, trong quá trình thực hiện khóa luận không thể tránh khỏinhững thiếu sót do kinh nghiệm còn hạn hẹp nên rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến của các thầy trong khoa để khóa luận ngày càng được hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG viii

LỜI MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu 2

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.3.3 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.4 Cơ sở phương pháp nghiên cứu 3

Kết luận chương 1 3

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ TẠO BỒI ĐẮP VÀ MỘT SỐ MẪU MÁY IN 3D 4

2.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất bồi đắp 4

2.2 Các bước của quá trình in tạo mẫu nhanh 8

2.3 Giới thiệu một số công nghệ tạo mẫu nhanh 9

2.3.1 Công nghệ SLA 9

2.3.1 Công nghệ in 3DP 11

2.3.2 Công nghệ SLS 13

2.3.3 Công nghệ FDM 15

2.4 Giới thiệu một số mẫu máy in 3D 16

2.4.1 Máy Prusa i3 16

2.4.2 Máy Delta Kossel 17

Kết luận chương 2 18

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÁY IN 3D CƠ CẤU CORE XY 19

3.1 Các phương án thiết kế kết cấu máy 19

3.1.1 Phương án 1 19

3.1.2 Phương án 2 19

3.1.3 Phương án 3 20

3.2 Lựa chọn phương án và thông số thiết kế máy 22

3.2.1 Lựa chọn phương án 22

3.2.2 Thông số thiết kế máy 22

3.3 Trình tự thực hiện 22

Kết luận chương 3 22

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 23

4.1 Thiết kế khung máy 23

4.2 Thiết kế cơ khí trục Z 26

4.2.1 Tính toán truyền động vít me – đai ốc bi trục Z 26

4.2.2 Tính toán chọn động cơ trục Z 35

4.2.3 Trục dẫn hướng và bạc dẫn hướng 40

4.2.4 Khớp nối 42

4.2.5 Thiết kế bàn nâng trục Z 43

4.3 Thiết kế cơ khí cụm trục XY 44

4.3.1 Thiết kế sơ bộ cụm trục XY 44

4.3.2 Kết cấu truyền động trục XY 47

4.3.3 Lựa chọn bộ truyền 49

4.3.4 Tính toán lựa chọn động cơ cụm trục XY 51

4.4 Thiết kế cơ khí bộ phận đùn nhựa 54

4.5 Thiết kế và gia công các chi tiết 55

Kết luận chương 4 60

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN 61

5.1 Hệ thống điện và cơ cấu chấp hành của máy in 3D 61

5.1.1 Nguồn điện 61

5.1.2 Mạch điều khiển 62

5.1.3 Động cơ bước và mạch điều khiển động cơ bước 64

5.1.4 Hệ thống đầu phun nung nhiệt 66

5.2 Phần mềm điều khiển của máy in 3D 67

5.2.1 Tổng quan về tổ chức RepRap 67

5.2.2 Phần mềm Marlin 69

5.2.3 Hướng dẫn cấu hình phần mềm 71

5.3 Phần mềm khai thác CAD/CAM của máy in 3D (CURA) 85

Kết luận chương 5 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 So sánh các chi tiết sản xuất bằng in 3D và phương pháp truyền thống Hình 2.2 Sơ đồ quá trình tạo mẫu

Hình 2.3 Máy tạo mẫu nhanh SLA

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLA

Hình 2.5 Phương pháp 3DP (Three Dimensional

Printing) Hình 2.6 Máy tạo mẫu nhanh SLS

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLS

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý tạo mẫu FDM Hình 2.9

Máy in 3D Prusa i3

Hình 2.10 Máy in 3D Delta Kossel

Hình 3.1 Kết cấu robot delta

Hình 3.2 Truyền động Cartesian – XY

Hình 3.3 Truyền động Cartesian – XZ

Hình 4.1 Kích thước nhôm định hình

Hình 4.2 Nhôm định hình 3D

Hình 4.3 Máy cưa cầm tay

Hình 4.4 Ke 3 góc, bu lông lục giác, ke góc vuông, tán chữ T

Hình 4.5 Ke 3 góc, bu lông lục giác, ke góc vuông, tán chữ T 3D

Hình 4.30 Thông số của hai loại đai

Hình 4.31 Biên dạng đai răng

Hình 4.32 Đai GT2 và pully

Hình 4.33 Thông số đai GT2

Hình 4.34 Thông số tính toán động cơ

Hình 4.35 Thông số tính toán động cơ

Hình 5.5 Kết cấu đầu phun nhựa

Hình 5.6 RepRap version 1.0 (Darwin) Hình 5.7 RepRap version2.0(Menden) Hình 5.8 Huxley RepRap

Hình 5.16 Giao diện phần mềm Cura

Hình 5.17 Điều chỉnh thông số máy

Hình 5.18 Thông số đầu in

Hình 5.19 Điều chỉnh độ dày,đặc chi

tiết Hình 5.20 Thiết lập độ cao mỗi lớp

in Hình 5.21 Thiết lập độ dày của chi tiết Hình 5.22 Thiết lập độ đặc của chi tiết Hình 5.23 Thiết lập nhựa in Hình 5.24 Thiết lập tốc độ in

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Một số mốc thời gian tiêu biểu của công nghệ in 3D

Bảng 2.2 Những hạn chế của công nghệ in 3D so với sản xuất truyền thống Bảng 3.1 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án

Bảng 3.2 Tra hệ số lực

Bảng 3.3 Tra cấp chính xác của các hãng

Bảng 3.4 Danh sách các chi tiết in 3D

Bảng 5.1 Một số linh kiện điện

Bảng 5.2.Thiết lập các chế độ điều khiển

Bảng 5.3 Một số mốc thời gian tiêu biểu của RepRap

Bảng 5.4 Thiết lập các chế độ điều khiển

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp lầnthứ 4 với sự phát triển mạnh mẽ của CNTT Chính điều đó đã kéo theo sự phát triểncủa nhiều ngành, nghề trong xã hội trên toàn thế giới nói chung và tại Việt Nam nóiriêng Việc ứng dụng CNTT trong cuộc sống, công việc cũng như nhiều lĩnh vực khác

đã và đang áp dụng phổ biến rộng rãi hơn với nhiều xu thế công nghệ Xu hướng côngnghệ dù đi tới đâu đều nhằm phục vụ và có thể thay đổi toàn diện cuộc sống conngười Một trong số những xu hướng công nghệ đó chính là công nghệ in 3D đã vàđang dần thay đổi những xu thế chế tạo truyền thống Công nghệ in 3D ngày nay rất

đa dạng, với mỗi sản phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau(nhựa, kim loại), vật liệu dạng khối, lỏng,…Với mỗi loại vật liệu có nhiều phươngthức để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa

Trong những năm trở lại đây, công nghệ in FDM (Fused Deposition Molding)

được phát triển rất nhanh với những ưu điểm như vật liệu dễ kiếm, không gây độc hại,kết cấu máy đơn giản, chi phí thấp, … được xây dựng trên cơ sở những

ưu điểm của công nghệ in 3D, phát huy những ưu điểm và hạn chế một số nhược

điểm của máy in 3D Đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy in 3D cơ cấu core XY” sử dụng công nghệ FDM nhằm xây dựng hoàn thiện

cơ sở lý thuyết đồng thời nâng cao chất lượng mẫu in, tối ưu tốc độ in của máy

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D

phẩm Công nghệ này việc tạo hình chi tiết sản phẩm trực tiếp từ những thiết kếtrên máy tính Công Nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để thựchiện việc và nhanh chóng tạo ra những sản phẩm hữu hình, truyền đạt được ýtưởng thiết kế của họ đến công nhân hoặc khách hàng Rất thuận lợi trong việc tạothử những sản phẩm mới

Hiện nay một trong những phương pháp tạo mẫu được sử dụng phổ biến nhất

là công nghệ FDM phù hợp với người mới nghiên cứu, giá thành rẻ, dễ dàng sửachữa bảo dưỡng, các linh kiện dễ tìm kiếm ở Việt Nam, đồng thời đây cũng là côngnghệ phổ biến nhất trên thế giới

Bên cạnh những ưu điểm là độ bóng bề mặt thấp, tốc độ in chưa cao … Từ

những ưu điểm và nhược điểm đó nhóm quyết định: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy in 3D cơ cấu core XY” phát huy được những ưu điểm của công

nghệ này nâng cao tốc độ và chất lượng mẫu in

Nội dung của khóa luận được chia làm 5 chương Trong chương 1 trình bàytổng quan về đối tượng nghiên cứu chính để từ đó làm rõ mục tiêu, nhiệm vụ,phạm vi cũng như phương pháp nghiên cứu của đề tài Chương 2 và 3 nội dung củakhóa luận là giới thiệu về công nghệ tạo mẫu nhanh và một số mẫu máy in và phântích đưa ra phương án và thông số máy để từ đó thiết kế khung máy Chương 4 vàchương 5 sẽ là trọng tâm nội dung nói về tính toán thiết kế các cụm trục, một số bộphận cơ khí Bên cạnh đó tính toán và thiết kế hệ thống điện sao cho hợp lý Cuốicùng sẽ tổng hợp nội dung và đưa ra kết luận trong khóa luận này

1.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu, tính toán và thiết kế ra một máy in 3D cơ cấu core XY là việclàm rất cần thiết đối với đội ngũ cán bộ kĩ thuật chuyên ngành chế tạo máy vì đây

là cơ sở thực tiễn bổ sung các hạn chế về lĩnh vực điện –điện tử và điều khiển tựđộng, nó không chỉ cho phép tốc độ in cao hơn nhiều mà còn có chất lượng in rấtcao., nó rất hữu ích và ưu điểm vượt trội so với những loại máy in khác Ngoài ramáy khi được chế tạo thành công sẽ giúp chúng ta giảm được chi phí và thời gianrất nhiều, giá thành rẻ hơn rất nhiều so với việc sử dụng các máy in 3D truyềnthống trên thị trường nhưng vẫn đáp ứng được nhu cầu sản xuất

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy in 3D công nghệFDM

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình máy in 3D cần phải đạt mục tiêu sau :

nghiệm

1.3.3 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế máy in 3D cơ cấu core XY cần phải đạt được mục tiêu như sau:

với một số máy in 3D trên thị trường

những vật liệu thông dụng,không gây độc hại,độ chính xác cao,kết cấu máy đơn giản

và chi phí thấp

1.4 Cơ sở phương pháp nghiên cứu

Dựa vào thực tiễn phân tích các máy loại máy in 3D hiện có trên thị trườngtrong nước và nước ngoài ưu điểm và nhược đểm để làm nền tảng cho việc nghiêncứu lập luận, đưa ra hướng giải quyết đề tài

Nghiên cứu các nguyên lý hoạt động của các cơ cấu áp dụng vào việc phântích, tính toán khi thiết kế và lựa chọn bộ truyền Tham khảo các tài liệu có liênquan đến việc tính toán các cụm trục, thiết kế hệ thống điện và phần mềm điểukhiển cho hệ thống

Nghiên cứu phần mềm mô phỏng máy in

Kết luận chương 1

Trong chương 1 đã cơ bản nghiên cứu tổng quan về máy in 3D cơ cấu core

XY Tìm hiểu được các công nghệ tạo mẫu nhanh có trên thị trường và đưa ra đượcnhiệm vụ, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUÂT CHẾ TẠO BỒI ĐẮP VÀ MỘT

SỐ MẪU MÁY IN 3D 2.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất bồi đắp

Trong lĩnh vực in 3D hiện nay thì vật liệu chủ đạo là nhựa dưới hai thể rắn vàlỏng đối với các cơ sở sản xuất, trung tâm nghiên cứu quy mô nhỏ (phòng lab trongcác trường đại học) Ngoài ra bột kim loại và hợp kim kim loại như nhôm, thép không

gỉ, titan, crôm coban và inconel cũng được nghiên cứu và ứng dụng trong các trungtâm nghiên cứu lớn Chính sự thay đổi về vật liệu này này quyết định về công nghệ

của in 3D là sản xuất chế tạo bồi đắp AM (Additive Manufacturing) khác với việc sản xuất truyền thống là cắt, gọt, ép sản phẩm (Hình 2.1).

Về bản chất, công nghệ in 3D chính là sự kế thừa của công nghệ CNC,Robot công nghiệp và cơ khí chính xác với sự thay đổi về vật liệu gia công Dr

Kodama là cha đẻ của ý tưởng 3D – phát minh ra công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) từ những năm 1980 Lĩnh vực ứng dụng của in 3D rất rộng như: chế

tạo máy, khuôn mẫu, y tế - chấn thương chỉnh hình, thực phẩm và dược phẩm, hóahọc và hóa dầu, động cơ hàng không vũ trụ, phụ tùng ô tô, thiết bị y tế, trao đổinhiệt, thiết bị trộn không khí / dầu / nhiên liệu, cá nhân hoá dụng cụ thể thao, các

bộ phận trong phương tiện vận chuyển cần giảm trọng lượng, tuỳ chỉnh linh kiện

gắn trong dây chuyển sản xuất… Bảng 2.1 liệt kê một số mốc quan trọng trong

lịch sử phát triển của công nghệ này

thống:

khuôn

tạo

+ Cấu trúc liên kết tối ưu hóa các bộ phận và tùy biến đại chúng.

cơ lý tính

Tuy nhiên công nghệ in 3D vẫn có những hạn chế so với các phương pháp sản xuất

Bản quyền công nghệ in FDM thuộc về Stratasys

1992

FDM đã hết thời hạn bảo hộ bản quyền và được nhiều công ty

2009

ứng dụng rộng rãi

Bảng 2.2 Những hạn chế của công nghệ in 3D so với sản xuất truyền thống

Do in 3D được tạo thành bởi các lớp lắp ghép nên độ

cơ khí nguyên khối

với các chi tiết gia công đơn vị thì phương pháp gia công truyền thống là lựa

Độ chính xác của bộ phận gia công dung in 3D phụthuộc vào loại máy và / hoặc quy trình được sử dụng.Một số máy in để bàn có dung sai thấp hơn các máy in

so với thiết kế Mặc dù điều này có thể được khắc phụcvới quá trình xử lý hậu kỳ, nhưng phải lưu ý rằng các

bộ phận được in 3D có thể không phải lúc nào cũngchính xác

Hầu hết các bộ phận được in 3D yêu cầu một số hìnhthức xử lý hậu kỳ Các xử lý này có thể là: chà nhámhoặc làm mịn để tạo ra bề mặt hoàn thiện theo yêu cầu,

tạo thành hình dạng được chỉ định, xử lý nhiệt để đạtđược các đặc tính vật liệu cụ thể hoặc gia công cuốicùng

Hình 2.1 So sánh các chi tiết sản xuất bằng in 3D

và phương pháp truyền thốngTheo tiêu chuẩn ISO/ASTM 52900 về công nghệ gia công bồi đắp thì in 3Dprinting được phân loại thành 6 loại: Binder Jetting, Direct Energy Deposition,Material Extrusion, Material Jetting, Powder Bed Fusion, Sheet Lamination

2.2 Các bước của quá trình in tạo mẫu nhanh

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình tạo mẫu

Bước 1: Tạo mô hình 3D dạng mặt hoặc khối

Bước 2: Xuất dạng file“.STL”

Bước 3: Tạo các chân đỡ sản phẩm

2.3 Giới thiệu một số công nghệ tạo mẫu nhanh

2.3.1 Công nghệ SLA

Phương pháp tạo mẫu nhanh SLA (Stereo Lithography Aparatus) được

phát minh bởi Charles Hull vào năm 1984 và được phát triển bởi công ty 3DSystems – Mỹ (thành lập năm 1996 Charles W Hull và Raymond - S – Freed)

Hình 2.3 Máy tạo mẫu nhanh SLAQuá trình tạo mẫu bằng phương pháp SLA được trải qua 5 giai đoạn:

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLA

*Nguyên lý làm việc

Đầu tiên người ta đặt thiết bị nâng cách bề mặt chất lỏng một khoảng bằngvới độ dày của lớp vật liệu đầu tiên (tức là lớp nằm dưới cùng) Sau đó, chùm tialaser được điều khiển bằng máy tính thông qua hệ thống quét bằng quang học sẽquét lên bề mặt theo những tiết diện của từng mặt cắt Vật liệu lỏng khi bị tác độngcủa chùm tia laser sẽ bị đông đặc lại hoặc là được xử lý Sau đó, Cơ cấu nâng đượcdịch chuyển xuống phía dưới một đoạn đúng bằng chiều dày của một lớp và quátrình được lặp lại Các lớp liên kết lại với nhau thành khối Cuối cùng vật thể đượclấy ra từ thùng đựng chất lỏng và chất lỏng còn lại thông thường được xử lý trong

lò nung đặc biệt Bởi vì chi tiết được tạo thành trong môi trường chất lỏng và bêntrong vật thể còn chứa chất lỏng polyme, do đó cần thiết phải thêm các kết cấu trợgiúp để tăng độ cứng chi tiết và để tránh cho phần chi tiết đã được tạo thành chìmtrong chất lỏng không bị nổi lên hoặc không bị trôi nổi tự do ở trong thùng

Sau khi lấy chi tiết ra khỏi hệ thống SLA, chi tiết phải trải qua một loạt cácquá trình hậu xử lý để làm sạch, gỡ bỏ cơ cấu trợ giúp

* Một số ưu, nhược điểm của phương pháp SLA

trình đúc khuôn kim loại nhanh chóng và chính xác

2.3.1 Công nghệ in 3DP

Công nghệ in 3 chiều (3D Printing Technology) là sản phẩm của hãng

Zcoporation của Mỹ đây là hãng chuyên cung cấp, sản xuất và cung cấp các thiết

bị tạo mẫu nhanh với công nghệ in 3 chiều có tốc độ nhanh nhất hiện nay.Côngnghệ này có thể chế tạo ra các sản phẩm mẫu nhanh, dễ dàng với chi phí thấp từ dữliệu dạng CAD và các dạng kỹ thuật số khác

Hình 2.5 Phương pháp 3DP (Three Dimensional Printing) *Nguyên lý làm việc

Phương pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tắc in “phun mực” Mộtloại mực keo đặc biệt được phun lên lớp bột nhựa đã được trải phẳng và hoá cứng.Như thế là chúng đã tạo ra một lớp và từng lớp dần dần tạo ra vật thể

Công nghệ này được thực hiện qua 5 bước :

hoặc sản phẩm

hình thành

- Sau khi hoàn thành chi tiết hoặc sản phẩm sẽ được bao bọc một lớp bột thừa, lúc nàychỉ việc rung hoặc lắc và nới lỏng bột để lấy chi tiết hoặc sản phẩm ra Bột thừa

có thể tái sử dụng

+ Tốc độ hình thành sản phẩm rất nhanh, có thể gấp 5-10 lần so với công nghệ khác

nhau, màu sắc khác nhau, khối lượng và kích thước với các tỷ lệ khác nhau so với chitiết hoặc sản phẩm thật

chất kết dính

2.3.2 Công nghệ SLS

Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) này được phát minh bởi CarlDeckard vào năm 1986 ở trường đại học Texas và được bằng sáng chế 1989, đượcđưa ra thị trường bởi tập đoàn DTM (được thành lập 1987) Thiết bị đầu tiên đượcthương mại hoá vào 1992 Đây là một trong những phương pháp đầu tiên và đượccông nhận sau SLA Phương pháp này cũng dựa trên quá trình chế tạo từng lớpnhưng chất polymer lỏng được thay bằng vật liệu bột

Hình 2.6 Máy tạo mẫu nhanh SLS

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của phương pháp SLS

*Nguyên lý làm việc

Phương pháp SLS sử dụng tính chất của vật liệu bột là có thể hóa rắn dướitác dụng của nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại) Một lớp mỏng của bột nguyênliệu được trải trên bề mặt của xy lanh công tác bằng một trống định mức Sau đó,tia laser hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm trong đường biên của mặt cắt (không thực

sự làm chảy chất bột), làm cho chúng dính chặt ở những chỗ có bề mặt tiếp xúc

Trong quá trình chế tạo, những phần vật liệu không nằm trong đường baomặt cắt sẽ được lấy ra sau khi hoàn thành chi tiết, và được xem như bộ phận phụtrợ để cho lớp mới được xây dựng

Phương pháp SLS có thể được áp dụng với nhiều loại vật liệu khác nhau:Policabonate, PVC, ABS, nylon, sáp,… Những chi tiết được chế tạo bằng phươngpháp SLS tương đối nhám và có những lỗ hỗng nhỏ trên bề mặt nên cần phải xử lýsau khi chế tạo (xử lý tinh)

+ Chi phí đầu tư cho thiết bị và vật liệu khá cao, lượng vật liệu tiêu tốn lớn

+ Sản phẩm in có thể bị thấm nước bởi độ xốp của chi tiết in SLS được tạo thành từ

khe hở bột

trình in chúng dễ bị cong vênh

+ Các mẫu in bằng công nghệ FDM độ bền tốt, có khả năng chịu nhiệt, chịu va đậplớn.

sử dụng cho việc tạo mẫu yêu cầu độ chính xác tuyệt đối

+ Bề mặt nhẵn của mẫu in bằng FDM có thể đạt được bằng cách xử lý mẫu bằng tay

2.4 Giới thiệu một số mẫu máy in 3D

2.4.1 Máy Prusa i3

Hình 2.9 Máy in 3D Prusa i3

Được phát triển từ những năm 2010 bởi Josef Prusa Đây là một trong nhữngmẫu máy in 3D công nghệ FDM khá phổ biến trên thị trường hiện nay Mức giácủa loại máy này giao động từ 4 triệu đến 6 triệu Ưu điểm của loại máy này là kếtcấu đơn giản, dễ lắp ráp, tuy nhiên nhược điểm là độ chính xác không cao, độ bóng

bề mặt thấp

2.4.2 Máy Delta Kossel

Được phát triển bởi Johann tại Seatle, Mỹ vào năm 2012 Dòng máy này sửdụng cơ cấu delta, công nghệ in FDM, loại nhựa thường được sử dụng là nhựaABS, PLA

Hình 2.10 Máy in 3D Delta Kossel THỐNG SỐ KỸ THUẬT

Thương hiệu: ANYCUBIC

Công nghệ in: FDM (Loại máy: Delta)

Đường kính nhựa/kim in: 1.75/0.4mm

Cân bàn tự động: Có

Hỗ trợ loại nhựa in: PLA, ABS, HIPS, Wood

Số đầu in: 1

vật thể có chiều cao lớn, cơ cấu có độ cứng vững cao

đắt hơn so với dòng máy prusa

Kết luận chương 2

Giới thiệu một số công nghệ in 3D và một số mẫu máy in 3D điển hình vàđược sử dụng khá phổ biến trên thị trường hiện này từ đó làm tiền đề cho việc lựachọn kế cấu và công nghệ in sử dụng trong đồ án

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

MÁY IN 3D CƠ CẤU CORE XY 3.1 Các phương án thiết kế kết cấu máy

3.1.1 Phương án 1

Hình 3.1 Kết cấu robot delta

3.1.2 Phương án 2

Hình 3.2 Truyền động Cartesian – XY.

Trong kết cấu này bàn in sẽ dịch chuyển theo phương Z, đầu phun nhựa dịch chuyển theo phương XY 2 trục XY sử dụng bộ truyền đai theo cơ cấu CoreXY, trục

Bảng 3.1 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án

+ Hoạt động nhẹ nhàng, mượt, êm, ít bị + Chiều cao của máy khá

cao

+ Vật in được giữ chắc chắn hơn do bàn

nhiệt không bị di chuyển trong suốt quá trình in

+ Khung bệ chắc chắn

xác khi in

+ Chiều cao vật in thường

bị hạn chế

dễ làm cho những lớp in

+ Do khối lượng các cơcấu di động lớn nên quántính lớn, dễ rung động

3.2 Lựa chọn phương án và thông số thiết kế máy.

3.2.1 Lựa chọn phương án.

Dựa vào những ưu điểm cũng như khuyết điểm của từng kết cấu như trên (Bảng 3.1.) nhóm đã quyết đinh chọn phương án 2 – Cartersian XY cho máy 3.2.2 Thông số thiết kế máy

3.3 Trình tự thực hiện

Kết luận chương 3

Sau khi đưa ra phương án và có thông số thiết kế máy ta tiến hành bắt đầu tính toán, thiết kế

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ 4.1 Thiết kế khung máy

Kết cấu khung máy in 3D không phải chịu tải trọng lớn nên nhóm chọn thiết

kế khung máy in bằng nhôm định hình 20x20 để giảm giá thành cho máy, dễ tháolắp, dễ sửa

Hình 4.1 Kích thước nhôm định hình

Hình 4.2 Nhôm định hình 3D

Khung máy là bộ phận quan trọng, chịu lực lớn nhất của máy nên yêu cầu độchính xác khi gia công phải cao.

Các thanh nhôm định hình phải được về kích thước và vuông góc khi lắp ghép nên các thanh nhôm được cắt bằng máy cưa cầm tay với dung sai 2 - 3mm

Hình 4.3 Máy cưa cầm tay

Để đảm bảo độ vuông góc của các thanh nhôm nên được nối ke 3 góc, tán chữ T, ke góc vuông và bu lông lục giác

Hình 4.4 Ke 3 góc, bu lông lục giác, ke góc vuông, tán chữ T.

Hình 4.5 Ke 3 góc, bu lông lục giác, ke góc vuông, tán chữ T 3D.

Hình 4.6 Bản vẽ khung máy

Thông thường thì có 3 kiểu lắp như sau: (Trích trang 40 [5])

vững cao, chịu được tải trọng cao giảm sự rung động của trục Z, tuy nhiên kết cấuphức tạp, khó lắp đặt

- Kiểu 2: fixed – free một đầu vitme để tự do, kiểu lắp này có kết cấu đơn giản

nhất, dễ lắp đặt, chịu tải trọng thấp tương đương với kiểu fixed – support, độ cứngvững thấp hơn kiểu fixed – fixed

vững thấp hơn so với kiểu fixed – fixed, khả năng chịu tải trung bình

Từ 3 kiểu trên nhóm xin chọn kiểu 3 vì ( một đầu vít me được gắn với ổ bi

và một đầu vít me cố định.)

Lực dọc trục.

Tính toán vít

me đại ốc

Chọnvít me

đai ốc

Tínhlực vàtảitrọng

Tínhchiều

dàibánkính

vítme