Đồ án 2 thiết kế máy nghiên cứu, chế tạo và iều khiển máy in 3d dạng bột (powder bed 3d printer)

Ở Việt Nam hiện nay công nghệ in 3dang dần ược ưa vào ứng dụng trong quá trình sản xuất với các loại máy in 3d achủng loại và nguồn gốc như máy in của Nga, Tây Ban Nha, Ba Lan,... CHƯƠNG

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trên thế giới ang phát triển với tốc

ộ như vũ bão, không ngừng vươn tới những ỉnh cao mới, trong ó có những thành tựu

về tự ộng hóa sản xuất

Khẳng ịnh vai trò quan trọng của công nghệ tự ộng trong chiến lược côngnghiệp hóa và hiện ại hóa nền kinh tế nước ta là một việc hết sức có ý nghĩa, tạo rakhả năng phát triển nền kinh tế với tốc ộ cao, vững chắc và lâu dài

Ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến việc tự ộng hóa các nghành kinh tế, kỹthuật trong ó có cơ khí chế tạo ã thực hiện từ nhiều thập kỉ Máy in 3d ược ưa vàosản xuất trong các quy trình gia công tạo mẫu nhanh, tạo ra các chi tiết có biên dạngphức tạp, Ở Việt Nam, nhiều công ty tư nhân cũng ang bắt ầu ứng dụng ưa vàocông việc sản xuất

Hiện nay, nhu cầu gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp với tốc ộ và ộchính xác cao hơn Với những chi tiết dạng này các phương pháp truyền thống khó

có thể gia công hoặc nếu gia công thì cũng mất nhiều thời gian và công sức Chính

vì vậy mà công nghệ in 3d ang ngày càng phổ biến không chỉ ở lĩnh vực công nghiệpmáy móc mà còn hiện hữu a dạng trong các lĩnh vực khác như y tế, giáo dục,…Công nghệ in 3d ã ánh dấu bước mở ầu cho cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ 4tạo ra ảnh hưởng to lớn trên nhiều lĩnh vực Ở Việt Nam hiện nay công nghệ in 3dang dần ược ưa vào ứng dụng trong quá trình sản xuất với các loại máy in 3d achủng loại và nguồn gốc như máy in của Nga, Tây Ban Nha, Ba Lan,

Với những lý do trên, nhóm sinh viên Cử nhân Cơ iện tử K14 Đại Học Kinh –

Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Hà Nội chúng em ược giao nhiệm vụ ồ án tốt nghiệp nhưsau: “Nghiên cứu, chế tạo và iều khiển máy in 3d dạng bột (powder bed 3d printer)”bao gồm những nhiệm vụ sau ây:

+ Nghiên cứu, tìm hiểu về lịch sử phát triển của máy in 3d

+ Nghiên cứu, thiết kế tổng thể máy in 3d về kết cấu cơ khí, hệ thống iều khiển

và lập trình iều khiển máy

+ Chế tạo ược một mô hình máy in 3d thu nhỏ dựa theo những iều kiện có sẵn Trong quá trình nghiên cứu và chế tạo, chúng em ã gặp nhiều khó khăn, do ềtài mới mẻ, thời gian và kiến Sau một thời gian nghiên cứu, thiết kế và chế tạo,chúng em ã hoàn thành ược thức còn hạn chế Tuy nhiên nhờ sự cố gắng của bảnthân và ặc biệt là sự chỉ dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn, cùng bộ môn CôngNghệ Chế Tạo Máy ến nay chúng em ã hoàn thành ược các nhiệm vụ của ồ án tốtnghiệp

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cùng Bộ môn công nghệ chế tạo máy ãtạo iều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt thời gian vừa qua

Một lần nữa chúng em xin cảm ơn!

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D HỆN NAY

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D VÀ MỘT SỐ MÁY IN 3D HIỆN NAY

1.3 Các công nghệ in 3D

1.3.1 Nguyên lý chung của công nghệ in 3D

1.3.2 Công nghệ Tạo hình nhờ tia laser (SLA)

1.3.3 Công nghệ Thiêu kết lazer chọn lọc (SLS)

1.3.4 Công nghệ Mô hình hóa bằng phương pháp nóng chảy lắng ọng

(FDM)

1.3.5 Công nghệ in 3D dán nhiều lớp (LOM)

1.3.6 Công nghệ Laser kim loại thiêu kết trực tiếp (DMLS)

1.3.7 Công nghệ in phun sinh học (Inkjet-bioprinting)

1.4 Ứng dụng công nghệ in 3D

1.5 Yêu cầu kỹ thuật ối với máy in 3D dạng bột

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÔ HÌNH MÁY IN 3D DẠNG BỘT (POWDER BED 3D PRINTER)

2.1 CHỌN KẾT CẤU CHO MÔ HÌNH

Hình 2.1 Mô hình máy in 3D

Hình 2.2 Sơ ồ nguyên lí hoạt ộng của máy

2.2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LỰA CHỌN CÁC CHI TIẾT TRÊN MÔ HÌNH

2.2.1 Các loại cơ cấu truyền ộng

Hình 2.4 Truyền ộng vít me ai ốc

2.2.2 Tính toán, thiết kế cơ cấu truyền ộng

2.2.3 Tính toán sơ bộ chọn ộng cơ cho 2 bộ truyền của mô hình

2.2.4 Các chi tiết khác trong mô hình

2.2.4 Kết Luận:

2.3 LẮP RÁP HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.3.1 Khái niệm về lắp ráp hệ thống cơ khí

2.3.2 Kỹ thuật lắp ráp

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH MÁY IN 3D

MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY

3.1.1 Mô hình hệ thống iều khiển

3.1.2 Sơ ồ ấu dây

3.2 LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

3.2.1 Module iều khiển ộng cơ bước A4988

3.2.2 Shield Ramps 1.4 Controller

3.2.3 Arduino Atmega 2560

3.2.4 Lazer và Module iều khiển Lazer

3.2.5 Nguyên liệu sử dụng bột nhựa PVC

3.3 ĐỘNG CƠ BƯỚC VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC

3.3.1 Động cơ bước

3.3.2 Nguyên lý hoạt ộng của ộng cơ bước

3.3.3 Ghép nối máy tính

CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MÁY

4.1 PHẦN MỀM ARDUINO IDE

4.2 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN REPETIER

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN BẰNG PHẦN MỀM NX

5.1 TỔNG QUAN VỀ CAE

Hình 5.1 Phân tích cấu trúc bằng CAE

Hình 5.2 Phân tích truyền nhiệt bằng CAE

Hình 5.3 Phân tích va chạm bằng CAE

5.2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM NX- NASTRAN

5.2.1 Giới thiệu phần mềm NX

5.2.2 Giới thiệu Module Simulation/ NASTRAN

5.3 PHÂN TÍCH KIỂM NGHIỆM BỀN CHI TIẾT TRỤC DẪN HƯỚNG (TRỤC X)

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY

IN 3D HỆN NAY

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Yêu cầu xã hội

Công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping – RP) là công nghệ sảnxuất tiên tiến, bên cạnh việc lập trình gia công trên máy CNC ể gia công chếtạo sản phẩm người ta xây dựng mô hình CAD 3D trên máy tính và gia côngtheo cách thực hiện trực tiếp từ những dữ liệu của mô hình

Với các vật liệu dạng bột, các phương pháp truyền thống như tiện, phay,bào không thể gia công tạo sản phẩm Thay vào ó ta sử dụng phương pháp in3d ể thêu kết vật liệu dạng này thông qua tác dụng nhiệt của ầu ốt laser hoặcthêu kết bằng ầu phun nước,…

Từ ó các kĩ sư ã thiết kế và chế tạo máy in 3d có ộ chính xác cao hơn, inược trên các vật liệu khác nhau, giảm thời gian tạo ra sản phẩm và yêu cầu sảnxuất in ra mô hình phức tạp mà các phương pháp truyền thống khó chế tạo Tại Việt Nam các máy in 3d công nghiệp cũng ã có mặt trên thị trườngtrong nhiều năm và phần lớn ược cung cấp bởi các công ty hoạt ộng thươngmại Máy in 3d tạo bước phát triển lớn trong nghành công nghiệp tạo mẫunhanh

Đa phần các máy in 3d tại Việt Nam ược các công ty sản xuất hàng loạtvới công nghệ tiên tiến nhưng bù lại lại có chi phí cao, không linh hoạt trongcuộc sống và ược phục vụ vào mục ích tạo ra các sản phẩm hàng loạt

Kết luận

Trong xu thế ó nhằm mục ích chế tạo một máy công cụ chính xác có thểlinh hoạt trong cuộc sống thực hiện ược tại gia ình và chi phí thấp nhằm phục

vụ trong in các chi tiết, ồ dùng, quà lưu niệm,… Nhóm ã nghiên cứu, chế tạo

và iều khiển máy in 3d dạng bột

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D VÀ MỘT SỐ MÁY

IN 3D HIỆN NAY

Định nghĩa và khái niệm

In 3D là một dạng công nghệ ược gọi là sản xuất ắp dần/ ắp lớp (AdditiveManufacturing) Các quá trình ắp dần tạo ra các ối tượng theo từng lớp, khácvới các kỹ thuật úc hoặc cắt gọt (như gia công)

Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ (American Society for TestingMaterials - ASTM) ã ưa ra một khái niệm rõ ràng về công nghệ sản xuất ắp

dần: “Công nghệ sản xuất ắp dần là một quá trình sử dụng các nguyên liệu ể chế tạo nên mô hình 3D, thường là chồng từng lớp nguyên liệu lên nhau, và quá trình này trái ngược với quá trình cắt gọt vẫn thường dùng ể chế tạo xưa nay” Có thể thấy ây là một phương pháp sản xuất hoàn toàn trái ngược so với

các phương pháp cắt gọt - hay còn gọi là phương pháp gia công, mài giũa vậtliệu nguyên khối - bằng cách loại bỏ hoặc cắt gọt i một phần vật liệu, nhằm cóược sản phẩm cuối cùng Còn với sản xuất ắp dần, ta có thể coi nó là côngnghệ tạo hình như úc hay ép khuôn, nhưng từ những nguyên liệu riêng lẻ ể ắpdần thành sản phẩm cuối cùng

Có nhiều thuật ngữ khác cũng ược dùng ể chỉ công nghệ in 3D như côngnghệ tạo mẫu nhanh, công nghệ chế tạo nhanh và công nghệ chế tạo trực tiếp.Như vậy, hầu hết các thuật ngữ này ều ra ời dựa trên cơ chế hay tính chất củacông nghệ

Lịch sử công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D ra ời ã ược hơn 30 năm nay Thiết bị và vật liệu sản xuất

ắp dần ã ược phát triển trong những năm 1980 Năm 1981, Hideo Kodama củaViện Nghiên cứu Công nghiệp thành phố Nagoya (Nhật Bản) ã sáng tạo raphương pháp tạo một mô hình bằng nhựa ba chiều với hình ảnh cứngpolymer, nơi diện tích tiếp xúc với tia cực tím ược kiểm soát bởi một mô hìnhlớp hay phát quang quét Sau ó, vào năm 1984, nhà sáng chế người MỹCharles Hull của Công ty Hệ thống 3D (3Dsystems) ã phát triển một hệ thốngnguyên mẫu dựa trên quá trình này ược gọi là Stereolithography, trong ó cáclớp ược bổ sung bằng cách chữa giấy nến với ánh sáng cực tím laser Hull ịnhnghĩa quá trình như một "hệ thống ể tạo ra các ối tượng 3D bằng cách tạo ramột mô hình mặt cắt của các ối tượng ược hình thành," nhưng iều này ã ượcphát minh bởi Kodama Đóng góp của Hull là việc thiết kế các ịnh dạng tậptin STL (STereoLithography) ược ứng dụng rộng rãi trong các phần mềm in3D

Năm 1986, Charles Hull ã sáng tạo ra quy trình Stereolithography – sảnxuất vật thể từ nhựa lỏng và làm cứng lại nhờ laser Sau ó ông ăng ký bảnquyền cho công nghệ in 3D “Thiêu kết lazer chọn lọc” (Selective lasersintering - SLS) có sử dụng file ịnh dạng STL (Standard TessellationLanguage) Hull cũng thành lập công ty 3Dsystems và ến nay nó là một trongnhững công ty cung cấp công nghệ lớn nhất hiện nay trong lĩnh vực in 3D

Ưu, nhược iểm của công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D có những ưu iểm chính: Tốc ộ hình thành sản phẩm rất

nhanh so với công nghệ khác; Chi phi ầu tư sở hữu thấp nhất trong lĩnh vực

công nghệ tạo mẫu nhanh; Chi phí nguyên vật liệu và chi phí sản xuất thấp;

Đa dạng về vật liệu chế tạo và các ứng dụng; Có thể in các vật có cấu tạo hìnhhọc phức tạp mà không cần giá ỡ; Dễ dàng chuẩn bị, sử dụng và bảo dưỡng;

Là công nghệ tạo mẫu có ầy ủ màu sắc lên ến hàng triệu màu; Cho phép chếtạo các sản phẩm a dạng từ các vật liệu khác nhau, màu sắc khác nhau, khốilượng và kích thước với các tỷ lệ khác nhau so với chi tiết hoặc sản phẩm thật

Về các hạn chế hiện tại của in 3D, khác nhau tùy theo kỹ thuật in, bao

gồm tốc ộ in hiện tại chưa thực sự tương xứng với tiềm năng, kích thước ốitượng ược in hạn chế, chi tiết hoặc ộ phân giải của ối tượng còn giới hạn, chiphí vật liệu còn cao, và trong một số trường hợp, ộ bền chắc của sản phẩmược in cũng hạn chế Tuy nhiên, trong những năm gần ây ã có những tiến bộnhanh chóng trong việc giảm các hạn chế này

1.3 Các công nghệ in 3D

1.3.1 Nguyên lý chung của công nghệ in 3D

Hình 1.1 Nguyên lý chung của công nghệ in 3D

Để bắt ầu in 3D, người ta cần một bản thiết kế vật thể 3D trên phần mềmCAD, một phần mềm quen thuộc hỗ trợ thiết kế trên máy tính Mô hình củavật thể hoặc ược thiết kế trực tiếp trên phần mềm này hoặc ược ưa vào phầnmềm thông qua việc sử dụng thiết bị quét laser Sau khi bản thiết kế ược hoànthành, ta cần tạo ra tài liệu STL - Standard Tessellation Language, một dạngtài liệu quen thuộc với công nghệ sản xuất ắp dần Làm tesselate theo ngôn

ngữ Tesselation chuẩn là chia một vật thể thành những a giác nhỏ hơn, ể môphỏng cho cấu trúc bên ngoài và cả bên trong của vật thể Đây là phần rấtquan trọng trong sản xuất ắp dần Khi tài liệu ã ược hoàn thiện, hệ thống sẽchia nhỏ thiết kế mẫu thành nhiều lớp khác nhau và chuyển thông tin ến thiết

bị sản xuất ắp dần Sau ó, hệ thống sản xuất ắp dần sẽ tự chế tạo vật thể theotừng lớp một cho ến khi vật thể cần sản xuất ược hoàn thiện Để sản xuất cácvật thể, các hệ thống máy in 3D sử dụng kết hợp nhiều công nghệ khác nhau.Các công nghệ này ược phân loại dựa vào bản chất vật liệu In 3D hay sảnxuất ắp dần có thể làm việc với vật liệu rắn (nhựa, kim loại, polymer), vật liệulỏng (nhựa lỏng ông cứng lại nhờ tác ộng của laser hay ánh sáng iện tử), hayvật liệu dạng bột (bột kim loại, bột gốm kết dính với nhau tạo thành sảnphẩm…)

Sau quá trình này thường có thêm một vài khâu hoàn thiện sau sản xuất Cóthể là loại bỏ bụi bẩn hoặc các chất liệu khác bám trên sản phẩm Ngoài ra, ôi khi chúng ta cần thêm quá trình thêu kết ể có thể phủ kín các lỗ hổng trên sản phẩm Hoặc sử dụng một vài quá trình thẩm thấu ể phủ kín sản phẩm bằng các vật liệu khác

Ngày nay một loạt các công nghệ in ược sử dụng, mỗi loại ều có những

ưu iểm và hạn chế riêng Các công nghệ chính bao gồm: “Thiêu kết lazer chọnlọc” (Selective laser sintering - SLS), “Thiêu kết lazer chọn lọc trực tiếp”(Direct metal laser sintering - DMLS), “Mô hình hóa bằng phương pháp nóngchảy lắng ọng” (Fused deposition modeling - FDM), “Tạo hình nhờ tia laser”(Stereolithography) và “In phun sinh học” (Inkjet bioprinting)

1.3.2 Công nghệ Tạo hình nhờ tia laser (SLA)

Đây là công nghệ in 3D xuất hiện ầu tiên và cũng là công nghệ in 3D chitiết chuẩn xác nhất, có sai số thấp nhất trong các công nghệ in 3D khác Hiện3D Systems là hãng nắm bản quyền thương mại công nghệ in 3D này Côngnghệ in 3D SLA là một công nghệ in 3D vẫn hoạt ộng theo nguyên tắc “ ắplớp” có ặc iểm khác biệt với các công nghệ khác là dùng tia UV làm cứngtừng lớp vật liệu in (chủ yếu là nhựa lỏng)

Tương tự công nghệ SLS, các máy in 3D sử dụng công nghệ SLA sử dụng chùm tia laser/UV hoặc một nguồn năng lượng mạnh tương ương ể làm “ ông cứng” các lớp vật liệu in 3D là nhựa dạng lỏng, nhiều rất nhiều lớp như vậy sẽ tạo nên vật thể in 3D SLA Lớp in SLA có thể ạt từ 0.06, 0.08, 0.1,… mm Công nghệ này ược sử dụng ể chế tạo ra các vật phẩm 3D chỉ từ nhữnghình ảnh trên máy tính và công nghệ này cho phép người dùng kiểm tra cácmẫu thiết kế một cách nhanh chóng, chính xác trước khi quyết ịnh ầu tư sảnxuất hàng loạt

Về nguyên lý hoạt ộng: Sau khi tập tin 3D CAD ược kết nối dưới ngôn ngữ

STL (Tessellation language) thì quá trình in ược bắt ầu: Lớp nhựa lỏng ắp lênmẫu 3D thiết kế sẵn tia UV làm cứng lớp nhựa này, sau ó nhiều lớp ược ắplên nhau cho ến khi ạt chỉ số kỹ thuật của vật thể ã ịnh sẵn Các lớp in 3DSLA có thể ạt từ 0.06mm, 0.08mm, 0.1mm tùy vào nhu cầu in

Hình 1.2 Mô hình cấu tạo của SLA

Ưu iểm:

Công nghệ SLA có khả năng tạo ra các mô hình có ộ chi tiết cao, sắc nét

và chính xác Về các công nghệ in 3D sử dụng vật liệu nhựa, thì ây là côngnghệ tạo ra sản phẩm in 3D là nhựa tốt nhất, có thể sử dụng ngay, ộ phân giải,

ộ mịn cao, có thể nói là cao nhất hiện nay

1.3.3 Công nghệ Thiêu kết lazer chọn lọc (SLS)

Công nghệ này này cũng dựa trên quá trình chế tạo từng lớp nhưng chấtpolymer lỏng ược thay bằng vật liệu bột

Hình 1.4 Mô hình Công nghệ SLS

Công nghệ SLS vận hành tương tự SLA nhưng vật liệu ở dạng bột gốm

sứ, thép, titan, nhôm, bạc, thủy tinh,… Tia laser giúp liên kết các hạt bột vớinhau Đặc biệt, bột thừa sau quy trình có thể tái chế nên rất tiết kiệm Có thểtạo lớp bằng vật liệu phụ trợ là keo chuyên dụng (có khi kèm màu sắc nếu in3D a sắc màu), hoặc tia laser, tia UV,…

Nhìn chung, SLS là công nghệ tạo mẫu dựa trên vật liệu dạng bột Sửdụng tia laser, công nghệ SLS nung kết các loại vật liệu dạng bột khác nhauvới nhau ể tạo ra mẫu dạng rắn Công nghệ in 3D SLS là chìa khóa ể các máy

in 3D tạo ra những sản phẩm a dạng, ặc biệt là in 3D bằng chất liệu kimloại/gốm

Nguyên lý hoạt ộng

Phương pháp SLS sử dụng tính chất của vật liệu bột là có thể hóa rắndưới tác dụng của nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại) Một lớp mỏng củabột nguyên liệu ược trải trên bề mặt của xy lanh công tác bằng một trống ịnhmức Sau ó, tia laser 10 hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm trong ường biên củamặt cắt không thực sự làm chảy chất bột), làm cho chúng dính chặt ở nhữngchỗ có bề mặt tiếp xúc Trong một số trường hợp, quá trình nung chảy hoàntoàn hạt bột vật liệu ược áp dụng Quá trình kết tinh có thể ược iều khiểntương tự như quá trình polymer hoá trong phương pháp tạo hình lập thể SLA.Sau ó xy lanh hạ xuống một khoảng cách bằng ộ dày lớp kế tiếp, bột nguyênliệu ược ưa vào và quá trình ược lặp lại cho ến khi chi tiết ược hoàn thành

Ưu iểm:

Khả năng tạo mẫu bằng các loại vật liệu dạng bột khác nhau như nhựa,kim loại, thủy tinh, gốm Tạo mẫu a dạng về màu sắc, có thể tạo ra các mẫuhình dạng phức tạp, không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ, không cần cấu trúc hỗtrợ SLS ã ược sử dụng chủ yếu ể tạo nguyên mẫu, nhưng gần ây ã ược ứngdụng cho sản xuất theo từng yêu cầu cụ thể Ví dụ, General Electric ã muamột công ty công nghệ SLS ể chế tạo các bộ phận cho ộng cơ phản lực thươngmại Công nghệ SLS thích hợp ể in các mô hình có thành mỏng, các chi tiếtcần ộ dẻo Đặc biệt, SLS là lựa chọn tuyệt vời khi cần in những mô hình lớnhoặc có phần rỗng phía dưới áy Xét về ộ mịn bề mặt, công nghệ SLS chochất lượng cao hơn công nghệ FDM, tuy nhiên rất khó ể phân biệt ộ mịn cáclớp in bằng mắt thường

Nhược iểm:

Phức tạp, chi phí ầu tư cao, chi phí vận hành cao do hao tổn vật liệu lớn.Các mô hình kín và có phần rỗng bên trong vẫn phải tiêu tốn một lượng vậtliệu khá lớn

ẩy ra qua vòi ùn lên mặt phẳng ế

Trong máy in 3D (FDM) vật liệu nóng chảy ược ẩy ra, ầu ùn sẽ di chuyểnmột biên dạng 2D Độ rộng của ường ùn có thể thay ổi trong khoảng từ (từ

0,193mm ến 0,965mm) và ược xác ịnh bằng kích thước của miệng ùn Miệngcủa vòi ùn không thể thay ổi trong quá trình tạo mẫu, vì thế cần phân tích các

mô hình tạo mẫu trước khi chọn vòi ùn thích hợp

Hình 1.6 Công nghệ in 3D FDM

Vì giá thành máy và vật liệu in 3D rẻ, nên công nghệ này ang là côngnghệ in 3D phát triển mạnh nhất, phổ biến nhất hiện nay

Ưu iểm: Là công nghệ in 3D giá rẻ, dễ sửa chữa và thay thế chi tiết máy

móc, in với số lượng lớn, ít tốn nguyên liệu Thường sử dụng trong các sảnphẩm cần chịu lực Tốc ộ tạo hình 3D nhanh Quá trình tạo mẫu nhanh củaFDM không giống như công nghệ SLA, LOM, SLS phải sử dụng tia laser ểtạo hình sản phẩm mà công nghệ tạo mẫu nhanh FDM ơn giản hơn rất nhiều,

ộ tin cậy cao, bảo dưỡng dễ dàng Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM sử dụngvật liệu nhựa nhiệt dẻo không ộc, không mùi, và do ó sẽ không gây ô nhiễmmôi trường xung quanh Thiết bị hoạt ộng tạo ra ít tiếng ồn

Nhược iểm: Ít khi dùng trong lắp ghép vì ộ chính xác không cao Khả

năng chịu lực không ồng nhất

Hình 1.7 Sản phẩm công nghệ in 3D (FDM)

1.3.5 Công nghệ in 3D dán nhiều lớp (LOM)

Các ối tượng 3D ược tạo ra từng lớp, mỗi lớp sẽ ược cắt bằng tia laserhoặc dụng cụ cắt chuyên dụng (cắt theo ường biên dạng với tốc ộ khoảng 15inch/giây) sau ó ược dán chặt từng lớp, từng lớp vào với nhau tạo ra sảnphẩm Sau khi vật liệu dư thừa ược cắt bỏ, ối tượng có thể ược ánh giấy ráphoặc ược sơn Mặc dù ộ chuẩn xác của các loại máy in 3D công nghệ này làhơi thấp hơn so với các công nghệ SLA hay SLS, nhưng LOM là một trongnhững công nghệ in ấn giá cả phải chăng nhất và 3D nhanh nhất ể tạo các bộphận tương ối lớn Nó cũng cho phép tạo nhiều màu sắc 3D in các ối tượng

Ưu iểm: Vật liệu a dạng, rẻ tiền Về nguyên tắc có thể sử dụng các loại vật

liệu: giấy, chất dẻo, kim loại, composites và gốm; Độ chính xác cao ạt ược tốthơn 0,25 mm Bằng việc cắt vật liệu thay vì hóa rắn nó, hệ thống có thể bảo

vệ ược những ặc tính ban ầu của vật liệu; Không cần thiết kết cấu hỗ trợ; Tốc

ộ cao, nhanh hơn các phương pháp tạo lớp khác bởi vì tia laser không cắt toàn

bộ diện tích mà chỉ quét theo chu vi bên ngoài Do ó, vật liệu dày và mỏng cótốc ộ cắt bằng nhau; Không có sự thay ổi pha trong quá trình chế tạo chi tiếtnên tránh ược ộ co rút của vật liệu; Không ộc hại và ô nhiễm môi trường

Nhược iểm: Không thu hồi ược vật liệu dư Sự cong vênh của chi tiết

thường là vấn ề chính của phương pháp LOM; Lấy sản phẩm ra khỏi kết cấu

hỗ trợ khó khăn; Độ bóng bề mặt không cao

Hình 1.8 Máy in 3D công nghệ LOM và một số sản phẩm

1.3.6 Công nghệ Laser kim loại thiêu kết trực tiếp (DMLS)

Công nghệ DMLS là một trong những công nghệ ầu tiên sản xuất nhiều

bộ phận kim loại trong một quy trình Với DMLS, kim loại bột ( ường kínhkhoảng 20 micron), không chứa chất kết dính hoặc chất dẫn xuất, bị tan chảyhoàn toàn khi quét chùm tia laser công suất cao ể chuyển thành một dạng vậtliệu mới với các tính chất của vật liệu ban ầu Lợi thế của công nghệ DMLS

so với công nghệ SLS là ộ phân giải cao hơn do sử dụng các lớp mỏng hơn,ược tạo nên bởi các hạt có ường kính nhỏ hơn Khả năng này cho phép tạo ramột phần hình dạng phức tạp hơn Các lựa chọn vật liệu hiện ang ược cungcấp bao gồm thép hợp kim, thép không rỉ, nhôm, ồng, cobaltchrome, và titan.Tuy nhiên, hầu như bất cứ kim loại hợp kim nào cũng có thể ược sử dụngtrong công nghệ này

Ưu iểm: của công nghệ DMLS so với những công nghệ tạo mẫu nhanh

khác là có thể tạo ra những sản phẩm bằng kim loại với mật ộ ạt trên 95%(công nghệ SLS chỉ ạt 70%) với ộ chính xác và chi tiết cao do mỗi lớp tạohình chỉ dày 20 µm

1.3.7 Công nghệ in phun sinh học (Inkjet-bioprinting)

Công nghệ in phun sinh học Bioprinting sử dụng một kỹ thuật tương tựnhư các máy in phun, trong ó một vòi phun ịnh vị chính xác ặt một chấm nhỏmực in ể tạo thành hình dạng Trong in phun sinh học, vật liệu ược sử dụng làcác tế bào của con người chứ không phải là mực Đối tượng in ược tạo ra bằng

cách phun một hỗn hợp “vật liệu giàn giáo” (như hydrogel có chứa ường) vàcác tế bào sống ược nuôi cấy từ các mô của bệnh nhân Sau khi in, mô ược ặttrong một buồng với nhiệt ộ và iều kiện ôxy thích hợp ể tạo iều kiện cho tếbào tăng trưởng Khi các tế bào ã ược kết hợp, “vật liệu giàn giáo” ược lấy ra

và mô ã sẵn sàng ể ược cấy ghép

Hình 1.9 Công nghệ in phun sinh học

Ưu iểm: của máy in sinh học 3D là mô hoặc cơ quan có thể ược tạo ra

theo từng lớp một ể ạt ược hình học giải phẫu chính xác In sinh học 3D có thểthu ược bằng in bằng laser hỗ trợ sinh học (LaBP) hoặc in phun (IBP)

1.4 Ứng dụng công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D ang ngày càng phát triển, không chỉ giúp cho việc chếtạo khuôn mẫu ược chính xác và dễ dàng hơn mà còn tìm ược nhiều ứng dụngtrong thực tế cuộc sống Công nghệ in 3D ang ược ứng dụng nhiều trong cáclĩnh vực công nghiệp sản xuất chế tạo, y khoa, kiến trúc, xây dựng… Dưới ây

là những lĩnh vực chính ược ứng dụng công nghệ in 3D

Các loại máy in 3D không chỉ phục vụ các sinh viên kiến trúc, ồ họa, cơkhí mà còn có thể áp dụng cho những nhà nghiên cứu, kĩ sư, giảng viên haybất kỳ cá nhân nào có nhu cầu in tạo mẫu 3D

Từ sản xuất công nghiệp ến y học, thẩm mỹ làm ẹp, máy in 3D hoàn toàn

có thể khẳng ịnh vai trò chủ ạo của mình Công nghệ 3D giúp các bác sĩ tạo

mô hình bộ phận cơ thể ể rút ngắn thời gian hội chẩn và phẫu thuật chính xáchơn, ồng thời còn in ra các cơ quan thay thế: tay, chân, xương hàm, tươngthích mức ộ cao với cơ thể bệnh nhân Những chiếc máy in 3D còn giúpngành nữ trang tạo nhanh và chính xác các thiết kế, bỏ qua những công oạntruyền thống trước ây và ưa ra sản phẩm cuối cùng

Hình 1.10 Vỏ ộng cơ ô tô ược in bằng công nghệ in 3D vật liệu bền SLS

Hình 1.11 Tấm lót dày hãng ADIDAS ược làm bằng công nghệ in 3D

Hình 1.12 Mảnh xương sọ in 3D ể cấy ghép

1.5 Yêu cầu kỹ thuật ối với máy in 3D dạng bột

+ Máy phải hoạt ộng ổn ịnh, chạy êm, không xảy ra lỗi trong qua trình giacông + Máy lắp ráp phải có tính công nghệ cao nghĩa là dễ tháo lắp, thaythế, bảo dưỡng

+ Máy sử dụng những chi tiết tiêu chuẩn hóa như bulông, vòng bi, vítme binên dễ dàng thay thế và giá thành của máy cũng thấp i

+ Sản phẩm ược làm ra với thiết kế ẹp mắt, chi phí sản xuất và bảo trì thấp

so với sản phẩm cùng loại của nước ngoài, do ó phù hợp với túi tiền củangười dùng Sản phẩm có các phần mềm hỗ trợ trực quan, dễ hiểu nênmọi người ều có thể sử dụng một cách dễ dàng sau vài giờ tìm hiểu, do ó

có khả năng ưa ra sử dụng rộng rãi, phổ biến

+ Phần mềm giao tiếp giữa máy laser với máy tính là ARDUINO, nó có thể hoạt ộng trên mọi hệ iều hành của Windows, thẩm chí cả laptop thay

vì máy tính ể bàn như các phần mềm khác

+ Tính an toàn của máy: nguồn laser có hại cho mắt của chúng ta nên khi

sử dụng máy cần eo kính chuyên dùng bảo vệ cho cặp mắt của chúng ta

+ Tính thuận tiện của máy: máy khá dễ iều khiển và hiểu chỉnh

+ Tính thẩm mỹ: máy có thiết kế khá dễ nhìn

+ Tính môi trường: Máy không làm ảnh hưởng ến môi trường xung quanh,

không ồn ào, và ặt biệt không gây ô nhiễm môi trường

Nguyên lí làm việc của máy

Máy laser hoạt ộng theo nguyên lý chi tiết ứng im và ầu laser di chuyển,laser ược óng, ngắt tự ộng nhờ relay Dự liệu ược ưa vào máy tính có thể là tựthiết kế hoặc lấy trên mạng, và ược ưa vào phần mềm Repetier ể xử lý và xuấtG-code Ta có thể chỉnh sửa G-code ngay trên giao diện phần mềm Repetier.G-code chạy theo như ý muốn thì em i gia công và không úng thì loại bỏ vàthiết kế lại G-code ạt yêu cầu em i gia công với phần mềm iều khiển Grbl

Controller tương thích với ARDUINO Tại ây mạch ARDUINO sẽ xử lý tín

hiệu từ Grbl Controller xuất ra và xuất xung tín hiệu cho các cơ cấu chấp hành(2 driver TB6560, 1 relay)

• Driver TB6560 sẽ iều khiển ộng cơ bước quay theo tín hiệu xung nhận

ược từ ARDUINO, ộng cơ bước xoay làm ai răng di chuyển và kéo theo laser,

2 ộng cơ bước tạo thành hệ mặt phẳng XOY

• RELAY sẽ óng ngắt laser một cách tự ộng dựa vào tín hiệu từ

Trong ồ án này chúng em tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu cácphần tử trong máy laser tiêu chuẩn Từ ó bắt tay vào chế tạo một mô hình máy

in 3d cỡ vừa Mục tiêc của em trong ồ án này là chế tạo ược mô hình máy in3d hoạt ộng tốt và có thể gia công ược bột nhựa, bột thạch cao, bột xi măng.Máy có thể nhận file Gcode và có thể chỉnh sửa bằng tay trên phần mềm iềukhiển

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÔ HÌNH MÁY IN 3D DẠNG BỘT

(POWDER BED 3D PRINTER)

2.1 CHỌN KẾT CẤU CHO MÔ HÌNH

Nguyên lí hoạt ộng của máy in 3D

Về cơ bản, mô hình máy in 3d của chúng em thể hiện nguyên lí hoạt ộngcủa một máy in 3D ược iều khiển bằng phần mềm chuyên dụng ược dùngtrong thực tế Gồm 3 trục X, Y và Z Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian vàkinh tế, mô hình máy của chúng em vẫn còn một số iều bị hạn chế

Hình 2.1 Mô hình máy in 3D Nguyên lí hoạt ộng:

Động cơ ở các trục X, Y và Z ược kết nối với mạch iều khiển, phần mạchiều khiển này ược kết nối với máy tính Phần mềm iều khiển thông tính toániều khiển và cấp xung cho ộng cơ, làm ộng cơ quay Máy sử dụng truyền ộng

ai răng và vít me, Truyền mômen từ ộng cơ tới các trục làm cụm dẫn ộng batrục chuyển ộng tịnh tiến trên các trục dẫn hướng Chuyển ộng của các cụmiều khiển ba trục phụ thuộc vào phần mềm iều khiển nội suy biên dạng chi

tiết cần in Ta chỉ cần thiết kế mô hình chi tiết, và xuất file từ máy tính nạpvào phần mềm iều khiển

Hình 2.2 Sơ ồ nguyên lí hoạt ộng của máy

2.2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LỰA CHỌN CÁC CHI TIẾT TRÊN MÔ HÌNH

2.2.1 Các loại cơ cấu truyền ộng

Yêu cầu của cơ cấu truyền ộng trong máy in 3D là phải biến chuyển ộngquay của ộng cơ thành chuyển ộng tịnh tiến của đầu phun Việc lựa chọn cơcấu truyền động dựa vào điều kiện làm việc của máy và yêu cầu điều khiển,trên thực tế có nhiều cơ cấu truyền động để biến chuyển động quay thành tịnhtiến như bánh răng-thanh răng, vít me- đai ốc, và truyền động ai ( chi tiết gắntrên đai)… vì các yêu cầu kỹ thuật như gọn nhẹ, giá thành hợp lý, dễ dàng

lựa chọn và sử dụng nhóm em đã chọn đai và vít me -đai ốc làm cơ cấu truyềnđộng cho các trục

+ Truyền động đai răng: trục X, Y

Bảng 2.1 Các thông số hình học của bộ truyền ai

 Ưu iểm: Việc truyền lực có tính àn hồi; chạy êm và ít ồn, chịu sốc;khoảng cách trục có thể lớn; không cần phải bôi trơn; phí bảo dưỡngthấp

 Nhược iểm: Bị trượt qua sự giãn nở của dây ai qua ó không có tỷ lệtruyền chính xác; nhiệt ộ ứng dụng bị giới hạn; thêm tải trọng lên ổtrục do lực căng cần thiết của dây ai

2.2.1.2 Truyền ộng bánh ma sát

Truyền ộng bánh ma sát ược thực hiện nhở sự chuyển ộng của bánh xetrên sống trượt ược làm phẳng Dùng ể biến chuyển ộng quay của bánh xethành chuyển ộng tịnh tiến

Ưu iểm:

+ Chế tạo ơn giản

+ Kích thước tương ối nhỏ gọn

+ Chạy êm, ít gây tiếng ồn

+ Có khả năng truyền ộng trong trạng thái lực lớn

+ Cấu tạo gọn nhẹ

2.2.1.3 Truyền ộng Vít me

Vít me là một hệ thống truyền động , được gia công chính xác để biến đổichuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ chế con vít - bulong( đai vít , hay đai ốc) Để chuyền động một cách trơn tru và chính xác , hoạtđộng liên tục bền bỉ trong thời gian dài ta phải có biện pháp bôi trơn hợp lý Khi trục vít xoay làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến, trục vít quayđược một vòng thì đai ốc sẽ chuyển động tịnh tiến được một đoạn bằng bướcvít

+ Hiệu suất truyền lực thấp, giá thành cao

- Có hai loại vitme:

+ Vít me thường:

là vitme và ai ốc tiếp xúc trực tiếp với nhau và trượt trên nhau qua cácmặt ren Loại này có nhược iểm là ma sat cao do tiếp xúc mặt sinh ra ma sattrượt, và có sai số do khe hở giữa vitme và ai ốc khi ảo chiều chuyển ộng

Để khử sai số của khe hở giữa trục vít và ai ốc người ta gắn một cơ cấu lò

xo vào ai ốc giữ cho ai ốc luôn tiếp xúc với một mặt ren của trục vít

+ Vitme bi (ballscrew ) là một hệ thống chuyền ộng , ược gia công

chính xác ể biến ổi chuyển ộng quay thành chuyển ộng tịnh tiến theo cơ chếcon vít – bu lông ( ai vít , hay ai ốc) Mà tiếp xúc giữa thanh vít và ai vít là

một lớp bi thép ể giảm tối a lực ma sát Giúp chuyền ộng một cách trơn tru vàchính xác , hoạt ộng liên tục bền bỉ trong thời gian dài

Hoạt ộng : Tiếp xúc giữa vít me bi và ai ốc có 1 ường rãnh (rãnh me )ược lắp ầy bởi những viên bi thép Khi trục vít xoay, những viên bi lăn tròntrong mối ren của trục vít và ai óc Điều này nhằm giảm ma sát của chúng.Bởi vì các viên bi cuối cùng sẻ rơi ra ngoài, nên ai ốc có 1 ường ống dẫn về( ường hồi) ể hứng những viên bi khỏi rãnh của trục vít và ưa chúng trở lạiphần ầu của ường bi ở phía cuối của ai óc.Lực ẩy của ai ốc nhẹ nhàng nhờchuyển ộng lăn của những viên bi cuộn tròn, hơn là trượt

2.2.2 Tính toán, thiết kế cơ cấu truyền ộng

2.2.2.1 Thông số ầu vào + Hành trình của các trục:

+ Gia tốc hoạt ộng lớn nhất của hệ

m  35 3 P1

n1Chọn mô un theo dãy tiêu chuẩn

Bảng 2.2 Mô un và chiều rộng ai tiêu chuẩn

Từ kết quả tính ở phần trước ta chọn ai răng có chiều rộng: b=5 (mm) Xác ịnh các thông số của bộ truyền:

+ Số răng z1 của bánh ai ược chọn =20

răng + Số răng z2 ược tính theo công

thức

Tính toán lực trên ai

Khác với các truyền ộng ai dẹt, ai thang và nhiều ai cần phải mắc lên bánh

ai với lực căng ban ầu ủ lớn ể tạo ra lực ma sát cần thiết trong truyền ộng airăng lực căng ban ầu chỉ nhằm khắc phục khe hở khi ăn khớp và ảm bảo cho

ai tiếp xúc tốt với bánh ai Nó chỉ cần lớn hơn do lực li tâm sinh ra

Lực tác dụng lên trục (khi vận tốc không lớn v<20 (m/s))

b) Tính toán trục vít me

Bộ truyền vít me-ai ốc bi: thường ược dùng trong chuyển ộng chạy daocủa máy công cụ NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máymài, máy doa tốc ộ và các loại máy khác Đôi khi còn dùng trong máy tiện,máy tổ hợp, dùng trong truyền dẫn di ộng xà, trụ và các máy công cụ hạngnặng Ngoài dẫn ra còn dùng trong bộ truyền chính của các loại máy cóchuyển ộng tịnh tiến khứ hồi như máy bào giường

+ f=0.01 hệ số ma sát

+ S=2 hệ số an toàn

Tính toán tải trọng ộng:

Cax = (60 Nm L t )1/3  F mx102 = (60 × 333× 45000)1/3× 0,21 × 10-2

=2,02(kgf)

Tính chọn ường kính trục vít:

Ta chọn phương án bố trí ổ bi là một ầu cố ịnh, một ầu tùy ộng

Hình 2.7 Bố trí ổ bi

L = tổng chiều dài di chuyển max + chiều dài ổ bi + chiều dài vùngthoát = 80 + 5 + 5 = 90 mm

Kiểu ổ bi là một ầu cố ịnh, một ầu tùy ộng→ f = 15,1

Tốc ộ quay của ộng cơ 2000 rpm

Hình 2.8 Chọn kiểu vít me bi cho trục Z

Kiểm tra sơ bộ

Vì hai trục Z chịu lực gần như tương tự cho nên ta chỉ cần tính cho mộttrục Tuổi thọ làm việc:

- Trong ó dr là ường kính lõi ren trục vít: dr = 8mm

Tốc ộ này lớn hơn so với tốc ộ quay lớn nhất ược thiết kế Do vậy lựachọn như trên thỏa mãn

GD 𝑗 2 =    l 'D4      (3 d)(1,7d)4

= 7,8 10 3     (3 4)(1,74)4 2

=19,6 kgf.cm32

TL = Tp + Tc = 0,1 + 1,5 = 1,6 𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚

Tính toán ứng suất tác dụng lên trục vít

σ = FAFmaxd r2 2,43,442 = 0.26 N/mm2 = 0.26×106 N/m2

2.2.2.2 Chọn cơ cấu dẫn hướng:

a) Mục dích của cơ cấu dẫn hướng

Đường dẫn hướng ược sử dụng trong máy công cụ nhằm mục ích:

+ Điều khiển dẫn hướng hoặc ường dẫn cho các hoạt ộng của phầnchịu tải hoặc bàn giữ dụng cụ hoặc phôi gia công

+ Cung cấp cho sự chỉnh lý trong trình diễn

+ Định vị trong mối quan hệ với không gian làm việc

+ Bảo vệ khỏi phoi và sự hư hại

+ Yêu cầu của dẫn hướng trong máy iều khiển

chính xác + Đảm bảo dịch chuyển nhỏ nhất của

máy

+ Tránh ược hiện tượng trượt theo bước nhảy

+ Giảm ược tổn thất năng lượng, có khả năng bôi trơn tốt

+ Tuổi thọ và ộ tin cậy cao

b) Các loại dẫn hướng sử dụng trong thực tế

Dẫn hướng dạng chữ V

Dạng chữ V hay chữ V xoay ngược ược sử dụng rộng rãi trong các loạimáy cắt gọt, ặc biệt là máy tiện Một trong những ưu iểm của loại chữ V haychữ V xoay là có thể ịnh hướng song song của dẫn hướng với trục quay,không có hiệu quả khi mòn Có chuyển ộng khép kín như thành phần ổn ịnhtrong các thành phần thấp hơn, và thành phần tự ộng duy trì sự sắp xếp thẳnghàng Vì vậy các máy trục không cần yêu cầu có dẫn hướng chữ V ể tạo radung sai gây bởi sự mài mòn Ở vài máy, góc của chữ V khác nhau ể giảmkhả năng mòn thất thường của bề mặt chữ V

Dẫn hướng dạng phẳng và dạng uôi én ( dạng mang cá )

Mặc dù kiểu hình chữ V có các ưu iểm chắc chắn, nhưng loại hình uôi én

và phẳng vẫn ược sử dụng trong các máy công cụ CNC Loại dẫn hướngphẳng có khả năng chịu tải hơn các loại dẫn hướng khác

Sau thời gian sử dụng, sự mài mòn có thể xuất hiện sự trượt của các bềmặt với nhau Các cần máy trục ược sử dụng ể bảo ảm ộ chính xác lắp của cácmặt trượt ến cả dẫn hướng phẳng và uôi én Các cần máy có dạng hình nón và

có thể iều chỉnh ể giảm dung sai lớn quá mức gây ra bởi sự mòn

Sự tiếp xúc giữa kim loại với nhau trong loại chữ V, phẳng và uôi én củadẫn hướng thường là thép úc với thép úc

Dẫn hướng dạng trụ

Hình 2.9 Dẫn hướng dạng trụ

Đối với dẫn hướng trụ, lỗ khoan phần chịu tải quy ịnh sự chống ỡ xungquanh dẫn hướng Đối với những sự cản trở mối quan hệ nhỏ và các tải trọngnhẹ, các dẫn hướng dạng trụ tỏ ra có hiệu quả Giới hạn trong sử dụng các loạidẫn hướng này cho các òn ngang dài ó là nếu thanh dẫn hướng chỉ chống ỡcho mỗi phần cuối, nó có thể bị võng hoặc bị cong ở giữa của chiều dài ặt tải

Dẫn hướng lăn

Dẫn hướng lăn hay dẫn hướng chống ma sát chuyển ộng tịnh tiến ược sửdụng ể vượt qua hệ số ma sát tương ối cao của ma sát trong tiếp xúc kim loạivới kim loại và kết quả của việc giới hạn ịa chỉ trong phần danh sách ở trên Chúng sử dụng các thành phần cán giữa các phần chuyển ộng và phầntĩnh của máy Chúng mang lại các ưu iểm sau khi so sánh với dẫn hướng masát: + Ma sát thấp

+ Không có trượt

+ Tự do lắp ráp

+ Có lãi trong iều kiện sẵn sàng lắp ặt

+ Sức chứa tải trọng cao

+ Khả năng chứa tải trọng ặt trước nặng

hơn + Tốc ộ òn ngang cao hơn

Các nhược iểm chính của các dẫn hướng này ược so sánh với dẫn hướng

ma sát là khả năng giảm sóc thấp hơn

Hình 2.10 Chi tiết sống dẫn ma sát lăn hình trụ

Số lượng của máy sử dụng ổ ũa ể cung cấp cho các hoạt ộng lăn nhiềuhơn là trượt Các ổ ũa ược tiếp xúc với dẫn hướng ược gia công trên các phần

úc của máy Những loại ổ này rất hiệu quả trong việc gia công mịn và dễ dàngchuyển ộng, nhưng vẫn yêu cầu ộ chính xác hình dạng ược gia công ối với vật

úc Các bề mặt tại iểm tiếp xúc với ổ ũa cần phải ược làm tăng cứng và cần

phải có bề mặt mịn Kết luận:

Chuyển ộng ngang do chịu tải không lớn, di chuyển trên một chiều ngang

dài nên ta dùng dẫn hướng trụ tròn

c) Tính toán trục dẫn hướng

Dẫn hướng trục X

Xác ịnh iều kiện làm việc:

Khối lượng bàn máy, các cột liên kết dẫn ộng theo trục X : WX= 0.1 (kg) Tốc ộ chạy không lớn nhất: v=2m/ph

Lực tác dụng lên mỗi Block của ray trượt ược tính theo sơ ồ sau: Chọn sơ bộ khoảng cách c=130 mm, d=50 mm

Hình 2.11 Sơ ồ lực tác dụng lên ray dẫn hướng trục X

Do tải trọng ặt lên Block ray dẫn hướng là tải trọng nhẹ không áng kể và

ể tiết kiệm chi phí ta chọn ray dẫn hướng tròn không ế Tra catalog Linear

Guideway của hãng TBI ta chọn ược kích thước Block và ray theo tải trọng

tĩnh C0 như sau:

Hình 2.12 Catalog chọn con trượt trục X

Tải trọng ộng cho phép: C = 15 (kgf) = 0, 15 (KN)

Dẫn hướng trục Y

Xác ịnh iều kiện làm việc:

Khối lượng bàn máy, các cột liên kết dẫn ộng theo trục X : Wy= 5.5 (kg)

Do tải trọng ặt lên Block ray dẫn hướng là tải trọng nhẹ không áng kể và

ể tiết kiệm chi phí ta chọn ray dẫn hướng tròn không ế Tra catalog Linear

Guideway của hãng TBI ta chọn ược kích thước Block và ray theo tải trọng

tĩnh C0 như sau:

Hình 2.14 Catalog chọn con trượt trục Y

Tải trọng ộng cho phép: C = 15 (kgf) = 0, 15 (KN)

w

Với ray ược tôi tới ộ cứng 58-60 HRC thì hệ số ộ cứng fh 1

Với nhiệt ộ môi trường làm việc 100ºC thì hệ số nhiệt ộ ft 1

Bảng 2.3 Hệ số tải trọng cảu con trượt

Hệ số tải trọng với tốc ộ làm việc v < 15 (m/ph), lấy fw 1,0-1,2

2.2.3 Tính toán sơ bộ chọn ộng cơ cho 2 bộ truyền của mô hình

2.2.3.1 Các loại ộng cơ

Có 3 loại ộng cơ iện ược ưa ra ể lựa chọn ó là: ộng cơ bước, ộng cơ servo,ộng cơ một chiều

Động cơ bước

Hình 2.15 Động cơ bước

Ưu iểm

+ Không chổi than: Không xảy ra hiện tượng ánh lửa chổi than làm tổnhao năng lượng, tại một số môi trường ặc biệt (hầm lò ) có thể gây nguyhiểm

+ Tạo ược mômen giữ: Một vấn ề khó trong iều khiển là iều khiển ộng cơ

ở tốc ộ thấp mà vẫn giữ ược mômen tải lớn Động cơ bước là thiết bị làm việctốt trong vùng tốc ộ nhỏ Nó có thể giữ ược mômen thậm chí cả vị trí nhừ vàotác dụng hãm lại của từ trường rotor

+ Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi thế rất lớn của ộng cơ bước là ta

có thể iều chỉnh vị trí quay của roto theo ý muốn mà không cần ến phản hồi vịtrí như các ộng cơ khác, không phải dùng ến encoder hay máy phát tốc (khácvới servo)

+ Độc lập với tải: Với các loại ộng cơ khác, ặc tính của tải rất ảnh hưởngtới chất lượng iều khiển Với ộng cơ bước, tốc ộ quay của rotor không phụthuộc vào tải (khi vẫn nằm trong vùng momen có thể kéo ược) Khi momentải quá lớn gây ra hiện tượng trượt, do ó không thể kiểm soát ược góc quay

cơ DC; và ộng cơ servo AC không chổi than dựa trên nền tảng ộng cơ không

ồng bộ