Chủ trương của nhà nước là đẩy mạnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, phấn đấu sớm đưa nước ta trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại. Chính vì vậy, các ngành phục vụ cho công cuộc đổi mới và phát triển này đang được quan tâm một cách tích cực. Mục tiêu là tạo ra đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên, lao động tay nghề cao có thể làm chủ được công nghệ và các phương tiện, máy móc hiện đại. Trong đó phải nói đến công nghệ gia công tia lửa điện còn gọi là EDM và công nghệ in 3D. Hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining - EDM) bao gồm có hai bộ phận chủ yếu: máy công cụ và nguồn cung cấp điện. Máy công cụ gắn điện cực định hình (đóng vai trò là dao) và điện cực tiến tới bề mặt chi tiết gia công sinh ra một lỗ chép hình hình dạng của dụng cụ. Nguồn năng lượng cung cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện giữa điện cực và bề mặt chi tiết và bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi. Sự phát triển của khoa học, công nghệ đã cho ra đời máy in 3D – một thiết bị giúp cải tiến đáng kể quy trình sản xuất. Nhờ vào việc áp dụng những tính năng hiện đại, thiết bị cho phép người dùng tạo ra những sản phẩm có độ chính xác cao nhất nhằm đẩy nhanh quá trình sản xuất và kinh doanh. Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Văn Chơn, thầy đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành bài thực hành này. Trong quá trình thiết kế và gia công do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế, nên không tránh khỏi thiếu sót nhóm em rất mong được sự chỉ bảo của thầy và sự đóng góp ý kiến của các bạn. Nhóm em xin chân thành cảm ơn Thầy !
QUY ĐỊNH ĐỐI VỚI SINH VIÊN
1 Phải có thẻ và đồng phục khi vào phòng thực hành.
2 Phải có mặt của giảng viên thì mới được vào phòng thực hành.
3 Không được tự ý dẫn người lạ vào phòng thực hành Thấy có người lạ phải báo cho giảng viên xử lý.
4 Không được mang thức ăn, nước uống vào phòng thực hành.
5 Giấy nháp, khăn giấy sau khi sử dụng phải bỏ vào thùng rác.
6 Không được phép: chơi game, nghe nhạc, xem phim trong giờ thực hành.
7 Không được tháo lắp và tự ý đi chuyển thiết bị từ vị trí này tới vị trí khác.
8 Không được rút dây nguồn máy tính, màn hình và các thiết bị khác.
9 Cuối giờ thực hành phải tắt máy tính, sắp xếp gọn gàng.
QUY ĐỊNH ĐỐI VỚI GIẢNG VIÊN
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D
Công nghệ in 3D là phương pháp sản xuất tiên tiến, cho phép tạo ra các vật thể ba chiều bằng cách xếp chồng từng lớp vật liệu như nhựa, kim loại hoặc các chất liệu khác Quy trình này giúp tạo ra sản phẩm có độ chính xác cao và đáp ứng đa dạng nhu cầu trong các lĩnh vực như công nghiệp, y tế, xây dựng và thiết kế In 3D là xu hướng mới trong sản xuất hiện đại, mang lại nhiều lợi ích về tốc độ, chất lượng và khả năng sáng tạo.
In 3D hay còn gọi là công nghệ in 3D, là kỹ thuật in sử dụng công nghệ in đắp dần từ mô hình thiết kế Kỹ thuật này dựa trên nguyên lý tạo từng lớp vật liệu để hình thành sản phẩm theo bản thiết kế số hóa 3D là tên viết tắt của từ 3-Dimension (3 chiều), được dùng để chỉ những hình ảnh có độ sâu, giúp tái hiện vật thể một cách sống động như thật nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm đồ họa hiện đại Công nghệ in 3D hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất công nghiệp đến y tế, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả sáng tạo.
Công nghệ in 3D là phương pháp sản xuất bồi đắp hiện đại, dựa trên thiết kế 3D của sản phẩm để tạo ra sản phẩm với độ chính xác và chi tiết cao Quá trình in 3D bắt đầu bằng việc chuyển đổi thiết kế 3D thành dữ liệu điều khiển Gcode thông qua phần mềm cắt lớp (Slicer), sau đó dữ liệu này được nạp vào máy in 3D để thực hiện tạo hình sản phẩm Hiện nay, người dùng có thể lựa chọn nhiều công nghệ in 3D khác nhau như: SLA, FDM, SLS, DMLS, LFS tùy theo nhu cầu và ứng dụng cụ thể.
2 Lợi ích ứng dụng công nghệ in 3D
Công nghệ in 3D mang lại nhiều lợi ích vượt trội cho cá nhân và doanh nghiệp, giúp tiết kiệm thời gian, chi phí sản xuất, đồng thời tạo điều kiện thử nghiệm ý tưởng nhanh chóng Ngoài ra, in 3D hỗ trợ cá nhân hóa sản phẩm theo yêu cầu, tăng tính linh hoạt trong thiết kế, giảm thiểu lãng phí vật liệu và nâng cao hiệu quả phát triển sản phẩm mới Việc ứng dụng công nghệ này góp phần đẩy mạnh sự sáng tạo, đổi mới và nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường.
Công nghệ in 3D cho phép tạo mẫu nhanh chóng chỉ trong vài giờ hoặc vài ngày, giúp rút ngắn đáng kể thời gian sản xuất so với các phương pháp truyền thống vốn có thể mất nhiều ngày hoặc thậm chí lên đến vài tuần để thử nghiệm ý tưởng và thiết kế Điều này làm tăng hiệu quả quy trình phát triển sản phẩm và tối ưu hóa chi phí cho doanh nghiệp.
Công nghệ in 3D hiện nay cung cấp các phần mềm và phần cứng thân thiện, giúp người tiêu dùng dễ dàng tiếp cận và ứng dụng Nhờ đó, các doanh nghiệp có thể nhanh chóng tìm hiểu và tích hợp công nghệ in 3D vào quy trình sản xuất, chỉ mất vài ngày để triển khai hiệu quả giải pháp hiện đại này.
Chất lượng mẫu thử được cải thiện đáng kể nhờ công nghệ in 3D, vì sự đa dạng về vật liệu, thiết kế linh hoạt và thời gian sản xuất nhanh chóng giúp tạo ra những mẫu thử chất lượng cao, vượt trội so với phương pháp sản xuất truyền thống vốn bị hạn chế về thiết kế, thời gian và vật liệu.
In 3D printing, chi phí nhân công được tiết kiệm đáng kể so với các phương pháp tạo mẫu truyền thống, bởi quy trình in chỉ cần một người vận hành và ban hành lệnh in, không đòi hỏi nhiều lao động thủ công hay kinh nghiệm sử dụng máy móc phức tạp Đây là ưu điểm giúp giảm tổng chi phí đầu tư cho việc phát triển mẫu thử, tăng hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp.
Kỹ thuật sản xuất truyền thống giúp tạo ra số lượng lớn sản phẩm giống nhau, nhưng lại hạn chế sự sáng tạo, khiến thiết kế trở nên đơn điệu và khó cải tiến Điều này làm cho việc tạo ra các sản phẩm độc đáo gần như không thể với phương pháp truyền thống Tuy nhiên, xu hướng thiết kế sáng tạo và tự do tùy biến ngày nay đã mang đến cơ hội để mỗi sản phẩm sở hữu nét đặc trưng riêng, đáp ứng tốt hơn nhu cầu cá nhân hóa và tạo dấu ấn thương hiệu nổi bật trong thị trường cạnh tranh hiện đại.
Thực hành gia công EDM ThS Trịnh Văn Chơn in 3D cho phép cá nhân hóa, giúp tạo nên sản phẩm đáp ứng yêu cầu riêng biệt từ khách hàng.
Ví dụ, sử dụng in 3D để tạo ra một hàm răng giả có thiết kế chính xác, vừa khít với khuôn hàm của bệnh nhân.
Công nghệ in 3D giúp hạn chế rác thải hiệu quả nhờ chỉ sử dụng lượng vật liệu cần thiết để tạo mẫu, giảm thiểu lãng phí nguyên liệu Ngoài ra, việc tái sử dụng các vật liệu từ những sản phẩm in 3D trước đó rất dễ dàng, góp phần giảm lượng chất thải phát sinh từ quá trình sản xuất bồi đắp Điều này không chỉ bảo vệ môi trường mà còn tiết kiệm đáng kể tài nguyên và chi phí cho doanh nghiệp.
Máy in 3D hiện nay được phân thành hai loại chính: máy in 3D công nghiệp và máy in 3D để bàn Máy in 3D công nghiệp, với độ chính xác từ 0.03 đến 0.1mm, được thiết kế theo tiêu chuẩn chất lượng cao cấp, mang lại khả năng sản xuất sản phẩm đạt độ chính xác vượt trội so với máy để bàn Bên cạnh đó, dòng máy này còn có thể vận hành liên tục trong thời gian dài mà không cần bảo dưỡng hoặc sự can thiệp từ người vận hành, đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất chuyên nghiệp hiện đại.
Máy in 3D công nghiệp nổi bật với tốc độ sản xuất nhanh hơn gấp 10 đến 15 lần so với các loại máy in để bàn, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm thời gian Một số dòng máy in 3D công nghiệp phổ biến hiện nay bao gồm: máy in 3D Resin EP-A350, EP-A450, máy in 3D FDM Bigrep Studio-G2, Bigrep ONE và EOS M100 Sử dụng các loại máy này mang lại giải pháp in ấn hiệu quả cho doanh nghiệp, đáp ứng đa dạng nhu cầu sản xuất hiện đại.
Máy in 3D để bàn với độ dày lớp in từ 0.15~0.35mm sở hữu thiết kế sang trọng, vận hành êm ái, đáp ứng sự tiện lợi và dễ sử dụng, đồng thời đảm bảo hoạt động liên tục ổn định, rất phù hợp cho môi trường văn phòng Các dòng máy in 3D để bàn phổ biến trên thị trường bao gồm Formlabs Form 3B, Cubicon Style NEO A31C, Cubicon Style NEO A22C, Cubicon Single Plus và Formlabs Fuse 1 Máy in 3D để bàn chính là giải pháp tối ưu cho nhu cầu in ấn chuyên nghiệp nơi công sở.
- Chủ yếu là in bằng nhựa, bằng kim loại và chất hữu cơ.
Các loại vật liệu in 3D bằng nhựa phổ biến hiện nay bao gồm nhựa ABS, nhựa PLA, nhựa Resin, nhựa Grey Pro, nhựa Standard và nhựa Elastic Nhờ tính chất đa dạng và độ bền cao, các loại nhựa này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như sản xuất ống cống, ống chất thải, linh kiện ô tô và dụng cụ nhà bếp, đáp ứng hiệu quả nhu cầu thiết kế và chế tạo sản phẩm đa dạng.
Nhóm vật liệu in kim loại phổ biến bao gồm nhôm, dẫn xuất cacbon, thép không gỉ, vàng, bạc (thường được sử dụng trong máy in 3D nữ trang) và titanium Các vật liệu này có đặc điểm nổi bật là độ cứng cao và thường được xử lý ở dạng bột trong quá trình in 3D kim loại.
Nhóm vật liệu chất hữu cơ sẽ có thể in trên chất liệu có thể ăn được như: socola,đường kính,….
Thực hành gia công EDM ThS Trịnh Văn Chơn
Bước 1: CAD Model Creation (tạo mô hình CAD 3 chiều)
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ EDM
1 Khái niệm gia công EDM
Gia công EDM (Electrical Discharge Machining) là phương pháp gia công hiện đại, chuyên dùng để xử lý các vật liệu có độ cứng cao trong các ngành công nghiệp như cơ khí chính xác, chế tạo khuôn mẫu Kỹ thuật này giúp đảm bảo hiệu quả và độ chính xác tối ưu, đáp ứng yêu cầu sản xuất hiện đại và được ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng gia công những chi tiết phức tạp mà các phương pháp truyền thống khó thực hiện.
Hệ thống gia công EDM gồm hai bộ phận chính là máy công cụ và nguồn cung cấp điện Máy công cụ lắp đặt điện cực định hình, giữ vai trò như dao cắt, và điện cực này tiếp xúc với bề mặt chi tiết để tạo ra lỗ có hình dạng mong muốn Nguồn cung cấp điện tạo ra tần số cao, sản sinh các tia lửa điện liên tục giữa điện cực và chi tiết, giúp bóc tách lớp kim loại thông qua quá trình ăn mòn nhiệt độ và hóa hơi, đưa vật liệu ra khỏi phôi bằng chuỗi phóng điện nhanh, giữa hai điện cực được ngăn cách bởi chất lỏng điện môi và chịu tác động của hiệu điện thế.
Trong quá trình này, một điện cực được gọi là điện cực dụng cụ hoặc điện cực, còn điện cực kia gọi là điện cực phôi hoặc phôi Đặc biệt, quá trình gia công diễn ra mà dụng cụ và phôi không tiếp xúc vật lý trực tiếp, đảm bảo độ chính xác và tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.
Khi hiệu điện thế giữa hai điện cực tăng lên, cường độ điện trường trong khoảng không gian giữa các điện cực cũng tăng theo, dẫn đến hiện tượng đánh thủng điện môi của chất lỏng và sinh ra hồ quang điện Điều này cho thấy quá trình tăng điện áp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính cách điện của chất lỏng và gây ra hiện tượng phóng điện, đồng thời tác động đến độ an toàn và hiệu quả của hệ thống điện.
Kết quả của quá trình này là vật liệu bị loại bỏ khỏi các điện cực Khi dòng điện dừng hoặc được ngắt tùy vào loại máy phát điện, một lượng chất điện môi lỏng mới sẽ được chuyển vào vùng giữa các điện cực, giúp cuốn đi các hạt rắn và mảnh vụn Đồng thời, các đặc tính cách điện của chất điện môi được phục hồi, đảm bảo hiệu quả hoạt động và duy trì an toàn cho hệ thống.
Việc thêm chất điện môi lỏng mới vào thể tích liên điện cực, thường gọi là quá trình xả, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống Sau khi dòng điện chạy qua, hiệu điện thế giữa các điện cực sẽ được khôi phục, đảm bảo quá trình vận hành liên tục và ổn định Phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hiệu suất và tăng tuổi thọ cho thiết bị điện, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường bằng cách giảm lượng chất thải phát sinh.
Thực hành gia công EDM yêu cầu người vận hành tiến hành quá trình phục hồi, như ThS Trịnh Văn Chơn đã thực hiện, đưa hệ thống về trạng thái trước khi xảy ra sự đánh thủng, nhằm tạo điều kiện cho điện môi lỏng mới được thay thế và chu trình gia công EDM được lặp lại một cách hiệu quả Việc kiểm soát quá trình này giúp đảm bảo ổn định chất lượng bề mặt và nâng cao hiệu suất gia công cơ khí chính xác theo yêu cầu kỹ thuật.
Quy trình EDM có thể được sử dụng theo hai cách khác nhau:
Một điện cực được tạo hình sẵn theo hình dạng của chi tiết cần gia công sẽ di chuyển thẳng đứng xuống và tiến hành phóng điện vào bề mặt phôi thép tại vị trí đã thiết lập trước, giúp đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gia công bằng phương pháp EDM.
Một điện cực dây dọc có đường kính nhỏ như kim hoặc nhỏ hơn, được lập trình di chuyển liên tục để bào mòn hoặc cắt một khe hẹp qua phôi, giúp tạo ra hình dạng theo yêu cầu trong quá trình gia công chính xác.
2 Ứng dụng của công nghệ EDM
Gia công tia lửa điện EDM là công nghệ gia công cơ khí hiện đại, ngày càng phổ biến trong các ngành sản xuất ô tô, xe máy, điện tử, máy bay và y tế Công nghệ này thường được ứng dụng để gia công khuôn mẫu cùng các sản phẩm cơ khí có độ chính xác cao, biên dạng phức tạp và độ cứng lớn, giúp xử lý hiệu quả những vật liệu mà các máy công cụ truyền thống không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật.
3 Nguyên lý hoạt động của công nghệ EDM
Mặc dù các nguyên lý gia công EDM đều giống nhau, nhưng quy trình thực hiện lại có sự khác biệt rõ rệt giữa gia công EDM có dây và gia công EDM chìm Cả hai phương pháp đều sử dụng cực dương và cực âm để định hình phôi dựa trên các thông số kỹ thuật của chi tiết cần sản xuất Tuy nhiên, cách mà mỗi quy trình sử dụng dòng điện để hoàn thiện quá trình gia công lại hoàn toàn khác nhau, tạo nên đặc điểm riêng biệt giữa EDM có dây và EDM chìm.
Trong gia công EDM chìm, một hiệu điện thế được tạo ra giữa dụng cụ và vật liệu gia công, cả hai đều dẫn điện và được ngâm trong chất lỏng điện môi như dầu hydrocarbon hoặc nước khử ion Khe hở đánh lửa giữa dụng cụ và phôi được duy trì trong môi trường chất điện môi, giúp kiểm soát quá trình gia công Trường điện sinh ra phụ thuộc vào hiệu điện thế và khoảng cách khe hở đánh lửa, đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao trong gia công bằng EDM chìm.
Công cụ lấy cực âm, trong khi vật liệu làm việc của máy phát điện lấy cực dương, tạo điều kiện cho sự di chuyển của các electron tự do trên công cụ dưới tác động lực tĩnh điện khi trường điện bắt đầu Nếu công suất làm việc hoặc năng lượng liên kết của electron nhỏ hơn giá trị ngưỡng, các electron sẽ phát xạ từ công cụ được nối với cực âm Hiện tượng này được gọi là phát xạ lạnh, đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành máy phát điện.
Trong môi trường điện môi, các electron phát ra lạnh được tăng tốc về phía vật liệu làm việc, và khi đạt đến vận tốc cùng năng lượng nhất định, chúng di chuyển tiếp tục về phía vật liệu này Quá trình này dẫn đến các va chạm giữa electron và các phân tử điện môi, gây ra sự ion hóa các phân tử điện môi, phụ thuộc vào hàm công hoặc năng lượng ion hóa của phân tử điện môi cũng như năng lượng của electron Khi electron tăng tốc, các va chạm tạo ra ion dương và electron mới, làm tăng hiệu quả quá trình ion hóa trong môi trường điện môi.
Quá trình tuần hoàn làm tăng đáng kể nồng độ electron và ion trong chất lỏng điện môi tại khe hở giữa dụng cụ và vật liệu gia công, dẫn tới nồng độ cực cao và hình thành trạng thái plasma trong kênh đánh lửa Khi đó, điện trở của kênh plasma ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình gia công và hiệu quả vận hành.