NGHIÊN cứu THIẾT kế hệ THỐNG tạo mẫu NHANH SLS THEO mô ĐUN

ng sỐấỏ Ố n nh nhấỏ ỏheo ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy .... ng sỐấỏ Ố n nh nhấỏ ỏheo ỏrục y ỏác dụng lên ỏoàn máy .... ng sỐấỏ ỏiếp ỏheo ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy .... ng sỐấỏ ỏiếp ỏhe

viii

M căl c

ωh ng 1 T NG QUAN 1

1.1 T ng quan về tình hình nghiên c u, các k t qu nghiên c u trong vƠ ngoƠi n ớc đƣ vông b 1

1.1.1 Đặt v n đề 1

1.1.2 ωông ngh t o m u nhanh 1

1.1.2.1 u, nh c đi m c a ph ng pháp SLS 3

1.1.2.2 V t li u vƠ các s n phẩm t o ra từ công ngh SLS 4

1.1.3 Khái ni m về thi t k s n phẩm theo môđun 5

1.1.4 Tình hình nghiên c u 5

1.1.4.1 Trong n ớc 5

1.1.4.2 NgoƠi n ớc 9

1.2 M c đích vƠ Ủ nghĩa c a đề tƠi 10

1.2.1 M c đích c a đề tƠi 10

1.2.2 ụ nghĩa c a đề tƠi 10

1.2.2.1 ụ nghĩa công ngh 10

1.2.2.2 ụ nghĩa kinh t 11

1.2.2.3 ụ nghĩa xƣ h i 11

1.3 Đ i t ng vƠ ph m vi nghiên c u c a đề tƠi 11

1.4 Ph ng pháp nghiên c u 11

1.5 K t c u c a lu n văn 12

ωh ng 2 ω S Lụ THUY T 13

2.1 Nguyên lỦ lƠm vi c c a thi t b 13

ix

2.2 Các Patent liên quan 14

2.2.1 Patent US 4,863,538 14

2.2.2 Patent s 5,658,412 15

2.2.3 Patent s 6,215,093 15

2.2.4 Patent s 6,554,600 16

2.2.5 Patent s 5,430,666 16

2.2.6 Patent s 5,427,733 17

2.3 M t s máy t o m u nhanh SLS trên th tr ng 18

2.3.1 H th ng Sinterstation HiQ c a 3D Systems 18

2.3.2 Máy Sinterstation 19

2.3.3 Máy HRPS-IV Trung Qu c 20

2.4 Nghiên c u các y u t nh h ng trong quá trình t o m u nhanh SLS 20

2.4.1 nh h ng c a vi c gia nhi t đ n ch t l ng c a s n phẩm 20

2.4.2 nh h ng c a t c đ quét đ n kh năng thiêu k t v t li u 22

2.4.3 nh h ng về đ dƠy c a lớp b t khi thiêu k t 23

2.5 Nguyên t c thi t k t s n phẩm theo môđun 25

2.5.1 Ph ng pháp phơn tích s n phẩm 26

2.5.2 Ph ng pháp phơn lo i 27

2.6 Phơn tích đ i t ng thi t k 32

2.6.1 Nguyên li u b t thiêu k t 32

2.6.2 M u sau khi gia công 33

2.7 Ph ng án thi t k s b 33

2.7.1 S đ đ ng c a máy t o m u nhanh SLS 33

x

2.7.2 S đ h th ng điều khi n 34

ωh ng 3 XÂY D NG QUY TRỊNH THI T K THEO MỌĐUN, THI T K H TH NG, L A ωH N ωỄω MỌĐUN 35

3.1 Phân tích nhi m v thi t k 36

3.1.1 ThƠnh l p nhóm thi t k 36

3.1.2 Phát bi u bƠi toán thi t k h th ng t o m u nhanh SLS 36

3.2 L p k ho ch th c hi n ậ bi u đ thanh cho d án thi t k h th ng t o m u nhanh SLS 37

3.3 Xác đ nh các yêu c u kỹ thu t 38

3.3.1 Xác đ nh yêu c u khách hang đ i với h th ng t o m u nhanh SLS 38

3.3.2 Xác đ nh các yêu c u kỹ thu t c a h th ng t o m u nhanh SLS 38

3.4 Đ a ra Ủ t ng 39

3.4.1 Phơn tích ch c năng 39

3.4.2 Đ a ra Ủ t ng 40

3.5 Đánh giá Ủ t ng 42

3.6 L a ch n ph ng án thi t k c m c p b t 46

3.7 L a ch n ph ng án thi t k bƠn nơng Z 48

3.8 L a ch n ph ng án vƠ thi t k h th ng gia nhi t 50

3.9 L a ch n ph ng án h u xử lỦ 51

3.10 Sử d ng ma tr n quy t đ nh các Ủ t ng thi t k 52

3.11 Xác đ nh các đặc tính h th ng (SLS) c a h th ng t o m u nhanh SLS 55 3.12 Xác đ nh nh h ng c a đặc tính h th ng (SLS) lên các yêu c u ch c năng chung (GFR) c a th th ng t o m u nhanh 60

3.13 Xác đ nh h s t m quan tr ng c a GFR c a h th ng t o m u nhanh 61

xi

3.14 Thi t l p ma tr n đ ng d ng c a h th ng t o m u 61

3.15 Hình thƠnh các môđun c a h th ng t o m u nhanh 75

ωh ng 4 TệNH TOỄN THI T K H TH NG MỄY 77

4.1 ωác thông s ban đ u đ tính toán 77

4.2 Trình t tính toán 78

4.3 Tính toán các thông s cho h th ng t o m u SLS 86

4.4 Tính toán thi t k c m khung máy 97

ωh ng 5 MỌ PH NG L P RỄP VÀ HO T Đ NG ω A MỄY 98

5.1 Phơn tích tính toán thi t k t ng th máy 98

5.2 Phơn tích thi t k các c m ch c năng 98

ωh ng 6 K T LU N VÀ KI N NGH 114

6.1 ωác n i dung đƣ th c hi n c a lu n văn 114

6.2 Ki n ngh h ớng phát tri n c a lu n văn 114

TĨIăLI UăTHAMăKH O 115

SLA Stereo Lithography Apparatus Công ngh t o m u nhanh SLA

LOM Laminated Objective Manufacturing ωông ngh t o m u nhanh LOM

xiii

DANả ẮÁCả ảÌNả Nả

Hình 1- 1 Sơ đồ công nghệ ỏ o mẫỐ nhanh 2

Hình 1- 2 Các s n phẩm ỏ o ỏừ ốậỏ liệỐ bộỏ polymer bằng công nghệ SLS 4

Hình 1- 3 Các s n phẩm ỏ o ỏừ ốậỏ liệỐ bộỏ kim lo i bằng công nghệ SLS 5

Hình 1-4 Cấy ghỨp sọ não 7

Hình 1- 5 Máy ỏ o mẫỐ nhanh ạDM 200mc [4] 8

Hình 1-6 Đế giày ỏ o mẫỐ nhanh 9

Hình 2- 1 NgỐyên lý ho ỏ động c a ỏhiếỏ bị ỏ o mẫỐ nhanh SLS 13

Hình 2-2 Patent US 4,863,538 15

Hình 2-3 Patent 5658412 15

Hình 2- 4 Paỏenỏ s 6,215,093 16

Hình 2- 5 Paỏenỏ s 6554600 16

Hình 2- 6 Paỏenỏ s 5,430,666 17

Hình 2- 7 Paỏenỏ s 542733 18

Hình 2-8.Máy Sinterstation HiQ Sinterstation® Pro DM100 SLM System 18

Hình 2-9.Sinterstation® Pro DM100 19

Hình 2-10 Máy HRPS-IV 20

ả nh 2-11 T o mẫỐ s n phẩm bằng laser ỏhiêỐ kếỏ 21

Hình 2- 12 BiểỐ đồ lắp ráp máy ỏính cá nhân [ ] 26

Hình 2-13 Phân tích t heo cấỐ ỏrúc c a hệ ỏh ng xe [ ] 27

Hình 2- 14 Phân ỏích ỏheo cấỐ ỏrúc c a bộ phận chỐyên chở [ ] 27

Hình 2- 15 Ma ỏrận liên ỏhỐộc chi ỏiếỏ-máy 28

Hình 2- 16 Bộỏ ỏhiêỐ kếỏ ốà s n phẩm mẫỐ d ng nhựa [12] 32

Hình 2- 17 S n phẩm ỏhiêỐ kếỏ d ng kim lo i 33

Hình 2-18 Sơ đồ động c a máy ỏ o mẫỐ nhanh SLS 33

Hình 2- 19 Sơ đồ hệ ỏh ng điềỐ khiển máy ỏ o mẫỐ nhanh SLS 34

Hình 3- 1 QỐy ỏr nh ỏhiếỏ kế ỏheo mô đỐn ỏổng qỐáỏ 35

Hình 3- 2 ảệ ỏh ng ỏ o mẫỐ nhanh SLS 40

Hình 3- 3 ảệ ỏh ng ỏ o mẫỐ nhanh SLS 41

xiv

Hình 3- 4 ảệ ỏh ng cấp bộỏ gia công SLS 41

Hình 3- 5 ảệ ỏh ng cấp bộỏ ốà gia nhiệỏ 42

Hình 3-6 Sơ đồ động máy SLS 43

Hình 3-7 Sơ đồ hệ ỏh ng kếỏ cấỐ chỐng máy SLS ỏheo phương án 1 44

Hình 3-8 Sơ đồ hệ ỏh ng kếỏ cấỐ chỐng máy SLS ỏheo phương án 2 45

Hình 3- 9 Sơ đồ ngỐyên lý cấp bộỏ ngỐyên liệỐ ỏheo phương án 1 46

Hình 3- 10 Sơ đồ ngỐyên lý cấp bộỏ ngỐyên liệỐ ỏheo phương án 2 47

Hình 3- 11 Sơ đồ ngỐyên lý h bàn Z ỏheo phương án 1 48

Hình 3- 12 Sơ đồ ngỐyên lý bàn nâng Z ỏheo phương án 2 49

Hình 3- 13 Sơ đồ ngỐyên lý ốà hệ ỏh ng gia nhiệỏ cho mẫỐ ỏheo phương án 1 50

Hình 3- 14 Sơ đồ ngỐyên lý ốà hệ ỏh ng gia nhiệỏ cho mẫỐ ỏheo phương án 2 51

Hình 3- 15 Kếỏ cấỐ khỐng máy đỡ các cụm kếỏ cấỐ đã lựa chọn 52

Hình 3- 16 SLS các ỏhùng d ng hộp 54

Hình 3- 17 ảệ ỏh ng lăn bộỏ 54

Hình 4- 1 Kếỏ cấỐ chỐng c a hệ ỏh ng ỏ o mẫỐ nhanh SLS 77

Hình 4-2 Mô h nh hóa cụm con lăn 82

Hình 4-3 NgỐyên lý ho ỏ động c a cụm XY 83

Hình 4-4 Mô hình tính toán ( 2-3d) 86

Hình 4-5 Cụm bàn nâng mẫỐ 86

Hình 4-6 Cụm cấp bộỏ 89

Hình 4-7 Mô h nh hóa cụm con lăn 91

Hình 4-8 NgỐyên lý ho ỏ động c a cụm XY 93

Hình 4-9 Mô h nh cụm khỐng máy 97

Hình 5-1 Mô h nh khỐng máy được ỏhiếỏ kế 101

Hình 5- 2.XỨỏ định ốị c đinh là ỏ i chân máy 101

Hình 5- 3 Mô h nh đặỏ lực ỏác dụng lên khỐng máy ỏổng ỏhể 102

Hình 5- 4 Độ dịch chỐyển ỏổng c a khỐng máy 104

Hình 5- 5 Tổng lực ỏác dụng ỏheo phương x ( ạx) 104

Hình 5- 6 Tổng lực ỏác dụng ỏheo phương y ( ạy) 105

xv

Hình 5- 7 Tổng momeỏ ỏác dụng ỏheo phương x ( Mx) 106

Hình 5- 8 Tổng momeỏ ỏác dụng ỏheo phương y ( My) 106

Hình 5- 9 Tổng momeỏ ỏác dụng ỏheo phương z ( Mz) 107

Hình 5- 10 ng sỐấỏ pháp lớn nhấỏ ỏác dụng lên ỏoàn máy 108

Hình 5- 11 ng sỐấỏ pháp nh nhấỏ ỏác dụng lên ỏoàn máy 108

Hình 5- 12 ng sỐấỏ Ố n lớn nhấỏ c a ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy 109

Hình 5- 13 ng sỐấỏ Ố n nh nhấỏ ỏheo ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy 109

Hình 5- 14 ng sỐấỏ Ố n lớn nhấỏ c a ỏrục y ỏác dụng lên ỏoàn máy 110

Hình 5- 15 ng sỐấỏ Ố n nh nhấỏ ỏheo ỏrục y ỏác dụng lên ỏoàn máy 110

Hình 5- 16 ng sỐấỏ ỏiếp ỏheo ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy 111

Hình 5- 17 ng sỐấỏ ỏiếp ỏheo ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy 111

Hình 5- 18 Tổng hợp ng sỐấỏ ỏiếp ỏác dụng lên ỏoàn máy 112

xvi

DANả ẮÁCả B NẢ BI U

B ng 2-1 nh hưởng c a mộỏ s ỏhỐộc ỏính c a ốậỏ liệỐ đến kh năng ỏhiêỐ kếỏ 23

B ng 2-2 B ng ỏổng kếỏ các yếỐ ỏ nh hưởng đến qỐá ỏr nh ho ỏ động c a máy ỏ o mẩỐ nhanh 24

B ng 3-1 So sánh phương án ỏhiếỏ kế cụm định ốị nâng Z 45

B ng 3-2 So sánh phương án ỏhiếỏ kế cụm cấp bộỏ ngỐyên liệỐ 47

B ng 3-3 So sánh phương án ỏhiếỏ kế bàn nâng Z 49

B ng 3-4 So sánh phương án ỏhiếỏ kế hệ ỏh ng gia nhiệỏ 51

B ng 3-5 M i qỐan hệ giữa các bộ phận ỏheo đặc điểm cấỐ ỏrúc ốà đặc điểm ch c năng 57

B ng 3-6 Ma ỏrận qỐan hệ giữa SLS ốà ẢạR c a hệ ỏh ng ỏ o mẫỐ nhanh 60

B ng 3-7 Ma ỏrận đồng d ng ch c năng 67

B ng 3-8 Ma ỏrận đồng d ng kếỏ cấỐ 74

B ng 3-9 Ma ỏrận đồng d ng ỏổng hợp 74

B ng 5-1 B ng chi ỏiếỏ ỏính ỏoán chọn ốà chi ỏiếỏ mỐa 98

B ng 5-2 Thông s lựa chọn sử dụng ỏrong qỐá ỏr nh ỏính ỏoán phân ỏích 99

B ng 5-3 Lực ỏác dụng lên khỐng khi đưa ốào ỏính ỏoán bền 100

B ng 5-4 Ph n lực ốà momen ỏ i chân đế [19] 102

B ng 5-5 Kếỏ qỐ phân ỏích ỏĩnh 103

B ng 5-6 Độ dịch chỐyển ỏổng c a khỐng máy 104

B ng 5-7 Tổng lực ỏác dụng ỏheo phương x ( ạx) 104

B ng 5-8 Tổng lực ỏác dụng ỏheo phương y ( ạy) 105

B ng 5-9 Tổng lực ỏác dụng ỏheo phương z ( ạz) 105

B ng 5-10 Tổng momeỏ ỏác dụng ỏheo phương x ( Mx) 106

B ng 5-11 Tổng momeỏ ỏác dụng ỏheo phương y ( My) 106

B ng 5-12 Tổng momeỏ ỏác dụng ỏheo phương z ( Mz) 107

B ng 5-13 ng sỐấỏ pháp lớn nhấỏ ỏác dụng lên ỏoàn máy 108

B ng 5-14 ng sỐấỏ pháp nh nhấỏ ỏác dụng lên ỏoàn máy 108

B ng 5-15 ng sỐấỏ Ố n lớn nhấỏ c a ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy 109

xvii

B ng 5-16 ng sỐấỏ Ố n nh nhấỏ ỏheo ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy 109

B ng 5-17 ng sỐấỏ Ố n lớn nhấỏ c a ỏrục y ỏác dụng lên ỏoàn máy 110

B ng 5-18 ng sỐấỏ Ố n nh nhấỏ ỏheo ỏrục y ỏác dụng lên ỏoàn máy 110

B ng 5-19 ng sỐấỏ ỏiếp ỏheo ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy 111

B ng 5-20 ng sỐấỏ ỏiếp ỏheo ỏrục x ỏác dụng lên ỏoàn máy 111

B ng 5-21 Tổng hợp ng sỐấỏ ỏiếp ỏác dụng lên ỏoàn máy 112

B ng 5-22.Thông s kỹ ỏhỐậỏ c a các cụm ch c năng ỏrong máy SLS 112

1

Ch ngă1 T NGăQUAN

Hi n nay, t o m u nhanh lƠ m t công ngh đang đ c nghiên c u áp d ng r ng rƣi nhiều n ớc trên th giới, đặc bi t lƠ trong b i c nh toƠn c u hóa vƠ khu v c hóa nền kinh t Trong ch ng nƠy s trình bƠy t ng quan về t o m u nhanh ng d ng trong máy t o m u nhanh SLS

n căđƣăvôngăb

Nhu c u t o ra dòng s n phẩm m u mƣ đa d ng ki u dáng khác nhau trong m t

th i gian ng n là r t lớn: thi t k m u công nghi p, các s n phẩm đúc, các s n phẩm

nh a Theo các s li u th ng kê, hi n nay r t nhiều các doanh nghi p trong vƠ ngoƠi

n ớc mong mu n sử d ng công ngh t o m u nhanh, đ thi t k vƠ đ a s n phẩm c a mình nhanh ra th tr ng

Hi n nay n ớc ta vi c thi t k , ch t o các s n phẩm m u (prototype) bằng công ngh t o m u nhanh cũng nh nghiên c u đ thi t k vƠ ch t o h th ng t o

m u nhanh ch a đ c phát tri n mặc dù nhu c u c a th tr ng lƠ không nh Trên c

s đó đề tƠi “NỂểiên Ế u tểi t Ệ ể tểốnỂ t o mẫu nểanể ẮLẮ tểeo mô đun” đ c

th c hi n nhằm đáp ng nhu c u th c t hi n nay, ti n tới ch t o h th ng t o m u nhanh trong n ớc với giá thƠnh rẻ h n so với các thi t b nh p ngo i

T o m u lƠ mô hình hóa Ủ t ng c a ng i thi t k , tr ớc khi s n xu t hƠng lo t

s n phẩm bao gi ng i ta cũng t o m u tr ớc đ xem xét, phơn tích s phù h p c a

m u so với nh ng yêu c u c a s n phẩm T o m u nhanh cho phép rút ng n chu kỳ chuẩn b s n xu t vƠ s n xu t đ đ a nhanh s n phẩm ra th tr ng

T o m u nhanh có quan h m t thi t với kỹ thu t ng c vƠ có vai trò quan tr ng

đ sửa đ i c i ti n vƠ thi t k m t cách sáng t o mô hình o trên máy tính:

2

Hình 1-1 Ắơ đồ ẾônỂ nỂể t o mẫu nểanể

Do v y, công ngh t o m u nhanh lƠ m t kỹ thu t đ c nh tranh s n phẩm c a

m i doanh nghi p trong th i đ i hi n nay NgoƠi ra công ngh t o m u nhanh có kh năng thay đ i m u mƣ s n phẩm m t cách nhanh chóng

T o m u nhanh áp d ng tích h p các thƠnh t u c a công ngh thông tin, công ngh t đ ng, c khí chính xác vƠ quang h c, laser, cũng nh công ngh v t li u ωông ngh t o m u nhanh hi n nay g m nhiều các ph ng pháp; SLA, LOM, SLS, 3DP, SDM, FDM, SGω, SωSầ Trong các ph ng pháp nƠy, SLS có th sử

d ng v t li u kim lo i cũng nh phi kim lo i, đơy lƠ th m ch c a công ngh nƠy

Ph ng pháp t o m u nhanh SLS (Selective Laser Sintering) đ c phát minh

b i ωarl Deckard vƠo năm 1986 tr ng Đ i h c Texas vƠ đ c bằng sáng ch năm

1989, đ c đ a ra th tr ng b i t p đoƠn DTM (đ c thƠnh l p năm 1987) Thi t b

đ u tiên đ c th ng m i hóa vƠo năm 1992

Gi iăthi u côngăngh ăt oăm uănhanhăSLS

Công ngh t o m u nhanh SLS d a trên ph ng pháp thiêu k t bằng laser (Selective Laser Sintering) lƠ kỹ thu t đƣ đ c phát tri n vƠ c p bằng t i tr ng đ i

h c Texas t i Austin Với s cung c p tƠi chính từ công ty ψFGoodrich, t p đoƠn DTM (1987) đƣ nghiên c u th ng m i hóa kỹ thu t SLS, thi t b t o m u nhanh đ u tiên c a t p đoƠn DTM đƣ đ c th ng m i hóa vƠo năm 1992 NgƠy nay thi t b t o

m u nhanh lo i nƠy cũng đƣ vƠ đang đ c s n xu t b i m t s các công ty khác

T ng t ph ng pháp SLA, ph ng pháp nƠy cũng d a trên quá trình ch t o từng lớp nh ng ch t polymer l ng đ c thay bằng v t li u b t

- V t li u an toƠn: v t li u d ng b t, th ng sử d ng trong công nghi p c khí

vƠ tiêu dùng nh sáp, nh a, g m, kim lo i vƠ h p kim nên hoƠn toƠn không đ c h i ngo i trừ vi c có th gơy b i nên khi sử d ng c n m t s d ng c b o h lao đ ng

đ n gi n nh khẩu trang Tuy nhiên kích th ớc c a b i khá lớn, ngoƠi t m nguy hi m (lớn h n 10µm)

- Không c n c c u h tr (Support) V t li u b t không đ c thiêu k t s có tác

d ng nh c c u h tr cho vi c t o m u V t li u nƠy s đ c d dƠng l y ra sau khi

t o m u vƠ có th đ c tái sử d ng l i sau khi đ c sƠng l c

- Gi m s bóp méo do ng su t: Do m u đ c t o với v t li u b t đƣ đ c nung nóng g n đ n nhi t đ nóng ch y vƠ m u đ c lƠm ngu i từ từ trong thùng b t nên

ng su t d gi m

- Gi m các giai đo n c a quá trình h u xử lỦ nh ch c n phun cát: N u ch dùng với ch c năng lƠ m u s n phẩm, thì hoƠn toƠn có th sử d ng ngay hoặc n u

mu n tăng đ bóng bề mặt thì c n xử lỦ phun cát ωh khi mu n tăng đ c ng g n

nh s n phẩm th t thì mới c n tăng m t đ v t ch t bằng cách xử lỦ l u hoá

- Không c n xử lỦ tinh (Post-curing)

- ωh t o cùng lúc nhiều chi ti t: ωó th s p x p nhiều v t th trong file gia công

đ gia công đ ng th i, ti t ki m th i gian Đ i với các ph ng pháp khác, do khó l y

v t li u h tr (đặc bi t lƠ ph ng pháp LOM, FDM) thì vi c ch t o cùng lúc nhiều chi ti t s r t khó khăn trong vi c h u xử lỦ vƠ tách s n phẩm Tuy nhiên, công ngh SLS lƠ công ngh mƠ vi c l y v t li u h tr lƠ d dƠng nh t nên h u nh không nh

h ng quá trình ch t o đ ng th i nhiều chi ti t

- Thay đ i v t li u c n ph i lƠm s ch máy kỹ cƠng

1.1.2.2 V tăli uăvƠăcácăs năph măt oăraăt ăcôngăngh ăSLS

Hình 1-2 CáẾ s n pểẩm t o từ v t ệi u bột poệymer bằnỂ ẾônỂ nỂể ẮLẮ

b V t li u kim lo i vƠ h p kim:

ωông ngh SLS với kh năng sử d ng v t li u kim lo i vƠ h p kim tr thƠnh

m t trong s ít công ngh t o m u nhanh có th tr thƠnh m t công ngh s n xu t mới thay cho t o m u Nó đƣ tr thƠnh DMLS (direct metal laser sintering) vƠ d n

đ c phát tri n đ th c s tr thƠnh m t công ngh s n xu t nhanh nh gia công ωNω, với m t l i th lƠ không giới h n về yêu c u thi t k (chi ti t khó gia công,

đ ng ng vƠ chi ti tầ)

Với v t li u lƠ kim lo i vƠ h p kim, s n phẩm sau t o m u có th đ c l u hoá

đ tăng m t đ k t dính b t v t li u, t o cho s n phẩm có đ c ng cao vƠ hoƠn toƠn

V t li u phi kim có th lƠ sáp, g mầth ng dùng lƠm lõi cho công ngh đúc

Thi t k s n phẩm theo mô đun lƠ m t ph ng pháp thi t k mới nhằm kh c

ph c nh c đi m c a ph ng pháp thi t k truyền th ng Đ i với ph ng pháp thi t

k truyền th ng, khi chúng ta thay đ i hay c i ti n s n phẩm hi n có thì ph i thi t k

l i toƠn b , vi c nƠy t n r t nhiều th i gian vƠ chi phí phát tri n s n phẩm NgoƠi ra,

ch t l ng vƠ giá thƠnh s n phẩm cũng lƠ m t tr ng i đ i với ph ng pháp nƠy Vì

v y, ph ng pháp nƠy ng d ng t t trong quá trình thi t k s n phẩm đ n gi n Với

ph ng pháp thi t k mới, chúng ta không ph i thi t k vƠ ch t o tr c ti p s n phẩm

n a mƠ nó s đ c phơn chia thƠnh các c m chi ti t hay mô đun ωác mô đun nƠy đ c

l p với nhau về mặt ch c năng nên chúng có th đ c thi t k vƠ ch t o đ c l p nhiều n i với điều ki n lƠ s n xu t đúng theo tiêu chuẩn NgoƠi ra, các mô đun cũng

đ c ki m tra đ c l p với nhau nên khi l p ráp l i với nhau s hình thƠnh m t s n phẩm ch t l ng Khi chúng ta c n thay đ i hay c i ti n s n phẩm lƠm cho s n phẩm

có tính năng u vi t h n s n phẩm cũ thì ta ch c n thêm vƠo, thay th hay hi u ch nh

m t s mô đun s hình thƠnh m t s n phẩm mới mƠ không ph i thi t k l i toƠn b

6

ψách Khoa Tp.HωM vƠ Đ i h c ψách Khoa HƠ N i VƠo các năm 1997 - 1998

tr ng Đ i h c ψách Khoa Tp.HωM, Vi n nghiên c u IMI đƣ cử m t s cán b đi tham quan tìm hi u công ngh nƠy n ớc ngoƠi

Vào tháng 3/1999 t i Khoa ω khí, Đ i h c ψách Khoa TP.HωM chính th c thƠnh l p nhóm T o m u nhanh với nh ng nhi m v nghiên c u t ng quan c a toƠn

b các ph ng pháp công ngh t o m u nhanh cũng nh kinh nghi m nghiên c u tri n khai các n ớc trên th giới

Tháng 9/2000, Khoa ω khí Đ i h c ψách Khoa Tp.HωM kỦ văn b n h p tác toƠn di n với Khoa ω khí tr ng Đ i h c Nanyang Singapore trong đó có vi c ph i

h p nghiên c u về công ngh t o m u nhanh cùng với Giáo s ωhuachekai m t chuyên gia về công ngh t o m u nhanh

Tháng 10/2002, ψ Khoa H c - ωông Ngh vƠ Môi Tr ng đƣ phê duy t, ch p thu n cho tr ng Đ i h c ψách Khoa ậ Đ i h c Qu c Gia Tp.HωM tri n khai đề tƠi

nghiên c u c p NhƠ N ớc: ắNghiên c Ố công nghệ ỏ o mẫỐ nhanh để gia công các

chi ỏiếỏ có bề mặỏ ph c ỏ p”, nằm trong ch ng trình nghiên c u Khoa H c vƠ Phát

tri n ωông ngh ch t o máy Kω.05 với s tham gia c a các đ n v khác nh Đ i h c ψách Khoa HƠ N i, Đ i h c Y D c Tp.HωM, b nh vi n ωh R y vƠ Vi n Nghiên

ω u IMI HƠ N i

Tháng 3 năm 2002 Khoa ω khí, Đ i h c ψách Khoa TP.HωM k t h p với t p đoƠn 3D System đƣ t ch c h i th o l n th hai về công ngh T o m u nhanh T i h i ngh nƠy ngoƠi báo cáo c a ông DockStaler chuyên gia c a hƣng 3D System còn có các báo cáo c a các cán b gi ng d y c a tr ng Đ i h c ψách Khoa HƠ N i, Đ i h c ψách Khoa Tp.HωM, Đ i h c Y D c Tp.HωM vƠ các bác sĩ c a b nh vi n ωh

R y

M t s công b liên quan tới công ngh T o m u nhanh ph i k đ n: Nghiên

c u công ngh t o m u nhanh đ gia công các chi ti t có bề mặt ph c t p / Tr ng

Đ i h c ψách Khoa; Đặng Văn Nghìn, 2004; Nghiên c u d li u hình h c, đ chính xác s n phẩm c a công ngh t o m u nhanh vƠ ng d ng trong ch t o khuôn : Lu n

án ti n sỹ Kỹ thu t: 62.52.04.15 / ψùi Ng c Tuyên - H., 2009; nh h ng c a

ph ng pháp c t lớp tới đ chính xác hình h c c a m u trong công ngh t o m u nhanh/ Nguy n M nh HƠ ω khí ngƠy nay, 2003, s 05 Tr.38-40; Nơng cao tính c nh

7

tranh c a s n phẩm ch t o máy trên c s áp d ng công ngh t o m u nhanh vƠ máy công c bi n hình / Đặng Văn Nghìn // Tham lu n t i H i th o khoa h c công ngh với s phát tri n ngƠnh ch t o máy Vi t Nam, 2003, tr 127-131

Năm 2013, tr ng Đ i H c ψách Khoa TP.HωM k t h p với khoa ngo i th n kinh b nh vi n ωh R y, b nh vi n 115 vƠ b nh vi n nhơn dơn Gia Đ nh đƣ nghiên

c u ng d ng công ngh t o m u nhanh t o chi ti t c y ghép s nƣo vƠ đƣ ng d ng thành công trong th c t [2]

Hình 1-4 Cấy ỂểỨp sọ nụo

a) Mô hình 3D b) MẫỐ ỏừ máy ỏ o mẫỐ nhanh c) Chi ỏiếỏ cấy ghỨp

Đ i h c S Ph m Kỹ Thu t TPHωM đƣ đ u t máy FDM t i Trung tâm công ngh cao

M áy t o mẫu nểanể ạDM 200mẾ với ẾáẾ tểônỂ số ẾônỂ nỂể :

8

Hình 1-5 Máy t o mẫu nểanể ạDM 200mẾ [4]

ωác đề tƠi c p c s PTN (2008-2009): ắNghiên c u thi t k vƠ ch t o mô hình

b điều khi n nhi t đ cho khuôn có kênh d n nh a nóng” t p trung nghiên c u các

b điều khi n nhi t đ cho h th ng khuôn có kênh d n nh a nóng hay đề tƠi c p nhƠ

n ớc (2008-2010) ắNghiên c u thi t k , ch t o máy đo to đ 3D ωNω” lƠ nh ng tiền đề quan tr ng cho vi c tri n khai thi t k ch t o máy t o m u nhanh SLS m t cách hi u qu vƠ tin c y

ωác công ty s n xu t giƠy th thao nh : công ty TNHH Shyang Hung ωhen, p

2 xƣ Thu n An, Huy n Thu n Giao, T nh ψình D ng; công ty TNHH ψao Yoen, huy n ψ n L c Long Anầ đƣ ng d ng công ngh t o m u nhanh trên máy FDM đ

t o ra đ giƠy cho giƠy m u

9

Hình 1-6 Đ Ểiày t o mẫu nểanể

1.1.4.2 NgoƠiăn c

Từ nh ng hi u qu mƠ ωông Ng T o M u Nhanh mang l i, nhiều nhà nghiên

c u từ nhiều chuyên môn khác nhau đƣ t p trung nghiên c u vƠo lĩnh v c nƠy, trong

đó có th k đ n Giáo s Dolenc c a đ i h c Hensinki, xu t thơn từ công ngh thông tin, hi n nay lƠ chuyên gia vi t ph n mềm cho công ngh t o m u nhanh; Giáo s Gibson (Đ i h c HongKong), trước khi lƠ chuyên gia t o m u nhanh, đƣ là giáo s về

t đ ng hoá; Giáo s Rock (Đ i h c Texas) không nh ng lƠ chuyên gia về v t li u

mƠ còn lƠ tác gi c a ph ng pháp FDM

Đƣ có r t nhiều h i th o liên quan tới t o m u nhanh đư c t ch c ωhơu Âu từ

năm 1992 về : - T o m u nhanh - Rapid Prototyping(RP) - T o m u vƠ ch t o nhanh

- Rapid Prototyping & Manufacturing (RP&M) - T o nhanh các h th ng - Rapid System Prototyping(RSP) - T o công c nhanh - Rapid Prototyping Manufacturing tool (RM) - Phát tri n nhanh s n phẩm - Rapid Product Development (RPD) Đƣ có nhiều cu c h i th o t o m u nhanh H i th o T o m u vƠ ch t o nhanh cũng đư c t

ch c nhiều l n H i th o ωhơu Âu vƠ l n đ u tiên t i ψ c Kinh - Trung Qu c vƠo năm 1998

Nh ng u đi m c a t o m u nhanh đƣ đ c các bác sĩ cùng ph i h p nghiên

c u vƠ khai thác t i đa ωác công trình c a h không nh ng đư c báo cáo t i các h i

th o nói trên mƠ còn đư c báo cáo t i 6 h i ngh qu c t chuyên sơu về ph u thu t với s tr giúp c a máy tính vƠ t o m u nhanh trong y h c (ωomputer Assisted

10

Surgery & Rapid Prototyping in Medicine (CAS)) đư c t ch c từ năm 1995 đ n

năm 2001 các công trình nghiên c u áp d ng T o m u nhanh trong y h c còn đư c đăng t i các t p chí Y h c

Vì đây là lĩnh v c Khoa h c liên ngƠnh, do đó đ áp d ng nhanh vƠo s n xu t ngoƠi vi c nghiên c u đ c l p, nhiều trư ng Đ i h c, Vi n nghiên c u, c s s n xu t

vƠ các b nh vi n đƣ h p tác cùng nhau nghiên c u Đi n hình nh t c a ng d ng T o

M u nhanh trong công nghi p có d án mang tên RAPTEω Đơy lƠ d án c ng tác nghiên c u vƠ phát tri n công ngh t o m u nhanh g m 10 thƠnh viên thu c các ngƠnh công nghi p vƠ các tr ng đ i h c c a các n ớc ωhơu Âu, đ c s b o tr c a

c ng đ ng ωhơu Âu M c đích c a d án lƠ chuy n giao các k t qu nghiên c u ra

s n xu t công nghi p, mƠ ch y u lƠ công nghi p ôtô

Về t o m u nhanh trong y h c có khá nhiều d án ph i h p Tr ớc h t lƠ t

ch c Nimbus TωS Đ i h c Kỹ Thu t Lousiana (Mỹ), INωS (Nh t), Anatomics (Ỏc) hoặc d án Phidias c a c ng đ ng ωhơu Âu Đa s h đều ph i h p nghiên c u

D án h p tác lớn nh t lƠ Phidias Đơy lƠ d án h p tác c a 39 thƠnh viên bao

g m các tr ng Đ i h c, Vi n nghiên c u vƠ các b nh vi n c a các n ớc ωhơu Âu

D án Phidias th ng xuyên t ch c các h i th o về áp d ng t o m u nhanh trong y

h c

1.2 M căđíchăvƠăỦănghƿaăc aăđ ătƠi

Nghiên c u thi t k h th ng t o m u nhanh trên công ngh SLS trên c s tích

h p h th ng, mô đun hóa các c m máy

1.2.2.1 ụănghƿaăcôngăngh

Làm ch công ngh SLS vƠ ph ng pháp mô đun hóa, ta có th t o m u nhanh, giúp đ a nhanh s n phẩm ra th tr ng Đơy lƠ m t l i th trong th i đ i c nh tranh toƠn c u nh hi n nay (Ví d : Vi c t o m u nhanh s rút ng n th i gian cho s n phẩm

ra th tr ng xu ng kho ng 1/8 so với tr ớc đơy)

Trong công ngh SLS, có th sử d ng nhiều lo i v t li u, từ sáp, polyme, nh a nhi t dẻo, g m cho đ n kim lo i vƠ h p kim Đặc bi t lƠ với kh năng sử d ng b t

11

kim lo i, có th ng d ng công ngh SLS đ t o khuôn nhanh, vừa ti t ki m v t li u khuôn, vừa gi m giá thƠnh s n phẩm

1.2.2.2 ụănghƿaăkinhăt

Đề tƠi đáp ng đòi h i nhanh chóng t o ra s n phẩm c khí vƠ s khó tính c a

th tr ng về hình dáng, kỹ thu t, gi m th i gian thi t k vƠ ch t o h th ng SLS

Đề tƠi có Ủ nghĩa kinh t cao vì s gi m đ c chi phí nh p máy móc, thi t b công ngh cao

1.2.2.3 ụănghƿaăxƣăh i

Đề tƠi mang tính xƣ h i cao vì đáp ng đ c nhu c u c p thi t vƠ t t y u cho

vi c nghiên c u thi t k h th ng SLS ωhuy n giao công ngh từ Phòng Thí nghi m,

nhơn r ng tới các tr ng ωao đẳng, Đ i h c trong n ớc vƠ doanh nghi p trong n ớc

Đề tƠi đem l i cho ng i thi t k thêm m t l a ch n, đ h có c m giác t tin sáng t o nh ng s n phẩm thi t k mới c a mình, lƠm ra nh ng s n phẩm t i Vi t Nam, t o ra c a c i v t ch t, mang l i l i ích cho gia đình vƠ xƣ h i

Đề tƠi t p trung nghiên c u thi t k h th ng c khí c a h th ng t o m u nhanh SLS theo mô đun N i dung nghiên c u bao g m:

- Nghiên c u t ng quan, xác đ nh yêu c u kỹ thu t trong bƠi toán thi t k ;

- Đ a ra Ủ t ng, l a ch n ph ng án thi t k ;

- Xơy d ng quy trình thi t k h th ng t o m u nhanh SLS theo mô đun

- Tính toán thi t k máy;

- Mô ph ng l p ráp vƠ ho t đ ng c a máy

- T ng quan tƠi li u sách, báo, patent về c u trúc c a máy SLS, thi t k s n

phẩm theo mô đun;

Nguyên lỦ lƠm vi c c a thi t b ; Tìm hi u các Patent liên quan, m t s máy t o

m u nhanh SLS trên th tr ng; Nghiên c u các y u t nh h ng trong quá trình t o

m u nhanh SLS; Nguyên t c thi t k t s n phẩm theo môđun; Phơn tích đ i t ng thi t k vƠ đề ra ph ng án thi t k s b

ωh ng 3: Phơn tích thi t k s n phẩm theo mô đun, thi t k h th ng, l a ch n các mô đun

Phơn tích quy trình thi t k theo mô đun; Thi t k h th ng; Phơn tích thi t k theo mô đun; Đánh giá Ủ t ng; L a ch n ph ng án thi t k c m c p b t; L a ch n

ph ng án thi t k bƠn nơng Z; L a ch n ph ng án vƠ thi t k h th ng gia nhi t;

L a ch n ph ng án h u xử lỦ; Sử d ng ma tr n quy t đ nh các Ủ t ng thi t k ; Xác

đ nh các đặc tính h th ng (SLS) c a h th ng t o m u nhanh SLS; Xác đ nh nh

h ng c a đặc tính h th ng (SLS) lên các yêu c u ch c năng chung (GFR) c a th

th ng t o m u nhanh; Xác đ nh h s t m quan tr ng c a GFR c a h th ng t o m u nhanh; Thi t l p ma tr n đ ng d ng c a h th ng t o m u; Hình thƠnh các môđun c a

h th ng t o m u nhanh

ωh ng 4: Tính toán thi t k máy

ωác thông s ban đ u đ tính toán; Trình t tính toán; Tính toán các thông s cho h th ng t o m u SLS; Tính toán thi t k c m khung máy

ωh ng 5: Mô ph ng l p ráp vƠ ho t đ ng c a máy

Mô ph ng l p ráp các b ph n máy; Mô ph ng k t c u, ho t đ ng, ki m tra bền

ωh ng 6: K t lu n vƠ ki n ngh

13

Ch ngă2 C ăS ăLụăTHUY T

2.1 NguyênălỦălƠmăvi căc aăthi tăb

Hình 2-1 NỂuyên ệý ểo t độnỂ Ế a tểi t bị t o mẫu nểanể ẮLẮ

Ph ng pháp SLS sử d ng tính ch t c a v t li u b t lƠ có th hóa r n d ới tác

d ng c a nhi t (nh nylon, elastomer, kim lo i) M t lớp m ng c a b t nguyên li u

đ c tr i trên bề mặt c a xy lanh công tác bằng m t tr ng đ nh m c Sau đó, tia laser hóa r n (k t tinh) ph n b t nằm trong đ ng biên c a mặt c t (không th c s lƠm

ch y ch t b t), lƠm cho chúng dính chặt nh ng ch có bề mặt ti p xúc Trong m t

s tr ng h p, quá trình nung ch y hoƠn toƠn h t b t v t li u đ c áp d ng Quá trình k t tinh có th đ c điều khi n t ng t nh quá trình polymer hoá trong

ph ng pháp t o hình l p th SLA Sau đó xy lanh h xu ng m t kho ng cách bằng

đ dƠy lớp k ti p, b t nguyên li u đ c đ a vƠo vƠ quá trình đ c lặp l i cho đ n khi chi ti t đ c hoƠn thƠnh

Trong quá trình ch t o, nh ng ph n v t li u không nằm trong đ ng bao mặt

c t s đ c l y ra sau khi hoƠn thƠnh chi ti t, vƠ đ c xem nh b ph n ph tr đ cho lớp mới đ c xơy d ng Điều nƠy có th lƠm gi m th i gian ch t o chi ti t khi dùng ph ng pháp nƠy Ph ng pháp SLS có th đ c áp d ng với nhiều lo i v t li u khác nhau: Policabonate, PVω, AψS, nylon, sápầ Nh ng chi ti t đ c ch t o bằng

ph ng pháp SLS t ng đ i nhám vƠ có nh ng l h ng nh trên bề mặt nên c n ph i

xử lỦ sau khi ch t o (xử lỦ tinh)

14

V t li u sử d ng: Polycacbonate (Pω), nylon, sáp, b t kim lo i (copper polyamide, rapid steel), b t g m (ceramic), glass filled nylon, v t li u đƠn h i (elastomer)

Nguyên lỦ lƠm vi c c a quá trình t o m u nhanh SLS đ c th hi n trên hình 1

S n phẩm đ c chia thƠnh các lát c t từ file đ nh d ng STL t o m t lớp bằng cách

tr i các lớp b t, thiêu k t bằng ngu n laser ωO2 theo các b ớc sau:

Sau khi quá trình k t thúc, s n phẩm đ c l y ra kh i bu ng xử lỦ vƠ có th qua giai

đo n h u xử lỦ hoặc đánh bóng l i nh phun cát tùy từng ng d ng c a s n phẩm

2.2 Các Patent liên quan

Ph ng pháp vƠ thi t b đ l u hóa có ch n l c m t lớp b t nhằm t o ra m t chi

ti t nhiều lớp c n đ c l u hóa Thi t b bao g m m t máy tính điều khi n m t tia laser nhằm h ớng tr c ti p ngu n laser vƠo trong b t đ t o ra m t kh i b t đ c l u hóa NgoƠi ra máy tính cũng quy t đ nh hoặc lƠ đ c l p trình với biên d ng mặt c t ngang c a chi ti t với m i mặt c t ngang m c đích c a tia laser lƠ quét qua lớp b t vƠ tia laser ch lƠm l u hóa nh ng ph n b t bên trong biên d ng c a mặt c t ngang ψ t

đ c ti p t c đ p vƠo vƠ đ c l u hóa cho đ n khi t o thƠnh chi ti t hoƠn ch nh ψ t

có th lƠ nh a, kim lo i, g m s , hoặc lƠ nh ng ch t polymer Với nhi m v nh trên

m c đích c a tia laser lƠm nhi m v quét liên t c đ hình thƠnh nên biên d ng riêng

bi t c a từng mặt c t

c a mô hình ωAD theo m t cách đ cho chúng g n liền với lớp d ới nó Năng l ng

c a ngu n tia laser đ c l a ch n sao cho nó có th lƠm nóng ch y v t li u

16

Hình 2-4 Patent số 6,215,093

Về nguyên t c thi t b nƠy cũng gi ng các lo i trên tuy nhi n h th ng có thi t

b ch a nƠy có m t bên thƠnh có th du i ra theo h ớng thẳng đ ng vƠ nh ng thi t b

h tr cho phép đ đỡ chi ti t di chuy n đ c

Hình 2-5 Patent số 6554600

M t ph ng pháp vƠ thi t b đ ki m tra v t quét c a tia laser trên m t bề mặt phẳng bao g m m t thi t b phát hi n ra l i có ph n ki m tra l i theo ph ng x vƠ theo ph ng y, c m lƠ m t thi t b t l cho nh ng vùng bề mặt phẳng khác nhau

Hình 2-6 Patent số 5,430,666

H th ng điều khi n nhi t đ trong h th ng l u hóa bằng tia laser g m có m t chùm tia laser h i t trên bƠn l u hóa bằng nh ng th u kính h i t vƠ m t b g ng quét ψ c x nhi t phóng ra từ bƠn l u hóa đ c ph n ánh tới b g ng quét vƠ tới

m t h th ng chia đôi ánh sáng giúp ph n x b c x vƠ cho b ớc sóng c a tia laser đi qua ψ c x h i t vô trong m t b tách sóng quang h c giúp đ a ra tín hi u tới m ch điều khi n ngu n đi n M ch điều khi n ngu n đi n điều khi n m t n áp n đ nh năng l ng c a tia laser cũng nh lƠ duy trì n đ nh s phát x nhi t m t m c đ vừa ph i (cũng nh lƠ nhi t đ t i vùng l u hóa)

18

Hình 2-7 Patent số 542733

Hi n nay h th ng SLS đ c bi t đ n nhiều nh t lƠ h th ng Sinterstation H

th ng đ c phát tri n b i t p đoƠn DTM Hi n nay h th ng nƠy đƣ đ c phát tri n

b i 3D Systems với các dòng máy nh Sinterstation® Pro, Sinterstation® HiQ™ (lƠ

phiên b n nơng c p c a dòng máy Sinterstation® 2500plus HiQ ậ High Quality )

Hình 2-8.Máy Sinterstation HiQ Sinterstation® Pro DM100 SLM System

Thông s kỹ thu t c a h th ng

- Ngu n laser:

- HiQ: 30W Laser CO2, t c đ quét t i đa 5m/s

- Không gian gia công: W381 x D330 x H457 mm (57L)

- Ph n mềm điều khi n: Proprietary SLS system

- H điều hƠnh: Windows XP

- Ngu n laser: 50/100/200W Laser ωO2, t c đ quét t i đa 10m/s

- T c đ gia công: t i đa 30cm3/ gi

- Đ ng kính tia laser: 30 - 200 micron

- Không gian gia công: Ø125mm x 80 mm

- Ph n mềm ng d ng đ điều khi n h th ng SLS RP: Power RP 2005

Vi c gia nhi t tr ớc cho b t lƠ m t công đo n th c s r t c n thi t Theo lỦ thuy t t o m u nhanh bằng công ngh lazer thiêu k t, v t li u đƠn h i nhi t dẻo s

đ c tia laser thiêu k t lƠm cho chúng đ t đ n nhi t đ mƠ đó chúng chuy n từ th

r n sang dẻo, sau khi tia laser đi qua các m ng v t li u s hóa c ng tr l i vƠ liên k t với nhau t o thƠnh các lớp mƠ chúng ta mong mu n Khi lớp tr ớc đ c th c hi n xong thì lớp ti p theo cũng đ c th c hi n, lúc nƠy b t đ c thiêu k t không ch k t dính với b t trong cùng m t lớp mƠ còn liên k t với b t lớp tr ớc đó ω nh th

th c hi n từng lớp cho đ n khi hoƠn thƠnh s n phẩm [3]

21

Hình 2-11 ắ o mẫu s n pểẩm bằnỂ ệaser tểiêu Ệ t

Tuy nhiên, vi c nƠy ch có th th c hi n trong điều ki n lỦ t ng khi mƠ trong quá trình t o m u không xu t hi n ng su t sinh ra do nhi t đ Từ quá trình nghiên

c u vƠ ch ng minh bằng th c nghi m cho th y rằng vi c tăng nhi t đ đ t ng t từ nhi t đ môi tr ng đ n nhi t đ hóa dẻo luôn t o ra hi n t ng ng su t nhi t do biên đ dao đ ng c a nhi t lƠ khá lớn

ng xu t sinh ra do nhi t đ d n tới nh ng l i r t d dƠng nh n th y s n phẩm t o thƠnh Th nh t lƠ lớp đ u tiên ta th y rằng mép ti p xúc c a s n phẩm vƠ mặt bƠn nơng xu t hi n nh ng ch b vênh do vi c chuy n pha v t li u đ t ng t Th hai lƠ gi a các lớp v t li u với nhau cũng x y ra hi n t ng t ng t

Đ kh c ph c hi n t ng nƠy ta ph i ti n hƠnh gia nhi t cho b t đ n m t nhi t

đ nh t đ nh tr ớc khi t o m u Vi c gia nhi t cho b t nh v y có tác d ng lƠm cho kho ng dao đ ng nhi t đ từ tr ng thái r n sang tr ng thái dẻo nh vƠ ng c l i Từ

đó, bi n pháp nƠy s lƠm gi m ng su t nhi t xu t hi n trong quá trình t o m u s n phẩm Tùy theo từng lo i b t khác nhau mƠ ta ph i gia nhi t tr ớc cho chúng đ n nhi t đ trung gian đó

H n n a vi c gia nhi t tr ớc cho b t nh th ngoƠi tác d ng lƠm gi m ng

su t do nhi t gơy ra thì bi n pháp nƠy còn có thêm m t công d ng khác n a Đó lƠ, do

đ c gia nhi t tr ớc nên th i gian c n thi t đ thiêu k t v t li u s gi m m t cách đáng k từ đó s lƠm gi m t ng th i gian t o m u cho s n phẩm

22

Năng l ng sử d ng tính toán ngu n nhi t di đ ng đ c t ng h p b i nhiều

y u t , trong đó các y u t ph c v tính toán ch n bao g m: công su t, t c đ quét,

bề r ng đ ng quét, đ dƠy lớp v t li u,ầ M i quan h gi a t c đ c t vc và công

Plaser ậ ωông su t laser

T c đ quét laser lƠ m t trong các tham s c a hƠm về công su t b c x laser Khi đ r ng v t quét bằng đ ng kính c a tia laser b = 2rf vƠ đ dƠy v t li u lƠ h không đ i thì vC ~ Plaser

Khi chi u tia laser trên bề mặt c a v t li u đƠn h i nhi t dẻo thì d ới nh

h ng c a nhi t l ng đ c tia laser t o ra b t khu v c mong mu n t o m u s

bi n d ng vƠ t o thƠnh lớp c n quét Tuy nhiên, không ch b t khu v c c n thiêu k t

b bi n d ng mƠ c b t khu v c xung quanh cũng ch u tác đ ng theo, nh ng m c đ

bi n d ng c a chúng s ít h n lƠ khu v c chính M c đ nh h ng nƠy thay đ i tùy thu c vƠo l ng nhi t mƠ tia laser t o ra vƠ th i gian quét laser

T c đ quét cƠng ch m thì th i gian quét cƠng lơu, nhi t l ng do tia laser t a

ra cƠng lớn, cƠng nhiều v t li u xung quanh tia laser b nh h ng bi n d ng lƠm cho

s n phẩm sau khi hoƠn thƠnh có ch t l ng bề mặt không t t Trong tr ng h p tia laser quá ch m s lƠm nh h ng tới ch t l ng c a lớp đƣ hình thƠnh tr ớc đó Do

đó, t c đ quét laser s quy t đ nh xem l ng b t ch u nh h ng không mong mu n

đó s m c đ nƠo

N u t c đ quét c a tia laser lƠ quá nhanh thì th i gian thiêu k t đ i với v t

li u b t lƠ ch a đ đ đ a v t li u tới nhi t đ mƠ đó v t li u b t đ t tới tr ng thái

23

dẻo Khi đó v t li u b t s không th liên k t với nhau thƠnh m t lớp theo nh mong

mu n vƠ cũng không th liên k t với lớp tr ớc đó

ψề dƠy v t li u h lƠ m t trong các tham s c a hƠm về công su t b c x laser Khi đ r ng v t quét bằng đ ng kính c a tia laser b = 2rf (14) vƠ t c đ quét đƣ

B nỂ 2-1 nể ểưởnỂ Ế a một số tểuộẾ tínể Ế a v t ệi u đ n Ệể nănỂ tểiêu Ệ t

TT ắểuộẾ tínể ắầm quan tronỂ đối với qua trửnể

tểiêu Ệ t

1 Phơn b kích th ớc h t (trung bình) Kh năng thiêu k t

24

Tuy nhiên bề dƠy c a lớp v t li u cƠng m ng thì th i gian t o m u cƠng lơu

Nh ng n u tăng bề dƠy lớp b t lên thì bề mặt s n phẩm s có d ng b c thang đ chính xác gi m xu ng, tăng th i gian, chi phí, công s c cho vi c h u xử lỦ m u

B nỂ 2-2 B nỂ tổnỂ Ệ t ẾáẾ y u tố nể ểưởnỂ đ n quá trửnể ểo t độnỂ Ế a máy

ωông ngh thiêu k t v t li u b t lƠ y u t quy t

đ nh ch t l ng c a chi ti t sau khi thiêu k t

Lo i laser nƠo s đ c sử d ng, công su t nƠo

lƠ phù h p, công ngh laser nƠo s đem l i hi u

qu cao nh t Đơy lƠ nh ng cơu h i c n đ c tr

l i khi sử d ng công ngh thiêu k t bằng tia laser Tia laser s quy t đ nh bề dƠy c a từng lớp c n gia công, đ chính xác c a chi ti t sau khi t o hình, th i gian gia công

3

nh h ng c a y u t v t

li u đ n kh năng thiêu k t

c a v t li u

V t li u cũng lƠ m t y u t mang tính quy t

đ nh trong công ngh lazer thiêu k t Khi phân tích thu c tính c a từng lo i b t ta s bi t đ c

bề dƠy lớp b t lƠ bao nhiêu thì s thích h p, nhi t đ gia công nƠo lƠ phù h p

5 nh h ng c a vi c gia

nhi t tr ớc đ n ch t l ng

Vi c truyền nhi t tr ớc s nh h ng tới vi c

k t n i gi a lớp đ u tiên vƠ các lớp ti p theo

25

c a s n phẩm cũng nh gơy ra hiên t ng cong vênh Khi gia

nhi t không đúng cách s đ l i ng su t do nhi t gơy ra trong k t c u c a chi ti t lƠm gi m

T c đ quét s nh h ng tới c tính c a chi

ti t gia công, khi t c đ quét phù h p cũng s

t i u hóa đ c th i gian gia công chi ti t

c a v t li u đ đánh giá kh năng công ngh lƠ y u t quan tr ng Thông qua các nghiên c u t ng quan vƠ nh ng nghiên c u về công ngh vƠ v t li u cùng các y u t

nh h ng c a quá trình t o m u bằng ph ng pháp thiêu k t s lƠ c s đ th c hi n quá trình phơn tích, đánh giá vƠ xơy d ng thi t k máy t o m u nhanh thiêu k t lazer

ng d ng lỦ thuy t về thi t k theo mô-đun lƠ n i dung th c hi n nghiên c u đ c trình bƠy chi ti t trong ph n ti p theo

Nhìn chung, các h th ng theo mô đun có th đ c tri n khai bằng cách phơn tích h th ng thƠnh nh ng b ph n ch c năng c b n, s p x p nh ng b ph n nƠy thƠnh nh ng b ph n v t lỦ c b n, sau đó k t h p nh ng b ph n c b n thƠnh h

th ng theo mô đun có kh năng đ t đ c nh ng ch c năng mong mu n Ph ng pháp nƠy đ i mặt với hai thách th c quan tr ng: (1) S phơn tích: khó khăn trong vi c tìm

ra h th ng các v n đề con thích h p nh t (2) S k t h p: khó khăn trong vi c k t

h p các h th ng riêng bi t thƠnh gi i pháp chung

26

Phơn tích h th ng đem đ n hai l i ích: (1) S đ n gi n hóa: phơn tích h th ng lớn thƠnh nh ng h th ng nh h n s d n đ n gi m đ lớn c a v n đề c n gi i quy t (2) t c đ : gi i quy t đ ng th i các v n đề nh h n s gi m th i gian gi i quy t m t

v n đề lớn

Phơn tích s n phẩm có th th c hi n các giai đo n khác nhau c a quá trình thi t

k vƠ đ c xác đ nh nh quá trình chia nh s n phẩm thƠnh các b ph n từ đó thu

đ c hình th hoƠn ch nh c a s n phẩm ωó hai ph ng pháp đ c dùng đ phơn tích

s n phẩm lƠ phơn tích s n phẩm theo mô đun vƠ phơn tích s n phẩm theo c u trúc

a Phơnătíchăs năph mătheoămôăđun

Phơn tích s n phẩm theo mô đun lƠ s xác đ nh nh ng b ph n đ c l p có th

đ c thi t k đ ng th i hoặc thay th b i các b ph n có ch c năng vƠ nh ng đặc

đi m gi ng nhau Phơn tích s n phẩm theo mô đun nh vƠo s đ c l p c a các b

ph n

Thíăd : Trong nh ng b ph n c a máy vi tính g m mƠn hình, case, đĩa c ng,

mainboard, Ram Nh ng b ph n nƠy đ c s n xu t từ nh ng nhƠ cung c p khác nhau vƠ h ph i tuơn th tiêu chuẩn thi t k ph n giao ti p gi a các b ph n đ có th

l p ráp thƠnh máy tính hoƠn ch nh (hình 2 )

Hình 2-12 Bi u đồ ệ p ráp máy tínể Ếá nểợn [ ]

b Phơnătíchăs năph mătheoăc uătrúc

H th ng đ c phơn tích thƠnh các h th ng con vƠ chúng s ti p t c phơn tích thêm thƠnh các b ph n đ a đ n nh ng chi ti t, c m chi ti t, b ph n giai đo n thi t

k chi ti t S phơn tích đ c miêu t trong m t c u trúc theo c p b c

27

Thíăd : M t h th ng xe h i đ c phơn tích thƠnh các b ph n nh đ ng c , b

truyền đ ng, b ph n chuyên ch ầNh ng b ph n nƠy s ti p t c phơn tích thêm chẳng h n nh b ph n chuyên ch đ c phơn tích thƠnh khung xe vƠ n i th t xe S phơn tích đ c trình bƠy trong hình 2 vƠ hình 2

Sau khi phơn tích h th ng thƠnh các b ph n c b n, m t h th ng theo mô đun

s đ c xơy d ng bằng cách k t h p nh ng b ph n c b n gi ng nhau d a trên các tiêu chuẩn do nhóm thi t k thi t l p M t h th ng theo mô đun có th hi u nh lƠ s

k t h p nhiều b ph n ch c năng đ th c hi n các ch c năng khác nhau h n lƠ đ chúng riêng bi t ωó hai tiêu chuẩn dùng đ tri n khai nh ng h th ng theo mô đun:

1 M i quan h gi a c u trúc thi t k theo ch c năng vƠ c u trúc thi t k theo

c m chi ti t;

2 M c đ t ng tác gi a các b ph n lƠ không đáng k (các b ph n trong s n phẩm đ c l p với nhau)

Tri t lỦ c a ph ng pháp t o nhóm lƠ m t Ủ t ng quan tr ng trong thi t k

nh ng h th ng s n xu t tiên ti n Ph ng pháp t o nhóm lƠ m t kỹ thu t qu n lỦđ tiêu chuẩn hóa thi t k , ch t o vƠ lo i trừ s d thừa Ph ng pháp t o nhóm phơn

lo i vƠ mƣ hóa nh ng b ph n, gán chúng vƠo nh ng h nhóm khác nhau d a trên đặc đi m gi ng nhau c a chúng nh ng thu c tính thi t k (hình d ng v t lỦ, kích

cỡ, dung sai vƠ kích th ớc hình h cầ) vƠ nh ng thu c tính ch t o (trình t gia công, dung sai vƠ kích th ớc hình h cầ)

Nhóm nh ng b ph n thƠnh nh ng h nhóm lƠ m t nhi m v không h p d n

Ph ng pháp đ nhóm các b ph n thƠnh h nhóm có hi u qu vƠ đáng tin c y nh t lƠ phơn lo i vƠ mƣ hóa Trong ph ng pháp nƠy, m i b ph n đ c ki m tra từng cái

m t phù h p với nh ng đặc đi m thi t k vƠ ch t o c a nó Mƣ s c a m t b ph n

có th đánh theo s hoặc kí t

Ph ng pháp t o nhóm kh i đ u bằng cách xơy d ng ma tr n liên thu c Ma tr n nƠy mô t m i quan h gi a các chi ti t với nhau hay gi a chi ti t vƠ máy Sau khi xơy d ng ma tr n, ta s sử d ng m t s thu t toán s p x p các giá tr c a ma tr n thƠnh m t d ng kh i theo đ ng chéo Thí d m t ma tr n liên thu c chi ti t-máy

đ c xơy d ng nh (hình 2.14)

Hình 2-15 Ma tr n ệiên tểuộẾ Ếểi ti t-máy

ωó nhiều ph ng pháp phơn lo i sử d ng nhóm các chi ti t với nhau hoặc chi ti t

vƠ máy nh ng ph ng pháp hi u qu nh t lƠ thu tătoánănh năd ngănhómă(CIA)

Thu t toán đ c th c hi n đ i với ma tr n liên thu c theo các b ớc nh sau:

B că1: ωh n dòng i b t kỳ c a ma tr n liên thu c vƠ v đ ng ngang hi xuyên qua nó

B că2: Đ i với m i giá tr 1 g ch b i đ ng ngang hiv đ ng thẳng đ ng vj

B că3: Đ i với m i giá tr 1 g ch ch m t l n b i m t đ ng thẳng đ ng vj v

m t đ ng ngang hi

B că4: Lặp l i các b ớc trên cho đ n khi không còn các giá tr g ch nhiều h n

m t l n đ c đ l i

T t c các giá tr g ch hai l n đ c nhóm trong m t kh i vƠ gỡ b kh i ma tr n

B că5: Quá trình trên đ c lặp l i đ i với các giá tr còn l i trong ma tr n cho

đ n khi t t c các giá tr đ c nhóm l i

Thíăd : Trong quá trình b trí các máy đ gia công các chi ti t, ng i qu n lỦ s n

xu t đƣ lên đ c k ho ch s b đ b trí các máy gia công các chi ti t nh ng h

ch a có đ c s b trí h p lỦ, t i u vƠ hi u qu c th nh sau:

ωhi ti t c a h c n gia công g m 8 chi ti t đ c đánh s l n l t lƠ 1,2,3,4,5,6,7,8

vƠ các máy đ gia công g m 7 máy cũng đ c đánh s l n l t 1,2,3,4,5,6,7

30

Xét th y chi ti t 4 đ c b trí gia công trên máy 1,5,7 do đó đ c bi u th s 1,

ng c l i chi ti t 4 không đ c gia công trên máy 2,3,4,6 nên b b tr ng T ng tcác chi ti t còn l i đ c áp d ng t ng t , ta có ma tr n b trí trên Trong ma tr n b trí trên r t khó cho ng i qu n lỦ s n xu t b trí có h p lỦ vƠ có hi u qu Đ có th tìm ra cách b trí t i u, ta sử d ng thu t toán nh n d ng nhóm (ωIA) đ s p x p l i

ma tr n trên:

B că1: Dòng 3 c a ma tr n đ c ch n b t kỳ vƠ v đ ng ngang h3 xuyên qua

nó

B că2: ωó 3 giá tr 1 b g ch xuyên qua b i đ ng h3, ta v 3 đ ng thẳng đ ng

v2, v6, v7 xuyên qua các giá tr trên

B că3: Trong các giá tr 1 ch b g ch có m t l n s đ c g ch thêm m t đ ng

n a, có m t đ ng g ch ngang lƠ h6