Máy in 3D được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: sản xuất tạo mẫu công nghiệp, thiết kế nội thất, sản xuất tiêu dùng, giáo dục, thời trang, … và kể cả những lĩnh vực khác như:
Trang 1MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU 9
LỜI NÓI ĐẦU 11
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D 13
1.1 Lịch sử và ứng dụng công nghệ in 3D 13
1.1.1 Lịch sử phát triển 13
1.1.2 Ứng dụng công nghệ in 3D 14
1.2 Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc của máy in 3D 15
1.2.1 Cấu tạo chung 15
1.2.2 Nguyên lý làm việc 16
1.3 Lựa chọn kết cấu máy và đề xuất ý tưởng 17
1.3.1 Một số công nghệ in 3D hiện nay 17
1.3.1.1 PolyJet 17
1.3.1.2 SLS ( Selective Laser Sintering ) 18
1.3.1.3 SLA (Stereolithography) 19
1.3.1.4 FDM ( Fused Deposition Modeling ) 19
1.3.1.5 MJM (Multi-Jet Modeling) 20
1.3.2 Một số máy in hiện có trên thị trường 21
1.3.3 Lựa chọn kết cấu, đề xuất ý tưởng 23
1.4 Mục đích nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 24
1.4.1 Mục đích nghiên cứu 24
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 24
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 24
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 24
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 24
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26
2.1 Phần cứng máy in 3D 26
2.1.1 Phần điện 26
2.1.1.1 Khối nguồn 26
2.1.1.2 Bo mạch điều khiển Adruino Mega 2560 27
2.1.1.3 Bo mạch mở rộng ( Bảng Ramps 1.5 ) 28
2.1.1.4 Driver điều khiển động cơ ( Bộ điều khiển A4988 ) 29
Trang 22.1.1.5 LCD hiển thị 32
2.1.1.6 Công tắc hành trình 32
2.1.1.7 Cảm biến nhiệt 33
2.1.1.8 Điện trở gia nhiệt 33
2.1.1.9 Động cơ bước 34
2.1.2 Phần cơ khí 36
2.1.2.1 Bộ phận đùn nhựa 36
2.1.2.2 Đầu phun và bàn gia nhiệt 38
2.1.2.3 Dây đai kéo 41
2.1.2.4 Vitme - đai ốc 42
2.1.2.5 Hệ thống truyền động cụm trục XY 44
2.1.2.6 Nguyên lý hoạt động kết cấu HBOT 46
2.2 Phần mềm máy in 3D 48
2.3 Vật liệu gia công 50
2.3.1 Nhựa ABS 50
2.3.2 Nhựa PLA 51
2.3.3 Sự khác biệt giữa ABS và PLA: 51
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY IN 3D 53
3.1 Cơ cấu và máy 53
3.2 Quá trình thiết kế máy và chi tiết máy 53
3.2.1 Cơ sở thiết kế 54
3.3 Tính toán, thiết kế máy in 3D 54
3.3.1 Tính toán thiết kế truyền động trục Z 54
3.3.1.1 Tính toán hệ thống bàn in 54
3.3.1.2 Tính toán hệ thống vít me 55
3.3.1.3 Tính toán động cơ điều khiển trục Z 57
3.3.1.4 Tính toán bộ truyền đai 59
3.3.2 Tính toán thiết kế truyền động trục X,Y 63
3.3.2.1 Tính toán hệ thống đầu in 63
3.3.2.2 Tính toán động cơ điều khiển trục x,y 64
3.3.2.3 Tính toán bộ truyền đai 65
3.3.3 Khung máy 67
3.3.3.1 Chọn sơ bộ vật liệu làm khung và dựng khung máy 68
Trang 33.3.3.2 Kiểm bền cho khung máy trong quá trình hoạt động 68
3.3.3.3 Tối ưu lại kích thước khung máy 71
3.4 Thiết lập phần mềm điều khiển và phối màu 72
3.4.1 Thiết lập thông số phần điều khiển của máy 72
3.4.1.1 General: Phần thiết lập cơ bản 74
3.4.1.2 Thiết lập thông số cơ khí – Mechanics 76
3.4.1.3 Thiết lập nhiệt độ và bộ tời nhựa (Tools) 80
3.4.1.4 Phần thiết lập các tính năng (Features) 84
3.4.2 Thiết lập các thông số trước khi in và xuất Gcode 86
3.4.2.1 Các thông số cơ bản khi thiết lập chế độ 86
3.4.2.2 Các thông số đùn 87
3.4.2.3 Các thông số hình học của máy in 3D 88
3.4.2.4 Thiết lập thông số màu: 89
3.4.2.5 Thiết lập tỉ lệ vào firmware 91
3.4.2.6 Các bước xuất G-code trên phần mềm 91
CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT CƠ KHÍ 101
4.1 Lựa chọn chi tiết 101
4.2 Thiết kế quy trình công nghệ gia công Đai ốc vit- me 101
4.2.1 Phân tích chi tiết gia công và xác định lượng sản xuất 101
4.2.1.1 Phân tích chức năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết 101
4.2.1.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 102
4.2.1.3 Xác định dạng sản xuất 102
4.2.2 Xác định phương pháp chế tạo phôi và thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi 104
4.2.2.1 Xác định phương pháp chế tạo phôi 104
4.2.2.2 Thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi 106
4.2.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 106
4.2.3.1 Xác định đường lối công nghệ 106
4.2.3.2 Chọn phương pháp gia công 106
4.2.3.3 Tiến trình công nghệ 107
4.2.3.4 Tính toán, thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 108
4.2.4 Thiết kế đồ gá 124
Trang 44.2.4.1 Yêu cầu kỹ thuật 124
4.2.4.2 Cơ cấu định vị 124
4.2.4.3 Cơ cấu kẹp chặt 125
4.2.4.4 Cơ cấu dẫn hướng 125
4.2.4.5 Tính lực kẹp 125
4.2.4.6 Tính sai số đồ gá 128
4.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết khối đỡ ray trượt 130
4.3.1 Phân tích chi tiết gia công và xác định lượng sản xuất 130
4.3.1.1 Phân tích chức năng làm việc và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết 130
4.3.1.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết 130
4.3.1.3 Xác định dạng sản xuất 131
4.3.1.4 Tính giá thành phôi 133
4.3.2 Xác định phương pháp chế tạo phôi và thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi 134
4.3.2.1 Xác định phương pháp chế tạo phôi: 134
4.3.2.2 Thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi : 137
4.3.3 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 138
4.3.3.1 Xác định đường lối công nghệ 138
4.3.3.2 Tiến trình công nghệ 139
4.3.3.3 Tính toán,thiết kế quy trình công nghệ gia công 139
4.3.4 Thiết kế đồ gá 176
4.3.4.1 Tính lực 177
4.3.4.2 Chọn các cơ cấu đồ gá 179
4.3.4.3 Tính sai số đồ gá 180
CHƯƠNG 5 : MÔ PHỎNG MÁY IN 3D 182
5.1 Mô phỏng máy trên phần mềm Inventor 182
5.2 Kết quả đạt được 183
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 185
TÀI LIỆU THAM KHẢO 186
Trang 5DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Máy in 3D công nghệ SLA 13
Hình 1.2 Ứng dụng của công nghệ in 3D 14
Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo chung của máy in 3D 15
Hình 1.4 Nguyên lí hoạt động FDM 16
Hình 1.5 Công nghệ in 3D Polyjet 17
Hình 1.6 Công nghệ in 3D SLS 18
Hình 1.7 Công nghệ in 3D SLA 19
Hình 1.8 Công nghệ in 3D FDM 19
Hình 1.9 Công nghệ in 3D MJM 20
Hình 1.10 Máy in 3D loại Cartesian 21
Hình 1.11 Máy in Delta D3 22
Hình 1.12 Máy in 3D Polar 23
Hình 2.1 Khối nguồn tổ ong và khối nguồn LITEON 26
Hình 2.2 Sơ đồ linh kiện Adruino Mega 2560 27
Hình 2.3 Ramps 1.4 28
Hình 2.4 Bộ điều khiển A4988 30
Hình 2.5 Sơ đồ nối Adruinovới A4988 31
Hình 2.6 LCD 128X64 32
Hình 2.7 Vị trí kết nối công tắc hành trình 33
Hình 2.8 Vị trí kết nối cảm biến nhiệt, điện trở ra nhiệt 33
Hình 2.9 Sơ đồ kết nối tổng quát 34
Hình 2.10 Động cơ bước 34
Hình 2.11 Cấu tạo bên trong động cơ bước 35
Hình 2.12 Bản vẽ động cơ bước 35
Hình 2.13 Bộ tời nhựa 36
Hình 2.14 Kết cấu đầu phun nhựa 37
Hình 2.15 Đầu phun một màu 38
Hình 2.16 Đầu phun Diamond hotend 39
Hình 2.17 Đầu phun đa màu 39
Hình 2.18 Cấu tạo bộ đầu phun 40
Hình 2.19 Bàn gia nhiệt 41
Hình 2.20 Dây đai kéo và pully dùng cho trục x và y 41
Trang 6Hình 2.21 Vít me đai ốc 42
Hình 2.22 Vít me đai ốc bi 43
Hình 2.23 Kết cấu truyền động máy in Prusa I3 44
Hình 2.24 Kết cấu truyền động XY thông dụng 45
Hình 2.25 Kết cấu truyền động H-bot 45
Hình 2.26 Hai hệ thống đai Core XY khác nhau 46
Hình 2.27 Kết cấu HBOT 46
Hình 2.28 Quan hệ chuyển động giữa động cơ và cơ cấu chấp hành 48
Hình 2.29 Giao diện phần mềm Repetier Host 49
Hình 3.1 Kết cấu bàn in 54
Hình 3.2 Động cơ Nema 17 42x42x48 58
Hình 3.3 Cụm trục Z 59
Hình 3.4 Puli và đai răng GT2, p=2mm 60
Hình 3.5: Kết cấu đầu in 63
Hình 3.6 Động cơ Nema 17 42x42x48 65
Hình 3.7 Cụm trục XY 65
Hình 3.8 Puli và đai răng GT2, p=2mm 67
Hình 3.9 Kích thước nhôm định hình 68
Hình 3.10 Khối lượng của máy 69
Hình 3.11 Lực tác dụng lên khung máy 70
Hình 3.12 Biểu đồ ứng suất 70
Hình 3.13 Biểu đồ chuyển vị 70
Hình 3.14.Biểu đồ ứng suất 71
Hình 3.15 Biểu đồ chuyển vị 71
Hình 3.16 Khung máy 72
Hình 3.17 Giao diện công cụ tùy chỉnh trực tuyến Repetier 73
Hình 3.18 Phần thiết lập cơ bản 74
Hình 3.19 Thiết lập thông số kích thước và tọa độ bàn máy 75
Hình 3.20 Thiết lập công tắc hành trình 79
Hình 3.21 Thiết lập nhiệt độ nhựa 80
Hình 3.22 Thêm đầu phun nhựa 81
Hình 3.23 Thiết lập động cơ đùn nhựa 82
Hình 3.24 Kích hoạt các tính năng hữu ích 85
Hình 3.25 Thiết lập ngôn ngữ hỗ trợ 85
Trang 7Hình 3.26 Thiết lập màn hình LCD hiển thị 86
Hình 3.27 Thông số in 87
Hình 3.28 Thông số đùn 88
Hinh 3.29 Thông số hình học của máy in 3D 88
Hình 3.30 Thiết lập số màu phối 89
Hình 3.31 Vòng tròn màu RGB 90
Hình 3.32 Thiết kế sản phẩm trên phần mềm Inventor 91
Hình 3.33 Tách khối chi tiết 91
Hình 3.34 Đưa file sản phẩm vào phần mềm Repetier host 92
Hình 3.35 Chọn màu cho từng chi tiết 92
Hình 3.36 Ghép lại chi tiết 93
Hình 3.37 Chế độ vị trí của đối tượng 93
Hình 3.38 Thiết lập layers and perimeters 95
Hình 3.39 Thiết lập infill 96
Hình 3.40 Thiết lập speed 97
Hình 3.41 Thiết lập sợi nhựa 98
Hình 3.42 Thiết lập đầu phun nhựa 98
Hình 3.43 Xuất code cho đối tượng 99
Hình 3.44 Thông số thống kê trước khi in 100
Hình 3.45 Xem mô phỏng đường chạy nhựa trên phần mềm 100
Hình 4.1 Chi tiết Đai ốc vit-me 101
Hình 4.2 Khối lượng của chi tiết 103
Hình 4.3 Bản vẽ chi tiết lồng phôi 106
Hình 4.4 Nguyên công 1 108
Hình 4.5 Nguyên công 2 109
Hình 4.6 Nguyên công 3 115
Hình 4.7 Nguyên công 4 119
Hình 4.8 Nguyên công 5 122
Hình 4.9 Nguyên công 6 124
Hình 4.10 Sơ đồ tính lực kẹp khi khoan 125
Hình 4.11 Khối đỡ ray trượt 130
Hình 4.12 Khối lượng chi tiết 132
Hình 4.13 Bản vẽ lồng phôi 138
Trang 8Hình 4.15 Nguyên công 2 140
Hình 4.16 Nguyên công 3 146
Hình 4.17 Nguyên công 4 153
Hình 4.18 Nguyên công 5 157
Hình 4.19 Nguyên công 6 161
Hình 4.20 Nguyên công 7 165
Hình 4.21 Nguyên công 8 171
Hình 4.22 Nguyên công 9 176
Hình 4.23 Bản vẽ đồ gá 176
Hình 4.24 Bản vẽ 3D đồ gá 177
Hình 4.25 Sơ đồ lực 177
Hình 5.1 Mô phỏng chuyển động các trục 182
Hình 5.2 Mô phỏng quá trình phối màu 182
Hình 5.3.Mô phỏng quá trình in sản phẩm 183
Hình 5.4 Mô hình thiết kế máy in 3D 184
Trang 9DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng tổng kết chương 1 25
Bảng 2.1 Một số linh kiện điện 26
Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật của Adruino Mega 2560 27
Bảng 2.3 Chế độ hoạt động của module: 31
Bảng 2.4 So sánh một số lại nhựa in trên thị trường 52
Bảng 2.5 Tổng kết chương 2 52
Bảng 3.1 Hiệu số giảm ứng suất cho phép 57
Bảng 3.2 Thông số động cơ trục Z 59
Bảng 3.3: Các thông số bộ truyền đai 61
Bảng 3.4 Thông số động cơ trục Z 65
Bảng 3.5 Tỉ lệ phối màu 90
Bảng 4.1 Xác định dạng sản xuất 104
Bảng 4.2 Chế độ cắt nguyên công 2 115
Bảng 4.3 Các hệ số của vận tốc cắt 117
Bảng 4.4 : Chế độ cắt nguyên công 3 118
Bảng 4.5 Hệ số tốc độ cắt 121
Bảng 4.6 Thông số cắt nguyên công 4 122
Bảng 4.7: Tóm tắt nguyên công 5 124
Bảng 4.8 Thành phần hóa học của Thép C45 131
Bảng 4.9 Xác định dạng sản xuất 133
Bảng 4.10 Lượng dư gia công theo tra bảng 137
Bảng 4.11 Hệ số vận tốc cắt 142
Bảng 4.12 Hệ số vận tốc cắt 143
Bảng 4.13 Hệ số vận tốc cắt 145
Bảng 4.14 Tóm tắt nguyên công 2 146
Bảng 4.15 Hệ số vận tốc cắt 148
Bảng 4.16 Hệ số vận tốc cắt 149
Bảng 4.17 Hệ số vận tốc cắt 151
Bảng 4.18 Tóm tắt nguyên công 3 152
Bảng 4.19 Hệ số vận tốc cắt 155
Bảng 4.20 Hệ số vận tốc cắt 156
Bảng 4.21 Chế độ cắt nguyên công 4 157
Trang 10Bảng 4.22 Hệ số vận tốc cắt 159
Bảng 4.23 Tóm tắt nguyên công 5 160
Bảng 4.24 Hệ số vận tốc cắt 163
Bảng 4.25 Hệ số vận tốc cắt 164
Bảng 4.26 Tóm tắt nguyên công 6 165
Bảng 4.27 Hệ số vận tốc cắt 167
Bảng 4.28 Tóm tắt nguyên công 7 170
Bảng 4.29 Hệ số vận tốc cắt 172
Bảng 4.30 Tóm tắt nguyên công 8 175
Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật của máy 183
Trang 11LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, máy in 3D được xem là một phát minh mới lạ của nhân loại và được mọi người sử dụng trên toàn thế giới Máy in 3D được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: sản xuất tạo mẫu công nghiệp, thiết kế nội thất, sản xuất tiêu dùng, giáo dục, thời trang, … và kể cả những lĩnh vực khác như: y học, thẩm mỹ, công nghiệp hàng không vũ trụ, quân sự, …
Máy in 3D một đột phá của nhân loại trong thời kì 4.0 và được coi là chìa khóa công nghệ cho tương lai Công nghệ in 3D đang ngày càng phổ biến, ở Việt Nam cũng đang dần tiếp cận công nghệ này Đã có một số công ty ở Việt Nam đã đi đầu trong việc nghiên cứu, chế tạo máy in 3D Việc tìm hiểu nghiên cứu chế tạo máy in 3D cũng là một đề tài đang được nhiều trường đại học cũng như các công ty chú ý và được coi như một lĩnh vực rất tiềm năng
Được sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn là Th.s Trần Thị Thu Thủy, nhóm
chúng em đã nhận đề tài là:“Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, mô phỏng máy in 3D phối màu vật liệu nhựa PLA” ( Print Multi-Material Color 3D).” Đây là một cơ hội
nghiên cứu, thực nghiệm và rèn luyện các kỹ năng, đồng thời bước vào môi trường làm việc thực tế Bên cạnh đó là một cơ hội để phát triển bản thân, trau dồi kinh nghiệm thực tế thì đây cũng là một thách thức không nhỏ với chúng em bởi thiếu kiến thức và kinh nghiệm thực tế
Ở Việt Nam hiện nay thì máy in 3D sử dụng công nghệ FDM đang được phát triển rất mạnh mẽ, với nhiều dòng máy hiện đại và có tính ứng dụng cao trong đời sống Với mục tiêu là nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng máy in 3D phối màu vật liệu nhựa để phục vụ cho học tập, sản xuất thì phương pháp nghiên cứu là tiến hành nghiên cứu các tài liệu liên quan, tham khảo các mô hình thực tế, trên mạng internet và tiến hành thiết kế, mô phỏng mô hình của máy
Đối với các thành viên của nhóm thì đây là cơ hội tốt để chúng em củng cố kiến thức chuyên ngành, hiểu được các kết cấu cũng như nguyên lý làm việc của máy
in 3D, nâng cao kỹ năm làm việc nhóm và cuối cùng là được trải nghiệm quá trình thiết kế một sản phẩm thực tế
Trang 12Chúng em đã hoàn thành đề tài bằng sự cố gắng nỗ lực của nhóm và đặc biệt
là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của giảng viên Trần Thị Thu Thủy Do thời gian làm
đề tài có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót
Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để đề tài này hoàn thiện
hơn nữa Em xin chân thành cảm ơn cô Trần Thị Thu Thủy cùng các thầy cô trong
khoa đã tạo điều kiện giúp đỡ nhóm trong thời gian qua
Hà Nội, ngày… tháng… năm 2020
Trang 13CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D
1.1 Lịch sử và ứng dụng công nghệ in 3D
1.1.1 Lịch sử phát triển
Công nghệ in 3D (công nghệ tạo mẫu nhanh) được biết đến vào cuối những năm 1980 với tên là công nghệ Rapid Prototyping (RP) Đây là một phương pháp nhanh chóng và tiết kiệm chi phí trong việc tạo nguyên mẫu để phát triển sản phẩm trong một số ngành công nghiệp
Năm 1986, bằng sáng chế đầu tiên được cấp cho thiết bị tạo khối (SLA) Bằng sáng chế này thuộc về Charles(Chuck) Hull, người đầu tiên đã phát minh ra máy SLA vào năm 1983 Công nghệ SLA là kỹ thuật dùng tia UV để làm cứng từng lớp vật liệu
in 3D như nhựa dạng lỏng, nhiều lớp
Hình 1.1 Máy in 3D công nghệ SLA
Năm 2007, chiếc máy in 3D với mã nguồn mở đầu tiên đã ra đời Đây là một cột mốc thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của máy in 3D Công nghệ FDM thu hút được rất nhiều nhà sản xuất tham gia, giá thành sản xuất giảm và FDM trở thành một chìa khóa công nghệ cơ bản của các máy sản xuất đắp dần hiện nay
Từ khi xuất hiện đến nay, công nghệ in 3D đã được cải tiến và phát triển rất nhiều Hàng loạt công nghệ tạo mẫu ra đời với nhiều ưu điểm: dễ thiết kế, vật liệu dễ tìm và không gây hại với môi trường Tuy nhiên, sản phẩm in với yêu cầu chất lượng, tính thẩm mĩ về màu sắc ngày càng cao, máy in 3D trước đây không còn đáp ứng được những yêu cầu cao hơn như in các vật dụng nhiều màu sắc
Trang 14Từ những cơ sở trên, nhóm quyết định thực hiện đề tài thiết kế, mô phỏng mẫu máy in 3D phối màu
1.1.2 Ứng dụng công nghệ in 3D
Hiện nay, công nghệ in 3D được áp dụng vào rất nhiều các lĩnh vực như công nghiệp, nhà máy sản xuất, các ngành tiêu dùng, y tế, giáo dục,…Đặc biệt với công nghệ in 3D phối màu, có thể tạo ra các mẫu sinh học rất trực quan hay thể hiện được các mẫu phân tích với nhiều dải màu khác nhau, … Một lĩnh vực khác rất phổ biến hiện nay là trang trí, với công nghệ in 3D phối màu này, có thể tạo ra được rất nhiều các đồ vật với màu đa dạng, bắt mắt, tăng giá trị sản phẩm
Ứng dụng của công nghệ in 3D :
Hình 1.2 Ứng dụng của công nghệ in 3D
Trang 151.2 Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc của máy in 3D
1.2.1 Cấu tạo chung
Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo chung của máy in 3D
Về tổng quan thì các máy in 3D có kết cấu chính gồm các phần chính: Phần mềm điều khiển, phần điện, phần cơ khí
Phần cơ khí bao gồm: khung máy, bàn máy, truyền động của các trục và bộ
đùn nhựa Bộ truyền là bộ truyền vít me – đai ốc, bộ truyền đai
Đặc điểm của truyền động cơ khí trong máy in 3D là tải trọng tác dụng lên không đáng kể nên việc thiết kế đơn giản, các chi tiết lắp ráp không đòi hỏi khả năng chịu lực cao do đó có thể sử dụng các chi tiết được in bằng các máy khác để lắp ráp
Bộ đùn nhựa gồm: Bộ tời nhựa cung cấp nhựa chạy liên tục; đầu phun nhựa thực hiện chức năng nung chảy và đùn nhựa tạo ra sản phẩm
Trang 16Phần điện của máy in 3D gồm 2 khối: khối điều khiển và khối chấp hành Khối
điều khiển gồm các thành phần: Vi điều khiển, Board mạch mở rộng, driver điều khiển động cơ Khối chấp hành gồm các thành phần: Động cơ bước, cảm biến nhiệt, đầu gia nhiệt
Phần mềm sử dụng trong máy in 3D gồm: phần mềm CAD/CAM và phần mềm điều khiển Phần mềm CAD là các phần mềm có chức năng tạo mẫu 3D, được lưu
dưới định dạng đuôi “.stl” sau đó đưa sang các phần mềm CAM để xử lý gia công
Các phần mềm CAM là các phần mềm thực hiện các chức năng cắt lớp vật thể do công nghệ in 3D là in theo từng lớp Sau khi cắt lớp phần mềm sẽ tạo chuyển động khi in và xuất file Gcode Các phần mềm CAM được sử dụng phổ biến cho máy in 3D là Cura, Slic3r, Simplify3D,…
1.2.2 Nguyên lý làm việc
Máy in 3D dùng công nghệ xây dựng mẫu bằng cách đùn nhựa nóng chảy rồi hoá rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết dạng khối Vật liệu sử dụng ở dạng sợi có đường kính nhỏ, được dẫn từ một cuộn tới đầu đùn mà chuyển động điều khiển bằng động cơ servo Khi sợi được cấp tới đầu đùn nó được làm nóng sau đó nó được đẩy
ra qua vòi đùn lên mặt phẳng đế
Trong máy in 3D FDM, vật liệu nóng chảy được đẩy ra, đầu đùn sẽ di chuyển một biên dạng 2D Độ rộng của đường đùn có thể thay đổi trong khoảng từ (từ 0,193mm đến 0,965mm) và được xác định bằng kích thước của miệng đùn Miệng của vòi đùn không thể thay đổi trong quá trình tạo mẫu, vì thế cần phân tích các mô hình tạo mẫu trước khi chọn vòi đùn thích hợp
Hình 1.4 Nguyên lí hoạt động FDM
Trang 17Từ máy in 3D (FDM) lớp vật liệu nóng chảy được đùn ra nó nguội nhanh trong khoảng 1/10(s) và đông cứng lại Khi một lớp được phủ hoàn thành trên mặt phẳng thì sẽ di chuyển sang một lớp khác mỏng thông thường từ 0,178mm đến 0,356mm và quá trình được lặp lại cho đến khi tạo xong sản phẩm
1.3 Lựa chọn kết cấu máy và đề xuất ý tưởng
1.3.1 Một số công nghệ in 3D hiện nay
Có 5 công nghệ in 3D phổ biến hiện nay là:
1.3.1.1 PolyJet
Hình 1.5 Công nghệ in 3D Polyjet Máy in 3D công nghệ Polyjet sử dụng các đầu in di chuyển trước sau Máy in
phun vật liệu dạng lỏng theo các lớp mỏng và được hóa rắn bằng tia UV để tạo ra mẫu có độ chính xác cao
Trang 18Nhược điểm:
Công nghệ in 3D Polyjet sử dụng các vật liệu tương tự dòng ABS tuy nhiên độ bền, cứng của mẫu thấp hơn so với công nghệ FDM Ngoài ra mặc dù Polyjet có khả
năng liên kết để tạo ra các mẫu kích thước lớn hơn tuy nhiên chi phí sẽ tăng đáng kể
1.3.1.2 SLS ( Selective Laser Sintering )
Hình 1.6 Công nghệ in 3D SLS
SLS là công nghệ tạo mẫu dựa trên vật liệu dạng bột Sử dụng tia laser, công nghệ SLS nung kết các loại vật liệu dạng bột khác nhau với nhau để tạo ra mẫu dạng rắn
Ưu điểm :
Khả năng tạo mẫu nhanh bằng các loại vật liệu dạng bột khác nhau như nhựa, kim loại, thủy tinh Tạo mẫu đa dạng về màu sắc, có thể tạo ra các mẫu hình dạng phức tạp, không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ
Nhược điểm :
Qúa trình tạo mẫu khá phức tạp, chi phí đầu tư cao, chi phí vận hành cao do hao tổn vật liệu lớn
Trang 19Kết cấu máy cồng kềnh hơn và đắt hơn so với các công nghệ in 3D khác Khi
sử dụng công nghệ này để tạo mẫu đòi hỏi một số yêu cầu đặc biệt như : cần phải bảo quản mẫu trong phòng tối để tránh ánh sáng mặt trời làm cong vật liệu nhựa cảm quang tạo mẫu, yêu cầu bảo dưỡng mẫu cẩn thận và cần xử lý mẫu sau khi in
1.3.1.4 FDM ( Fused Deposition Modeling )
Hình 1.8 Công nghệ in 3D FDM
Trang 20Công nghệ in 3D FDM là quá trình in mẫu 3D đùn vật liệu nhựa nhiệt dẻo Công nghệ này thích hợp để tạo mẫu mô phỏng chức năng, các công cụ sử dụng trực tiếp trong quá trình sản xuất như đồ gá, bộ phận máy móc
Ưu điểm :
Máy in 3D công nghệ FDM sử dụng hàng loạt các vật liệu nhựa như ABS,
PLA với các sự lựa chọn màu sắc khác nhau Chi phí bảo dưỡng thấp, vật liệu in không độc hại, không cần sự giám sát trong quá trình in Các mẫu in bằng công
nghệ FDM độ bền tốt, có khả năng chịu nhiệt, chịu va đập lớn
Nhược điểm :
Công nghệ FDM tạo ra các lớp in dày hơn so với công nghệ Polyjet nhưng vẫn đảm bảo việc tạo mẫu yêu cầu độ chính xác khá cao Bề mặt nhẵn của mẫu in bằng FDM có thể đạt được bằng cách xử lý mẫu bằng tay
1.3.1.5 MJM (Multi-Jet Modeling)
Hình 1.9 Công nghệ in 3D MJM
Multi – Jet Modeling là công nghệ tương đối mới được phát triển cho quá trình tạo mẫu nhanh Nó hoạt động theo cách in các lớp vật liệu nhựa dạng lỏng một mặt phẳng, sau đó hóa rắng bằng các đèn phát tia UV
Trang 211.3.2 Một số máy in hiện có trên thị trường
Máy in 3D đang ngày càng phát triển và chứng tỏ được sự hữu ích trong ngành công nghiệp cũng như đời sống thường ngày
Nếu phân loại theo kết cấu chuyển động thì hiện nay phổ biến với 3 loại máy
in 3D: Cartesian, Delta, và Polar.
Cartesian : Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa nhờ các chuyển động
theo phương X, Y, Z trong hệ tọa độ Cartesian Đại diện tiêu biểu dòng máy in 3D
mã nguồn mở loại Cartesian chính là Prusa i3 hay Mendel
Hình 1.10 Máy in 3D loại Cartesian
Trang 22– Tốc độ in không cao và gây ồn do khối lượng các cơ cấu đi động lớn.
– Khi hoạt động máy thường bị rung và do vậy làm giảm độ chính xác
– Kích thước ngang lớn, thường bị hạn chế chiều cao vật in
Delta : Là các máy in 3D di chuyển đầu đùn nhựa theo nguyên lý của robot delta
(robot song song) Đại diện tiêu biểu cho dòng máy in mã nguồn mở dạng Delta là Delta robot 3D printer (Kossel)
Hình 1.11 Máy in Delta D3
Ưu điểm :
– Khối lượng các cơ cấu di động nhỏ
– Hoạt động êm, ít rung, tốc độ cao và chính xác
– Có thể in được vật in có chiều cao lớn
– Bàn nhiệt (nơi đặt vật in) không di chuyển trong suốt quá trình in nên vật in được giữ chắc chắn hơn
– Khung bệ chắc chắn
Trang 23Nhược điểm:
– Lắp ráp, căn chỉnh máy phức tạp
– Chiều cao của máy lớn (thường tới 60-70 cm)
– Giá thành cao hơn các máy dạng Cartesian
1.3.3 Lựa chọn kết cấu, đề xuất ý tưởng
Với những phân tích đã đưa ra, kết hợp với điều kiện thực tế, nhóm lựa chọn công nghệ in 3D FDM và kết cấu máy in 3D Cartesian cho đề tài này
Trang 241.4 Mục đích nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
1.4.1 Mục đích nghiên cứu
- Thiết kế, mô phỏng máy in 3D phối nhiều màu
- Tối ưu các thông số của máy (tốc độ in )
- Cải thiện chất lượng sản phẩm in
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết nguyên lý, ứng dụng phương pháp in 3D :
+ Nghiên cứu tìm hiểu nguyên lý, cơ sở trộn màu khi in
+ Tìm hiểu các tài liệu trên mạng, đặc điểm công nghệ in FDM
- Tìm hiểu các phương pháp, phần mềm điều khiển máy: các phần mềm liên quan đến lập trình để điều khiển máy in 3D; các phần mềm thiết kế mô hình như Solidworks, Inventor, …
- Tham khảo mô hình máy in 3D thực tế, trên mạng internet để tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý của các bộ phận trong máy
1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là “ Máy in 3D phối màu vật liệu nhựa”
+ Driver điều khiển động cơ bước
+ Cảm biến cơ học và cảm biến nhiệt độ, nhiệt điện trở
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu các chức năng cơ bản và có tính ứng dụng cao của các module chức năng Và áp dụng chúng vào một sản phẩm thực tế và có tính ứng dụng cao
- Phần cứng: Thiết kế toàn bộ khung máy, các chi tiết của máy, gia công các chi tiết cơ khí
Trang 25- Phần mềm:
+ Chỉnh sửa lại code dựa trên mẫu code của hãng Reprap
+ Sử dụng phần mềm Inventor để tạo mẫu in 3D
+ Sử dụng phần mềm Slic3r để xuất code, Repetier-Host để điều khiển máy in 3D
Kết luận chương: Trong chương này, nhóm đã đưa ra ưu, nhược điểm của một số
công nghệ in 3D hiện nay và ứng dụng của các phương pháp Từ đó nhóm đã lựa chọn “Máy in 3D phối màu vật liệu nhựa ” :
Bảng 1.1 Bảng tổng kết chương 1
1 Công nghệ in FDM
2 Kết cấu máy in Cartesian
Tạo mẫu nhanh chắc chắn là ngành công nghiệp không thể thiếu trong hiện tại và tương lai Cùng với sự phát triển mạnh mẽ này thì việc thu thập các kiến thức
về ngành công nghệ này là vô cũng quan trọng để không trở nên lỗi thời
Trang 26CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phần cứng máy in 3D
Hình 2.1 Khối nguồn tổ ong và khối nguồn LITEON
Để lựa chọn bộ nguồn phù hợp, phải chú ý đến các thiêt bị sử dụng trong mạch điện Dựa vào thông số về điện áp và dòng điện yêu cầu trên các linh kiện điện để có thể lựa chọn nguồn nuôi thích hợp Dưới đây là một số linh kiện điện tử
và điện áp yêu cầu của các linh kiện đó:
Bảng 2.1 Một số linh kiện điện
Trang 27Các thiết bị điện trong máy có dải điện áp hoạt động từ 6V – 24V nên ta chọn
bộ nguồn từ 12V – 5A để đảm bảo cung cấp đủ điện áp và dòng cho động cơ và các thiết bị khác
Xét về điện áp, cường độ dòng điện cung cấp nguồn tổ ong cung cấp điện áp
12 V và cường độ dòng điện 30A còn nguồn LITEON là 12V – 7,5A Xét về giá thành bộ nguồn tổ ong cao hơn giá của của bộ nguồn LITEON Tuy nhiên để thuận lợi cho việc nâng cấp hệ thống điện sau này và đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định nhất ta lựa chọn nguồn tổ ong 12V - 30A
2.1.1.2 Bo mạch điều khiển Adruino Mega 2560
Hình 2.2 Sơ đồ linh kiện Adruino Mega 2560 Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật của Adruino Mega 2560
5 Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA
6 Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20mA
Trang 28Cấu tạo Adruino Mega 2560 gồm có :
- 54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM)
- 16 đầu vào analog,
- 4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng),
- Dễ dàng kết nối với các thiết bị khác
- Arduino Mega 2560 có shield hỗ trợ kết nối wifi giúp hỗ trợ điều khiển từ xa, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình
Trang 29Để điều khiển được các động cơ trong máy in 3D thì ngoài sử dụng vi điều khiển ta còn phải sử dụng một bộ chuyển tiếp hay còn gọi là khuếch đại tín hiệu điều khiển thành công suất lớn hơn rất nhiều lần dùng để điều khiển động cơ bước là RAMPS Controller Board ( RAMPS)
Mạch điểu khiển máy in 3D RAMPS 1.4 (Reprap Arduino Mega Pololu Shield) là board mở rộng cắm trên Arduino Mega 2560 và dùng để điều khiển các máy in 3D Reprap (mã nguồn mở Marlin) cũng như các ứng dụng khác
Mạch điểu khiển máy in 3D RAMPS 1.4 có 5 khay dùng để lắp mô đun điều khiển động cơ bước A4988 (hoặc DRV8825), các mạch công suất điều khiển các đầu đùn (Extruder), bàn nhiệt…của máy in 3D Do được thiết kế theo các mô đun, các máy in 3D dùng RAMPS 1.4 luôn dễ dàng bảo trì, thay thế, sửa chữa và nâng cấp với chi phí thấp
Các đặc tính kỹ thuật :
- Dùng để điều khiển máy in 3D và các dạng robot 3 trục tịnh tiến
- Có thể mở rộng cho các đầu nung và quạt, các mạch xử lý tín hiệu nhiệt điện trở
- Điều khiển bàn nhiệt
- Có 5 khay cắm module điều khiển động cơ A4988
- Có thể tích hợp thẻ nhớ
- Hiện thị trạng thái hoạt động bằng Led
- Hỗ trợ tới 2 động cơ trục Z trên các máy in 3D Prusa Mendel
2.1.1.4 Driver điều khiển động cơ ( Bộ điều khiển A4988 )
Để điều khiển động cơ bước của các trục máy in 3D, ta phải sử dựng thêm mạch điều khiển động cơ bước (step driver) A4988
Đây là loại driver được sử dụng phổ biến để điều chỉnh động cơ bước
Trang 30Hình 2.4 Bộ điều khiển A4988
Đặc tính của driver A4988 :
- Điều khiển đơn giản
- Điều khiển được động cơ hoạt động với điện áp lên tới 35V dòng lên tới 2A
- Có 5 chế độ: full bước, 1/2 bước, 1/4 bước, 1/8 bước, 1/16 bước
- Điểu chỉnh dòng ra bằng triết áp (bé xíu) nằm bên trên Current Limit = VREF × 2.5
- Tự động Shutdown khi quá nóng
- Bảo vệ ngắn mạch tải, bảo vệ dòng điện chéo
- Mạch chỉnh lưu đồng bộ giúp giảm lượng điện năng hao phí
Sử dụng
Bật tắt động cơ thông qua chân ENABLE, mức LOW là bật module, mức HIGH là tắt
Điều khiển chiều quay của động cơ thông qua pin DIR
Điều khiển bước của động cơ thông qua pin STEP, mỗi xung là tương ứng với 1 bước (hoặc vi bước)
Chọn chế độ hoạt động bằng cách đặt mức logic cho các chân MS1, MS2, MS3
Hai chân Sleep với Reset nối với nhau luôn
Trang 31Bảng 2.3 Chế độ hoạt động của module:
Điều khiển động cơ bước với module A4988 và Arduino
Nối dây theo chỉ dẫn như sau:
- Chân 4,5,6 của Arduino nối lần lượt với chân DIR, STEP, ENABLE của module A4988
- Chân SLEEP và RESET nối với nhau
- Nguồn nuôi có thể dùng nguồn USB từ Arduino nếu bạn dùng những động cơ 5V
có công suất nhỏ như 28BYJ48
Hình 2.5 Sơ đồ nối Adruinovới A4988
Trang 322.1.1.5 LCD hiển thị
Để hiển thị quá trình in, thời gian in, hệ tọa độ và điều khiển máy in ta có thể dùng trực tiếp qua phần mềm điều khiển hoặc sử dụng LCD cho dễ dàng và đỡ cồng kềnh.Modul LCD 128x64 được thiết kế để sử dụng với các loại Ramps để hiển thị và điều khiển máy in 3D
Hình 2.6 LCD 128X64
2.1.1.6 Công tắc hành trình
Công tắc hành trình là thiết bị phản hồi nhằm giới hạn hành trình chuyển động của máy Board RAMPS hỗ trợ tối đa 6 chân cắm công tắc hành trình, một vị trí min và một vị trí max cho mỗi trục
Đặc điểm của công tắc hành trình là nó là các tiếp điểm của nó có thể đóng hay mở khi các bộ phận di động của máy thực hiện một hành trình di động nhất định Nếu công tắc hành trình dùng để chuyển đổi mạch ở cuối hành trình thì ta gọi
là công tắc cuối hành trình Tùy theo kết cấu công tắc hành trình có thể chia thành các loại: kiểu nhấn, kiểu đòn, kiểu quay … Trong đồ án này, sử dụng công tắc hành trình kiểu nhấn
Công tắc hành trình luôn có 3 chân chân COM, chân NC, chân NO Do đó cũng tương tự có 2 kiểu đấu dây công tắc hành trình là đấu kiểu NO và đấu kiểu NC Đối với kiểu NC: nối chân S trên board RAMPS với chân NC, nối chân (-) trên board mạch với chân
Trang 33Đối với kiểu NO: nối chân S trên board RAMPS với chân NO, nối chân (-) trên board mạch với chân C
Hình 2.7 Vị trí kết nối công tắc hành trình
2.1.1.7 Cảm biến nhiệt
Cảm biến nhiệt cho phép ta biết được giá trị nhiệt độ của đều phun nhựa, bàn nhiệt (nếu có), từ đó quản lý và điểu khiển được giá trị nhiệt độ này trước cũng như trong quá trình in Board RAMPS hỗ trợ cho ta 3 khe cắm cảm biến nhiệt cho đầu phun nhựa và bàn nhiệt Sử dụng 2 dây nối cho cảm biến nhiệt, kết nối vào bo mạch tại các vị trí T0, T1, T2 cho đầu phun 1, bàn nhiệt (nếu có), đầu phun 2 (nếu có)
2.1.1.8 Điện trở gia nhiệt
Điện trở gia nhiệt có tác dụng đốt nóng gia nhiệt cho cục nóng giúp cho nhựa nóng chảy Điện trở gia nhiệt được kết nối vào cổng D10 trên board mạch RAMPS
Hình 2.8 Vị trí kết nối cảm biến nhiệt, điện trở ra nhiệt
Vị trì lắp công tắc hành trình
Trang 34Sơ đồ kết nối tổng quát :
Hình 2.9 Sơ đồ kết nối tổng quát
2.1.1.9 Động cơ bước
Hình 2.10 Động cơ bước
Khái niệm:
Động cơ bước là loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa
số các loại động cơ điện thông thường.Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng
để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của Rotor và có khả năng cố định Rotor vào những vị trí cần thiết
Trang 35Nguyên lí hoạt động:
Động cơ bước hoạt động trên cơ sở lý thuyết điện - từ trường các cực cùng dấu đẩy nhau và các cực khác dấu hút nhau Chiều quay được xác định bởi từ trường của Stator, mà từ trường này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên Khi hướng của dòng thay đổi thì cực từ trường cũng thay đổi theo, gây nên chuyển động ngược lại của động cơ
Hình 2.11 Cấu tạo bên trong động cơ bước
- Phân loại động cơ bước: Động cơ bước rất đa dạng với nhiều chủng loại
khác nhau nhưng chủ yếu vẫn được phân thành 2 loại chính sau đây:
+ Nam châm vĩnh cửu
+ Biến từ trở
Hình 2.12 Bản vẽ động cơ bước
- Trong máy in 3D này chúng em sử dụng 6 động cơ bước trong đó hai động
cơ cho truyền động trục XY, một động cơ trục z, ba động cơ cho bộ đùn nhựa
Trang 36- Động cơ trục x và trục y được kéo bằng dây đai, thông số dây đai trùng với thông số Pulley
-Động cơ trục z cũng có thế kéo bằng dây đai nhưng kết cấu cơ khí như thế sẽ rất dễ hư hỏng khi in trong thời gian dài có thể sẽ đứt dây đai
- Trong đề tài này thay dây đai bằng bằng vitme
- Động cơ kéo nhựa cho bộ đùn được thiết kế sao cho có thể kéo được sợi nhựa
và tốc độ động cơ đùn nhựa được tính theo tốc độ máy in, lớp in (thường là 0.2mm)
và đường kính sợi nhựa in
- Thông số động cơ bước: Mỗi bước là 1.8O Với động cơ bước thì có các cách điều khiển là Full bước, 1/2, 1/4, 1/8 và 1/16 bước (vi bước)
Hình 2.13 Bộ tời nhựa
Trang 37 Đầu phun gia nhiệt
- Đầu phun là nơi nung nóng sợi nhựa và đùn nhựa ra tạo mẫu in Hầu hết các bộ phận ở đầu phun đều được chế tạo bằng hợp kim nhôm để đảm bảo tính tản nhiệt tốt Đầu phun gồm có các bộ phận :
- Khối tản nhiệt nhằm nhiệm vụ giảm nhiệt độ ở vùng phía trên đầu phun nhằm hạn chế nhựa bị chảy lỏng trước khi được phun ra làm tắc đầu phun nhựa, tràn nhựa làm ảnh hưởng đến chất lượng đầu phun nhựa
- Lõi dẫn nhựa nhằm nhiệm vụ định hướng đường đi của sợi nhựa vào đúng đầu phun Lõi dẫn nhựa thường được chế tạo bằng nhôm bên trong có lót ống làm bằng nhựa teflon dùng để dẫn hướng và cách nhiệt cho sợi nhựa
- Cục nóng bao gồm điện trở gốm có tác dụng gia nhiệt, cảm biến nhiệt độ
để điều khiển nhiệt độ nóng chảy của nhựa Đây là bộ phận nóng nhất trên đầu phun
do đó cần cần có biện pháp an toàn, tránh tiếp xúc trực tiếp với bộ phận này Thường cục nóng được bọc với lớp băng keo cách nhiệt để tránh thoát nhiệt ra ngoài, tăng hiệu quả quá trình nung chảy nhựa
- Đầu phun là nơi định hình kích thước của nhựa lỏng khi được phun ra thường
có các kích thước đầu phun từ 0,1 mm đến 0,5 mm Tùy theo kích thước đầu phun thì có giới hạn về kích thước một lớp in khác nhau Đầu phun đường kính nhỏ thì
bề dày một lớp in càng nhỏ tuy nhiên sẽ dễ xảy ra hiện tượng tắc nhựa, tràn nhựa nếu chất lượng đầu phun không tốt
Hình 2.14 Kết cấu đầu phun nhựa
Trang 382.1.2.2 Đầu phun và bàn gia nhiệt
Các loại đầu phun thường gặp
- Đầu phun một màu:
Loại đầu phun này rất thông dụng, dễ sử dụng nhưng chỉ tạo ra các sản phẩm có một màu
Hình 2.15 Đầu phun một màu
- Đầu phun 2 đầu vào:
Loại đầu phun này ít phổ biến hơn, sử dụng đầu vào là 2 màu nhựa khác nhau Loại này khó sử dụng hơn loại 1 màu
Đầu phun này thường có 2 loại:
+ 2 đầu vào 1 đầu ra
+ 2 đầu vào 2 đầu ra
- Đầu phun 3 đầu vào :
Đầu phun Diamond Hotend
Máy in 3D dạng FDM với 2, 3 đầu phun hoặc nhiều hơn để in đa màu, đa chất liệu thì không mới Nhưng Diamond Hotend cũng có cùng mục đích đó lại hoàn toàn khác biệt Khác với các hệ thống đa đầu phun thông thường là sự gắn ghép nhiều đầu phun độc lập cùng hoạt động trong 1 chiếc máy, Diamond Hotend chỉ gồm 1 đầu phun hoạt động nhưng lại có 3 đường vào cho nhựa, và tất cả nhựa đi vào sẽ được phun ra ở một lỗ duy nhất Đây chính là ưu thế của Diamond Hotend
Hãy tưởng tượng với hệ thống các đầu phun độc lập, khi đổi nhựa in thì việc phun nhựa tạo vật thể bị gián đoán để thay thể đầu phun có nhựa mới Nhưng với Diamond Hotend, quá trình này diễn ra một cách đơn giản như không có gì đang diễn ra Khi cần đổi nhựa, hệ thống sẽ tự điều khiển để đùn nhựa mới vào mà không
Trang 39cần thay đầu phun khiến mọi thứ diễn ra mượt mà, không gián đoạn, từ đó việc tạo vật thể hoàn toàn trôi chảy như khi in với 1 đầu phun độc lập
Hình 2.16 Đầu phun Diamond hotend
Đầu phun đa màu
Về nguyên tắc hoạt động thì cũng tương tự như đầu phun Diamond Hotend chỉ khác về hình dáng Bên cạnh đó thiết kế tối ưu hơn về thể tích đầu phun so với mẫu Diamond Hotend từ đó có thể dễ dàng hơn cho việc chế tạo khối nhôm tản nhiệt để nâng cấp lên tản nhiệt nước cho đầu in, tối ưu hiệu quả khi in, nâng cao chất lượng sản phẩm khi in ra và hạn chế tối đa rủi ro kẹt nhựa trong quá trình in do nhiệt không được giải phóng kịp thời
Hình 2.17 Đầu phun đa màu
Trang 40Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đầu phun đa màu :
- Cấu tạo :
Bộ đầu phun đa màu gồm 3 phần chính
+ Bộ phận tản nhiệt
+ Bộ phận gia nhiệt nung chảy nhựa
+ Bộ phận phun nhựa (kim phun)
Hình 2.18 Cấu tạo bộ đầu phun
- Nguyên lí hoạt động :
Khi nhựa được đùn bởi bộ đùn nhựa xuống đầu phun sẽ qua bộ phận tản nhiêt, tại đây nhựa sẽ được giữ trạng thái rắn Nếu tản nhiệt không tốt sẽ làm nhựa chuyển thành trạng thái lỏng trước khi xuống bộ phận nung chảy sẽ dễ gây ra hiện tượng kẹt nhựa cho đầu phun Khi nhựa được đùn xuống đến bộ gia nhiệt sẽ được nung chảy thành trạng thái lỏng Từ đó nhựa sẽ được phun ra ngoài thông qua kim phun
Kết luận : Sau khi tìm hiểu, nhóm đã chọn đầu phun Diamond Hotend vì đầu
phun này khá phổ biến trên thị trường, hoạt động ổn định và giá thành phù hợp với sinh viên
Để dễ dàng thiết kế bộ phận tản nhiệt bằng quạt, nhóm đã chọn kiều đầu phun
đa màu Diamond Hotend