THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D NHỰA PEEK DẠNG BỘT

Hỗ trợ đồ án , liên hệ : https:www.facebook.com/doangiaresv THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D NHỰA PEEK DẠNG BỘTĐồ Án Thiết kế máy in 3dTHIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D NHỰA PEEK DẠNG BỘTTHIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D NHỰA PEEK DẠNG BỘTTHIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D NHỰA PEEK DẠNG BỘTTHIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D NHỰA PEEK DẠNG BỘT

VIỆN CƠ KHÍ Độc lập- Tự do-Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ)

1.Thông tin về sinh viên

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Đức

Điện thoại liên lạc: 0352470123 Email: Nguyenduc67@gmail.com

Lớp: KT CĐT 04-K59

Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: bộ môn Cơ điện tử

Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 01 /03/2019 đến 30/05/2019

2 Đầu đề thiết kế

THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D NHỰA PEEK DẠNG BỘT

3 Các số liệu ban đầu

-Kích thước vùng gia công: 200x200x200mm

-Bột PEEK cỡ hạt: 0.2mm

4 Nội dung thuyết minh và tính toán

-Tổng quan về in 3D nhựa PEEK dạng bột bằng tia Laser

-Thiết kế phần cơ khí và thiết kế điện điều khiển

-Xây dựng phần mềm điều khiển

5 Các bản vẽ

-Các bản vẽ nguyên lý cơ điện

Hà Nội, ngày 01 tháng 03 năm 2019 Giáo viên hướng dẫn

TS Nguyễn Trọng Doanh

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:………

Khoá:………… Lớp:………Chuyên ngành: ………

Tên đề tài tốt nghiệp:………

………

………

NỘI DUNG NHẬN XÉT I Khối lượng đồ án: 1 Phần thuyết minh:………trang 2 Phần bản vẽ: bản Ao II Ưu điểm của đồ án ………

………

………

………

………

………

III Nhược điểm của đồ án ………

………

………

………

………

IV Kết luận ………

………

………

………

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Giáo viên hướng dẫn

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:………

Khoá:………… Lớp:………Chuyên ngành: ………

Tên đề tài tốt nghiệp:………

………

………

NỘI DUNG NHẬN XÉT I Khối lượng đồ án: 1 Phần thuyết minh:………trang 2 Phần bản vẽ: bản Ao II Ưu điểm của đồ án ………

………

………

………

………

………

III Nhược điểm của đồ án ………

………

………

………

………

IV Kết luận ………

………

………

………

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Giáo viên phản biện

CHƯƠNG 1 Tổng quan về công nghệ in 3D và vật liệu PEEK

CHƯƠNG 2 Thiết kế hệ thống cơ khí

CHƯƠNG 3 Thiết kế hệ thống điện điều khiển

CHƯƠNG 4 Xậy dựng phần mềm điều khiển

CHƯƠNG 5 Kết quả thực nghiệm

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ IV DANH MỤC CÁC BẢNG VII LỜI MỞ ĐẦU VIII

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D VÀ VẬT LIỆU PEEK 1

1.1 Tổng quan về công nghệ in 3D 1

1.1.1 Giới thiệu công nghệ in 3D 1

1.1.2 Quá trình phát triển công nghệ in 3D 2

1.1.3 Các công nghệ in 3D phổ biếm hiện nay 4

1.1.4 Ứng dụng 13

1.2 Vật liệu PEEK 19

1.3 Lựa chọn công nghệ in 3D cho đồ án 20

1.4 Mục tiêu của đồ án 20

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 22

2.1 Lựa chọn công nghệ in 3D và kiểu máy in 22

2.1.1 Công nghệ in 22

2.1.2 Kiểu máy in 22

2.2 Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí 25

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 25

2.2.2 Tính toán thiết kế, lựa chọn kết cấu 27

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 50

3.1 Sơ đồ điều khiển 50

3.2 Bộ vi điều khiển 54

3.2.1 Board Arduino Mega 2560 54

3.2.2 Board Ramps 1.4 56

3.3 Hệ thống chuyển động 58

3.3.1 Driver DRV8825 58

3.3.2 Màn hình hiển thị LCD 60

3.3.3 Động cơ bước Nema17 61

3.3.4 Công tắc hành trình 63

3.4 Hệ thống điều khiển nhiệt và cảm biến nhiệt 64

3.4.1 Bộ điều khiển nhiệt buồng in 64

3.4.2 Đèn sấy nhiệt buồng in 65

3.4.3 Cảm biến nhiệt buồng in 66

3.5 Hệ thống Laser TTL 69

3.5.1 Laser TTL 69

3.5.3 Bộ điều khiển cường độ laser : Arduino Uno + LCD 1602A 70

3.6 Hệ thống làm mát và cấp nguồn 76

3.6.1 Hệ thống làm mát 76

3.6.2 Hệ thống cấp nguồn 78

3.7 Tổng kết linh kiện sử dụng 80

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 82

4.1 Thiết lập firmware Repetier 82

4.2 Cài đặt Arduino IDE và tiến hành nạp Repetier Firmware 90

4.3 Việt hóa Repetier Firmware 92

4.4 Phần mềm điều khiển và cắt lớp 95

4.4.1 Hiệu chỉnh và sử dụng phần mềm Repetier Host cho phù hợp với máy in 3d SLS .96

4.4.2 Cấu hình và tùy chỉnh phần mềm cắt lớp Slic3r đã được tích hợp sẵn trong Repetier Host 99

CHƯƠNG V: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 104

5.1 Quá trình lắp đặt máy 104

5.2 Vận hành máy và sản phẩm 107

5.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 112

KẾT LUẬN 114

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

Hình 1 1 Các bước cơ bản trong quá trình in 3D một sản phẩm bất kỳ 2

Hình 1 2 Công nghệ in 3D SLA 5

Hình 1 3: Công nghệ in 3D FDM 6

Hình 1 4 Công nghệ in 3D FDM 8

Hình 1 5 Công nghệ in 3D LOM 9

Hình 1 6: Công nghệ in 3D LDM 10

Hình 1 7 Công nghệ in 3D SLM và DMLS 12

Hình 1 8 Tramg phục in 3D 14

Hình 1 9 Chiếc xe ô tô đầu tiên chế tạo bằng máy in 3D tại Mỹ 15

Hình 1 10 Xây nhà bằng máy in 3D 16

Hình 1 11 Mô hình tên lửa sản xuất bằng máy in 3D 17

Hình 1 12 Thiết bị cấy ghép xương ức và xương lồng ngực in 3D 18

Hình 1 13 Động cơ máy bay được chế tạo bằng máy in 3D 19

YHình 2 1 Máy in dạng Descartes……… 22

Hình 2 2 Máy in dạng Delta 23

Hình 2 3 Sơ đồ nguyên lý 25

Hình 2 4 Sơ đồ kết cấu 27

Hình 2 5 Ren truyền động hình thang 28

Hình 2 6 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên vitme 29

Hình 2 7 Bảng vitme tiêu chuẩn 30

Hình 2 8 Kích thước đai ốc gắn vitme T10 33

Hình 2 9 Chọn ổ bi 34

Hình 2 10 sơ đồ kết nối động cơ với trục Vitme đai ốc 36

Hình 2 11 Kích thước của động cơ bước 37

Hình 2 12 Khớp nối đàn hồi 38

Hình 2 13 Sơ đồ lực tác dụng lên cụm trục Y 39

Hình 2 14 Chọn dây đai 41

Hình 2 15 Chọn dây đai 42

Hình 2 16 Kích thước bạc dẫn hướng 43

Hình 2 17 Kích thước thanh dẫn động 45

Hình 2 19 Kích thước thanh dẫn động 47

Hình 2 20 Kích thước bạc dẫn hướng 48

Hình 2 21 Kích thước thanh dẫm động 49

YHình 3 1 Sơ đồ thuật toán điều khiển……….51

Hình 3 2 Sơ đồ khối điều khiển 54

Hình 3 3 Board Arduino Mega 2560 55

Hình 3 4 Arduino Mega 2560 Schematic 56

Hình 3 5 Board Ramps 1.4 57

Hình 3 6:Board Ramps 1.4 schematic 58

Hình 3 7 Sơ đồ DRV8825 59

Hình 3 8 Microstep Resolution 60

Hình 3 9 Bộ hiển thị LCD 61

Hình 3 10 Động cơ bước Nema17 48mm 62

Hình 3 11 Kích thước động cơ bước Nema17 48mm 62

Hình 3 12 Cấu tạo động cơ bước Nema17 48mm 63

Hình 3 13 Công tắc hành trình 63

Hình 3 14 Cấu tạo công tắc hành trình 64

Hình 3 15 Bộ điều khiển nhiệt RKC REX – C700FK02 64

Hình 3 16 Đèn sấy Halogen 65

Hình 3 17 Dây cảm biến nhiệt buồng in NTC 100k 66

Hình 3 18 Sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của nhiệt điện trở NTC 100K .68 Hình 3 19 Laser Oxlasers ox 3.5 W TTL 69

Hình 3 20 Driver điều khiển laser 70

Hình 3 21 Vi điều khiển Arduino Uno 71

Hình 3 22 LCD 1602A 73

Hình 3 23 Module chuyển đổi I2C 74

Hình 3 24 Module chuyển đổi I2C 75

Hình 3 25 Hình ảnh thực tế sau khi kết nối LCD và module 76

Hình 3 26 Hướng dẫn kết nối LCD + module chuyển đổi + vi điều khiển 76

Hình 3 27 Quạt làm mát 77

Hình 3 29 Ống gen cách nhiệt sợi thủy tinh 80

YHình 4 1 Các thẻ chính của Repetier Firmware……….82

Hình 4 2 Mục cài đặt chung của Firmware 83

Hình 4 3 Định nghĩa không gian làm việc 84

Hình 4 4 Thông số của động cơ trục X 85

Hình 4 5 Thông số của động cơ trục Y 85

Hình 4 6 Thiết lập thông số cho builder 86

Hình 4 7 Thông số cài đặt công tắc hành trình 87

Hình 4 8 Tuỳ chọn công cụ của sản phẩm 88

Hình 4 9 Thêm Ex1 để điều khiển trục chứa vật liệu 88

Hình 4 10 Cài đặt giao diện người dùng 89

Hình 4 11 Tuỳ chọn cấu hình tải xuống 89

Hình 4 12 Repetier.ino 90

Hình 4 13 Chọn port kết nối với board mạch arduino mega 91

Hình 4 14 Quá trình Upload hoàn thành 91

Hình 4 15 Thêm tùy chọn lựa chọn ngôn ngữ “Vietnamese” 92

Hình 4 16 Các câu lệnh giúp nhận diện ngôn ngữ được chọn 93

Hình 4 17 Việt hóa các câu lệnh 93

Hình 4 18 Thêm tùy chọn ngôn ngữ Tiếng Việt bên cạnh Tiếng Anh 94

Hình 4 19 Câu lệnh điều khiển bằng tiếng việt 94

Hình 4 20 Câu lệnh điều khiển bằng tiếng việt 95

Hình 4 21 Slicer trong Repetier-Host 96

Hình 4 22 Giao diện Repetier-Host 97

Hình 4 23 Các thông số để kết nối với arduino 97

Hình 4 24 Thiết lập không gian in 98

Hình 4 25 Bảng điều khiển thủ công 99

Hình 4 26 Giao diện Silic3r 100

Hình 4 27 Tùy chỉnh Gcode cho phù hợp với máy in SLS 101

Hình 4 28 Thêm chi tiết cần in vào Sli3r 103

Hình 4 29 Xuất Gcode và chọn nơi lưu file 103

Hình 5 2 Buồng in của mô hình 105

Hình 5 3 Bên trong mô hình thực nghiệm 106

Hình 5 4 Kích thước mẫu in thử 107

Hình 5 5 Sử dụng Slic3r để xuất Gcode cho mẫu in thử 107

Hình 5 6 Chọn cổng COM kết nối 108

Hình 5 7 Load Gcode và bắt đầu in 109

Hình 5 8 Thiết kế lại mẫu in để tiết kiệm thời gian 111

Hình 5 9 Cố gắng in nhiều lớp của mẫu thử 112

Bảng 2 1 Thông số kĩ thuật của động cơ bước 37

YBảng 3 1 Thông số kỹ thuật của board Arduino Mega 2560………55

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật driver DRV8825 59

Bảng 3 3 Thông số kỹ thuật động cơ bước 61

Bảng 3 4 Thông số kỹ thuật công tắc hành trình 63

Bảng 3 5 Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển nhiệt 65

Bảng 3 7: Thông số kỹ thuật Arduino Uno 72

Bảng 3 8 Thông số kỹ thuật của quạt làm mát 77

Bảng 3 9: Tổng công suất các thiết bị điện 78

Bảng 3 10: Thông số kỹ thuật nguồn chuyển đổi 12-15V 79

Bảng 3 11: Tổng kết linh kiện đã sử dụng 80

YBảng 4 1: Các phần mềm cắt lớp phổ biến……….95

YBảng 5 1 Thực nghiệm thay đổi cường độ laser khi tốc độ in là 100mm/s……… 109

Bảng 5 2 Thực nghiệm thay đổi tốc độ in khi cường độ laser là 1.7W 111

Hiện nay, công nghệ in 3D đã phát triển đến mức có thể ứng dụng trong rấtnhiều lĩnh vực khác nhau Trong kỹ thuật thì in 3D giúp tạo nên các mẫu vật thể mộtcách nhanh chóng và chính xác Đặc biệt trong y học đã ứng dụng rất nhiều vàoviệc tạo ra các mẫu xương, các bộ phận thay thế trên cơ thể con người mỗi khi cầnthiết Với những người khuyết tật, in 3D có thể giúp tạo ra những bộ chân tay giảvới chi phí tiết kiệm hơn rất nhiều.

Vì vậy, với những ứng dụng rộng rãi như thế chúng em đã lựa chọn nghiên cứumáy in 3D để thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình

Những kiến thức và năng lực đạt được trong quá trình học tập tại trường sẽđược đánh giá qua đợt làm và bảo vệ đồ án tốt nghiệp Chúng em đã cố gắng tậndụng tất cả những kiến thức đã học ở trường cùng với những điều tự học và nghiêncứu, để có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này Kết quả là những sản phẩm đạtđược trong ngày hôm nay tuy không lớn lao nhưng nó là thành quả của những nămtháng học tại trường là thành công đầu tiên của bản thân trước khi ra trường

Chúng em muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với sự giúp đỡ của Trường, Viện, Bộmôn, đặc biệt đối với PGS.TS Nguyễn Văn Vinh và TS Nguyễn Trọng Doanh -người hướng dẫn chúng em trong thời gian qua Trong suốt quá trình hoàn thành đồ

án, thầy và cô luôn khuyến khích nghiên cứu tài liệu và các sản phẩm chất lượng,ngoài việc cung cấp các nhận xét chi tiết Nhờ vào sự nhiệt huyết và sự nhiệt tìnhcủa thầy cô trong việc hướng dẫn, chúng em đã có thể hoàn thiện đồ án với chấtlượng đạt yêu cầu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D VÀ VẬT LIỆU PEEK

1.1 Tổng quan về công nghệ in 3D

1.1.1 Giới thiệu công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D là một công nghệ tạo nên mô hình vật thể 3D bằng cách xếp chồng từng lớp nguyên liệu lên nhau Quá trình này ngược với các phương pháp gia công cắt gọthiện nay là cắt đi những phần thừa của phôi để tạo ra chi tiết Do vậy sử dụng công nghệ

in 3D mang đến hiệu quả sử dụng vật liệu rất cao

Máy in 3D sử dụng nhiều biện pháp kỹ thuật và vật liệu để biến các file kỹ thuật số chứa dữ liệu 3 chiều được tạo ra trong chương trình thiết kế trên máy tính CAD

(computer aided disign) hoặc từ một máy quét 3D để tạo thành những vật thể thực tế

In 3D được dự đoán là công nghệ ứng dụng mạnh mẽ để sản xuất ra các cơ quan, bộ phận thay thế như là răng giả, tay giả, chân giả hay một mẩu xương bị mất do tai nạn trong ngành y tế Hay để sản xuất các linh kiện máy bay do công nghệ in 3D rất hiệu quả

và nổi trội ở chỗ sản xuất các loại hàng hoá có số lượng ít những có công dụng cao, hoặc

có tính đặc thù, riêng biệt

Công nghệ in 3D không phải là công nghệ mới Nó đã được phát triển từ cuối những năm 1980 và được sử dụng để tạo ra các nguyên mẫu sản phẩm một cách nhanh chóng Cái mới của công nghệ này không còn chỉ được các công ty lớn sử dụng để tạo ra các nguyên mẫu sản phẩm Trong các năm gần đây, công nghệ in 3D đã thực sự bước vào thị trường tiêu dùng Nhiều nhà khoa học và chuyên gia từng đặt câu hỏi rằng công nghệ in 3D có thực sự là một công nghệ sẽ làm nên sự biến đổi lớn cho cả thế giới, sẽ là công cuộc cách mạng lớn? Câu trả lời là có Tổng thống Mỹ Barack Obama cũng từng nói:

“Công nghệ in 3D sẽ là một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp sản xuất của Mỹ”

Hình 1 1 Các bước cơ bản trong quá trình in 3D một sản phẩm bất kỳ

1.1.2 Quá trình phát triển công nghệ in 3D

Công nghệ in 3D được ra đời cách đây hơn 30 năm Năm 1986, Charles Hull đã sángtạo ra một quá trình gọi là Stereolithography – sản xuất vật thể từ một loại nhựa cảmquang lỏng và được làm đông cứng lại bằng tia laser Sau đó, ông thành lập công ty3DSystems – một trong những nhà cung cấp công nghệ lớn nhất hiện nay trong lĩnh vực

in 3D

Trong 20 năm đầu, công nghệ in 3D mới chỉ có những bước đi nhỏ, chậm, đây đượccoi là giai đoạn xâm nhập, bước nền cho công nghệ tạo mẫu nhanh Tuy nhiên, đến năm

2009, đã có một sự biến động lớn trên thị trường, nhiều bằng sáng chế về công nghệ này

đã hết hạn bảo vệ bản quyền, trong đó có bằng sở hữu công nghệ Fuse DepositionModelling (FDM) – là một công nghệ tạo hình sản phẩm bằng cách nấu chảy vật liệu rồixếp chúng thành từng lớp – vốn được sở hữu bởi hãng Stratasys, một trong những đối thủcạnh tranh hàng đầu trong lĩnh vực này Khi bằng sáng chế về công nghệ FDM hết giá trị,công nghệ này đã thu hút nhiều nhà sản xuất tham gia Giá thành sản xuất giảm và FDMtrở thành một trong những chìa khoá công nghệ cơ bản của các máy in 3D trên thị trườnghiện nay Đến năm 2014, các bằng sáng chế cho công nghệ nung kết sử dụng laserSelective Laser Sintering (SLS) cũng đã hết hạn, tạo cơ hội cho những sáng chế mới pháttriển hơn nữa công nghệ in 3D, mở đường cho một thời kỳ phát triển mạnh mẽ của ngànhcông nghiệp này trong tương lai Với tốc độ tăng trưởng hằng năm đạt khoảng 32%, dựtính đạt 32 tỉ USD vào năm 2020

Các dấu mốc quan trọng:

– Năm 1984: Charles Hull phát triển công nghệ có thể tạo ra được một vật thể hữu hình vật lí 3D từ các dữ liệu số

– Năm 1986: Charles Hull đặt tên cho công nghệ của mình là Stereolithography và đăng ký bản quyền cho phát minh của mình Charles Hull thành lập công ty 3D System và phát triển máy in 3D thương mại đầu tiên gọi là Stereolithography Apparatus (SLA) Cùng năm này, phát minh về SLS cũng được đăng ký bản quyền.

– Năm 1987: 3D System phát triển dòng sản phẩm SLA-250, đây là phiên bản máy in 3D đầu tiên được giới thiệu ra công chúng

– Năm 1988: Scott Crump phát minh ra công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM)

– Năm 1989: Scott Crump thành lập Stratasys

– Năm 1992: Stratasys bán chiếc máy sử dụng công nghệ FDM lần đầu tiên với tên

“3D Modeler”

– Năm 1992: DTM cũng bắt đầu bán ra dòng máy Selective Laser Sintering (SLS).– Năm 1993: Công ty Solidscape được thành lập để chế tạo ra dòng máy in 3D dựatrên công nghệ in phun, máy có thể tạo ra những sản phẩm nhỏ với chất lượng bềmặt cao

– Năm 1993: Viện công nghệ Masachusetts Institute of Technology (MIT) đăng kí phát minh “3 Dimensional Printing Techniques (3DP)” Công nghệ này giống vớicông nghệ máy in phun 2D bình thường Đây cũng chính là khởi điểm của cụm

– Năm 2005: Z Corporation giới thiệu dòng máy Spectrum Z510 Đây là dòng máy

in 3D đầu tiên tạo ra những sản phẩm có nhiều màu sắc chất lượng cao

– Năm 2006: Dự án máy in 3D mã nguồn mở được khởi động – Reprap – mục đích

có thể tạo ra những chiếc máy in 3D có thể sao chép chính bản thân nó Bạn có thể điều chỉnh hay sửa đổi nó tuỳ ý nhưng phải tuân theo điều luật GNU General Public Licence

– Năm 2008: Phiên bản đầu tiên của Reprap được phát hành Nó có thể tự sản xuất được 50% các bộ phận của chính minh

– Năm 2008: Objet Geometries Ltd đã tạo ra cuộc cách mạng trong ngành tạo mẫunhanh khi giới thiệu Connex500 Đây là chiếc máy đầu tiên trên thế giới có thể tạo ra sản phẩm 3D với nhiều vật liệu khác nhau trong cùng một thời điểm.

– Tháng 11/2010: Urbee- chiếc xe nguyên mẫu đầu tiên được giới thiệu Đây là chiếc xe đầu tiên trên thế giới mà toàn bộ phần vỏ body được in ra bởi máy in 3D Tất cả các bộ phận bên ngoài, kể cả kính chắn gió đều được tạo ra từ máy in 3D Fortus khổ lớn của Stratasys

– Tháng 12/2010: Organovo Inc một công ty Y học tái tạo nghiên cứu trong lĩnh vực in 3D sinh học đã công bố việc chế tạo ra hoàn chỉnh mạch máu đầu tiên hoàn toàn bằng công nghệ in 3D

– Tháng 8/2011: chiếc máy bay được in 3D đầu tiên được tạo ra bởi các kỹ sư thuộc trường đại học Southampton

– Tháng 10/2011: Công ty Materialise trở thành công ty in 3D đầu tiên trên chất liệu vàng 14K và bạc, mở ra một khả năng mới, thêm lựa chọn để chế tác ít tốn kém hơn cho các nhà thiết kế đồ trang sức

– Năm 2012: các bác sĩ và kỹ sư tại Hà Lan đã sử dụng một máy in 3D được làm bởi LayerWise để in ra hàm dưới giả, sau đó cấy ghép cho một người phụ nữ 83 tuổi bị nhiễm trùng xương mãn tính Công nghệ này hiện đang được nghiên cứu

để thúc đẩy sự tăng trưởng của tế bào xương mới

1.1.3 Các công nghệ in 3D phổ biếm hiện nay

1.1.3.1 Công nghệ Stereolithography SLA

Công nghệ in 3D SLA đã được nghiên cứu vào những năm 1970, nhưng mãi đến năm

1986 thì Charles Hull là người đầu tiên đăng kí bằng sáng chế và đặt tên cho công nghệ in3D này

Công nghệ này sử dụng nguyên liệu là một loại polime lỏng dạng cảm quang, khi đượcchiếu sáng bằng chùm tia UV thích hợp thì sẽ chuyển sang dạng đặc, ở đây nguồn tia UVđược sử dụng tia Laser Với sự trợ giúp của máy tính sẽ đưa tín hiệu di chuyển hệ thốngquét để vẽ từ một thiết kế có sẵn hoặc hình dạng trên bề mặt của bể photopolime Nhữngchỗ có tia laser quét qua thì lớp photopolime sẽ đông cứng lại theo từng lớp Sau khi hoànthành mỗi lớp thì bàn chứa vật thể in sẽ dịch chuyển xuống một đoạn đúng bằng chiềudày của lớp layer Tiến trình như thế được lặp lại cho đến khi tạo ra vật thể 3D hoàn thiện.Với công nghệ SLA, các chi tiết được in sẽ có độ phân giải cũng như độ chính xác rấtcao, thông thường nhỏ hơn 0.05mm Do đó, công nghệ in 3D SLA được sử dụng trongviệc tạo ra các chi tiết trong Y khoa, đồ trang sức hoặc thiết kế các chi tiết máy cần độchính xác cao Nhờ sử dụng nguồn sáng là Laser nên tốc độ in của công nghệ SLA caohơn các công nghệ in 3D khác Tuy nhiên, công nghệ này có nhược điểm là do độ chínhxác cao nên yêu cầu thiết kế phần khung cơ khí và các cơ cấu dịch chuyển cũng có yêu

cầu rất cao Cùng với việc sử dụng nguồn năng lượng là Laser công suất lớn dẫn đến chiphí lắp đặt lớn, khó khăn trong việc bảo trì Thêm nữa, nguyên liệu sử dụng cho côngnghệ SLA cũng rất đắt Tất cả đã làm giá cả của máy in 3D cũng như chi tiết tạo ra từ máy

in 3D sử dụng công nghệ này rất cao Hơn nữa, nguyên liệu sử dụng cho công nghệ SLA

có tính độc hại, do vậy chỉ sử dụng được trong các phòng thí nghiệm, không phổ thông

Hình 1 2 Công nghệ in 3D SLA 1.1.3.2 Công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM)

Công nghệ FDM xây dựng mô hình vật thể 3D bằng cách nung chảy sợi nhựa rồi đẩy quamột đầu phun, đầu phun này di chuyển trải nhựa đã chảy lên bề mặt của bàn nhiệt Saukhi ra khỏi đầu phun, sợi nhựa tiếp xúc với môi trường và bàn nhiệt nên hạ nhiệt và đônglại Đầu phun di chuyển đưa sợi nhựa trải lên bàn nhiệt tại các vùng hình thành nên chitiết Độ rộng của mỗi sợi nhựa khi trải ra có thể thay đổi trong khoảng từ 0.2 đến 1mm vàđược xác định bằng kích thước của miệng phun Miệng phun không thể thay đổi trong quátrình tạo mẫu, vì thế việc phân tích mô hình phải được lựa chọn trước Sau khi hoàn thànhmỗi lớp, đầu phun được nâng lên một đoạn bằng độ dày của lớp in, độ dày này có thể thayđổi từ 0.178mm đến 0.356mm Quá trình được lặp lại cho đến khi chi tiết được hoànthành

Yêu cầu của công nghệ FDM này là phải giữ ổn định nhiệt độ của đầu phun trong quátrình hình thành chi tiết, không để nhiệt độ này quá cao hoặc quá thấp dẫn đến chảy lớp intrước hoặc tắc đầu phun Ngoài ra, chi tiết cần phải được giữ đủ lạnh để vật liệu nóngchảy ra khỏi đầu phun có thể hoá cứng và liên kết với nhau Ngoài ra, phương pháp nàycần dùng các lớp in nâng đỡ cho phần vật liệu không nằm trên mặt đế Có thể sử dụng đầuphun thứ hai để tạo nên lớp vật liệu nâng đỡ hoặc dùng chính đầu in chính với các lớp in

lỏng lẻo để làm lớp nâng đỡ chi tiết Độ nhám bề mặt của chi tiết tạo ra bởi công nghệFDM không tốt bằng chi tiết chế tạo từ công nghệ SLA những cao hơn những chi tiết sảnxuất bằng công nghệ SLS Nhưng ngược lại, các chi tiết sử dụng công nghệ FDM xuấthiện gân bởi vì các lớp ngang và đường dịch chuyển đều xuất hiện lặp lại Công nghệ nàyđang là công nghệ phổ biến nhất bởi nguyên lí đơn giản, chi phí cho dựng máy và vật liệu

in đều rẻ, không độc hại Nó đang trở nên phổ biến trong các máy in 3D cá nhân

Hình 1 3: Công nghệ in 3D FDM

1.1.3.3 Công nghệ Selective Laser Sintering (SLS)

Công nghệ SLS tương tự như SLA nhưng điểm khác biệt là ở nguyên liệu, nguyên liệuđược sử dụng cho công nghệ SLS là vật liệu ở dạng bột như bột thuỷ tinh, bột gốm sứ, bộtthép, titan, nhôm, … Tia Laser giúp liên kết các hạt bột lại với nhau tạo thành vật thể 3Dhoàn chỉnh Đặc biệt, bột thừa sau quy trình có thể tái sử dụng nên rất tiết kiệm, bột trongquá trình thiêu kết dùng làm lớp nâng đỡ cho vật thể luôn nên tiết kiệm nguyên liệu vàthời gian một cách đáng kể Phương pháp này được phát minh bởi Carl Deckard vào năm

1986 ở trường đại học Texas khi còn là sinh viên và được cấp bằng sáng chế năm 1989.Sau đó được đưa ra thị trường bởi tập đoàn DTM (được thành lập năm 1987) Thiết bị đầutiên được thương mại hoá vào năm 1992 Đây là một trong những phương pháp đầu tiênđược công nhận sau SLA

Nguyên lí làm việc: Phương pháp SLS sử dụng tính chất của vật liệu bột là có thể hoá rắndưới tác dụng của nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại) Một lớp mỏng bột nguyên liệuđược trải trên bề mặt của một xy lanh công tác bằng một trống định mức Sau đó, tiaLaser hoá rắn (kết tinh) phần bột nằm trong đường biên của mặt cắt (không thực sự làmchảy bột), làm cho chúng dính chặt ở những chỗ có bề mặt tiếp xúc Trong một số trườnghợp, quá trình nung chảy hoàn toàn hạt bột với vật liệu được áp dụng Quá trình kết tinh

có thể được điều khiển tương tự như quá trình polime hoá trong phương pháp SLA Sau

đó xy lanh hạ xuống một khoảng bằng độ dày của lớp kế tiếp, bột nguyên liệu được đưavào và quá trình lại được lặp lại cho đến khi chi tiết được hoàn thành Trong quá trình chếtạo, những phần vật liệu không nằm trong đường bao mặt cắt sẽ được lấy ra sau khi hoànthành chi tiết, và được xem như bộ phận nâng đỡ để lớp mới được xây dựng Điều nàylàm giảm thời gian chế tạo chi tiết khi dùng phương pháp này Phương pháp SLS có thểđược áp dụng với các loại vật liệu khác nhau như Policacbonate, PVC, ABS, nylon, sáp,

… Những chi tiết được tạo ra bởi phương pháp SLS tương đối nhám và có những lỗ hổngnhỏ trên bề mặt nên cần phải xử lí sau khi chế tạo Vật liệu sử dụng cho công nghệ SLS ởdạng bột, và sử dụng nguồn Laser công suất có thể gây ảnh hưởng cho người sử dụng

Hình 1 4 Công nghệ in 3D FDM 1.1.3.4 Công nghệ LOM

Công nghệ Laminated Object Manufacturing (LOM) là công nghệ in 3D sử dụng đầu cắtlaser để cắt bỏ đi phần thừa của vật liệu dạng tấm Nguyên lý và kết cấu máy in 3D LOMđược thể hiện trên hình

 Ưu điểm

- Năng suất tạo hình cao, độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác của đầu cắt laser.

- Vật liệu đã dạng, dễ kiếm, giá thành thấp: giấy, vật liệu dẻo, kim loại

- Có thể chế tạo sản phẩm có kích thước lớn

 Nhược điểm

- Cơ tính phụ thuộc vào vật liệu và việc hậu xử lý

* Kết cấu

Hình 1 5 Công nghệ in 3D LOM

- Buồng tạo hình có một tấm đỡ gắn trên một piston được điều khiển nâng, hạ chính xác

- Đầu cắt laser được điều khiển theo phương X-Y dùng để cắt vật liệu tấm theo biên dạngcủa mặt cắt

- Con lăn cán và dán các tấm vật liệu với nhau

- Bộ phận cấp vật liệu : Gồm tang cấp và tang thu

- Năng suất tạo hình cao

- Vật liệu dạng tấm rất đang dạng và dẽ kiếm: giấy, vải, PVC…

- Cơ tính của sản phẩm phụ thuộc loại vật liệu

- Có thể chế tạo sản phẩm có kích thước lớn

- Cấu trúc sản phẩm có dạng tấm

- Đầu in có các rãnh dẫn vật liệu là bột kim loại và khí bảo vệ.

- Nguồn laser sợi quang công suất cao để làm nóng chảy bột kim loại

- Hệ thống di chuyển đầu in theo các trục X, Y, Z, B, C giống như máy công cụ CNC 5 trục.Trong một số trường hợp, hệ thống này được lắp kết hợp trên các máy phay CNC 5 trục

- Buồng tạo hình được bơm đầy khí trơ (ví dụ khí Argon) để chống sự ô-xi hoá của bột kimloại

- Sản phẩm in có cơ tính cao Sử dụng được nhiều loại vật liệu khác nhau

- Có tốc độ cao nhất trong các phương pháp và có thể in được vật có kích thước lớn với phầncứng nhỏ hơn các công nghệ khác Có thể gắn đầu in trên máy CNC 5 trục hoặc trên cánhtay robot

- Độ nhám bề mặt cao, độ chính xác thấp hơn các phương án khác

- Không có vật liệu hỗ trợ nên khí in các sản phẩm có hình dạng phức tạp

1.1.3.6 Công nghệ SLM và công nghệ DMLS

Công nghệ SLM (Selective Laser Melting) và công nghệ DMLS (Direct Metal Laser

(melting) hoặc thiêu kết (Sintering) vật liệu dạng bột (kim loại) Điểm khác nhau giữa 2công nghệ là: Công nghệ DMLS sử dụng bột kim loại với một nhiệt độ nóng chảy nhấtđịnh và làm nóng chảy hoàn toàn các phân tử, trong khi với công nghệ SLM, bột kim loạibao gồm nhiều thành phần có nhiệt độ nóng chảy khác nhau và chỉ được thiêu kết vớinhiệt độ kết dính Về bản chất, SLM tạo ra các chi tiết từ 1 kim loại, trong khi DMLS tạo

ra các chi tiết từ hộp kim

- Khoang cấp vật liệu, khoang chứa vật liệu thừa, con lăn.

- Khi đó con lăn sẽ gạt bỏ vật liệu thừa để tạo thành một lớp đồng đều

- Tấm đỡ dịch xuống một khoảng đúng bằng với độ dày của lớp cắt (0,02 – 0,05mm) Tiếp đó bộ phận cung cấp vật liệu sẽ trải tiếp lớp tiếp theo

- Quá trình lại tiếp tục cho đến khi hoàn thành chi tiết

* Khả năng công nghệ

- Sản phẩm in có cơ tính và độ chính xác cao Chi tiết có thể sử dụng ngay

- Không cần các kết cấu hỗ trợ

- Vật liệu thừa có thể tái sử dụng (chỉ lãng phí 5% vật liệu).

1.1.3.7 Một số công nghệ in 3D khác

Công nghệ Polyjet:

PolyJet là công nghệ in 3D quyền năng, tạo ra các chi tiết, nguyên mẫu và dụng cụ có bềmặt nhẵn và độ chính xác cao Với độ phân giải cực nhỏ và độ chính xác tới 0,1mm, nó cóthể tạo ra những lớp in mỏng và hình dạng phức tạp, sử dụng nhiều loại vật liệu sẵn cóvới bất kỳ công nghệ nào

In PolyJet 3D hoạt động tương tự như in phun, nhưng thay vì phun các giọt mực vào giấy,PolyJet 3D Printers phun các lớp chất lỏng photolymer vào khay in

Loại bỏ vật liệu hỗ trợ: Người dùng có thể dễ dàng loại bỏ các vật liệu hỗ trợ bằng tayhoặc ngâm mẫu vào các dung dịch tự hòa tan vật liệu hỗ trợ Các mẫu sau khi in sẵn sàng

để sử dụng mà không cần bất cứ quá trình xử lý nào khác

Công nghệ Sandstone:

Công nghệin 3D màu Sandstone được thương mại hóa bởi Z Corporation vào năm 1995,

từ đây thuật ngữ “Three-Dimensin” (in 3 chiều ) ra đời

Ưu điểm: Cho phép tạo ra mô hình với giải màu rộng (gần với máy in 3D full color mớinhất hiện nay)

Nhược điểm: Mô hình dòn, dễ gãy Không thich hợp tạo mãu in 3D dùng trong kỹ thuật Tuy phương pháp tạo hình khá giống SLS, nhưng Standstone lại in được nhiều màu sắclên sản phẩm (trong khi SLS chỉ in được 1 màu duy nhất trong mỗi nguyên công in 3D )

In ấn 3D đã đến điểm mà các công ty đang in tiêu dùng lớp kính với nhu cầu tùy chỉnhphù hợp và phong cách (mặc dù họ không thể in các ống kính) Theo yêu cầu tùy biến củakính là có thể với mẫu nhanh.

Hình 1 8 Tramg phục in 3D 1.1.5.2 Ô tô

Trong đầu năm 2014, Thụy Điển siêu xe nhà sản xuất, Koenigsegg, công bố One: 1, mộtsiêu xe mà sử dụng nhiều thành phần 3D đã được in Trong các hoạt động giới hạn của xeKoenigsegg sản xuất, One: 1 có ruột bên gương, ống dẫn khí, các thành phần titan thoátkhí, và lắp ráp turbo tăng áp thậm chí hoàn chỉnh đã được in 3D như một phần của quátrình sản xuất

Một công ty Mỹ, Local Motors đang làm việc với Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge

và Cincinnati Incorporated để phát triển các quy trình sản xuất chất phụ gia có quy mô lớnthích hợp để in toàn bộ thân xe Công ty có kế hoạch in các xe sống ở phía trước của mộtkhán giả vào tháng 9 năm 2014 với các quốc tế Công nghệ Sản xuất Show "Được sảnxuất từ một sợi mới được gia cố bằng nhựa nhiệt dẻo đủ mạnh để sử dụng trong một ứngdụng ô tô, khung gầm và thân thể không có hệ thống truyền động, bánh xe và phanh nặngmột ít £ 450 và chiếc xe đã hoàn thành bao gồm chỉ 40 thành phần, số lượng mà được nhỏhơn với mỗi phiên bản

Urbee là tên của chiếc xe đầu tiên trong thế giới xe gắn bằng cách sử dụng công nghệ in3D (thân xe và cửa sổ xe hơi của mình đã "in") Tạo ra trong năm 2010 thông qua sự hợptác giữa các kỹ sư Mỹ Kor sinh thái và công ty Stratasys (nhà sản xuất của máy in 3DStratasys), nó là một chiếc xe hybrid với cái nhìn tương lai

Hình 1 9 Chiếc xe ô tô đầu tiên chế tạo bằng máy in 3D tại Mỹ 1.1.5.3 Xây dựng

Việc sử dụng thêm được phát triển là xây dựng in, hoặc bằng cách sử dụng in ấn3D để xây dựng các tòa nhà Điều này có thể cho phép thi công nhanh hơn cho chi phíthấp hơn, và đã được nghiên cứu để xây dựng môi trường sống ngoài Trái đất Ví dụ, các

dự án Sinterhab đang nghiên cứu một căn cứ mặt trăng được xây dựng bằng cách in 3Dbằng cách sử dụng âm lịch regolith là một cơ sở vật chất Thay vì thêm một đại lý liên kếtvới các regolith, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm với lò vi sóng thiêu kết để tạo khốirắn từ các nguyên liệu thô

Hình 1 10 Xây nhà bằng máy in 3D 1.1.5.4 Quân sự

Năm 2013, một nhà thiết kế tại Texas đã chế tạo thành công một khẩu súng lục có thể bắn được đạn thật bằng công nghệ in 3D Khẩu súng được làm từ nhựa, tuy nhiên có một số

bộ phận được làm bằng kim loại vì nhà thiết kế này lo sợ nó sẽ trở thành một loại vũ khí

có thể mang qua an ninh sân bay Ứng dụng này của công nghệ 3D đem lại khá nhiều rủi

ro, khi bất kỳ ai cũng có thể tải bản thiết kế trên mạng và chế tạo một khẩu súng cho mình

Tuy nhiên các nhà quân sự lại cho đây là một phát minh hữu ích, khi giá thành chế tạo cácloại vũ khí từ vật liệu thông thường rất cao Việc sử dụng công nghệ in 3D sẽ giúp tạo ranhững loại vũ khí mới giá rẻ và trong thời gian rất ngắn Thậm chí người lính sẽ khôngphải mang vũ khí ra chiến trường, mà có thể sử dụng máy in 3D để tạo ra chúng ngay tạiđó

Hình 1 11 Mô hình tên lửa sản xuất bằng máy in 3D 1.1.5.5 Y tế

In 3D đã được sử dụng để in biệt cụ thể là bệnh nhân và thiết bị dùng trong y tế.Hoạt động thành công bao gồm titan xương chậu cấy vào một bệnh nhân người Anh, titanthấp hơn hàm cấy ghép cho bệnh nhân Bỉvà một nhựa khí quản nẹp cho một trẻ sơ sinh

Mỹ Các thiết bị trợ thính và các ngành nha khoa được dự kiến sẽ là khu vực lớn nhất của

sự phát triển trong tương lai bằng cách sử dụng công nghệ in 3D tùy chỉnh Trong tháng 3năm 2014, bác sĩ phẫu thuật ở Swansea sử dụng các bộ phận in 3D để xây dựng lại khuônmặt của một người đi xe mô tô đã bị thương nặng trong một vụ tai nạn đường bộ nghiêncứu cũng đang được tiến hành trên phương pháp để thay thế bio-in cho các mô bị mất doviêm khớp và ung thư

Trong ngày 24 tháng 10 năm 2014, một bé gái năm tuổi sinh ra không có ngón tay hìnhthành hoàn toàn vào tay trái của cô đã trở thành đứa trẻ đầu tiên ở Anh có một cánh taygiả làm bằng công nghệ in 3D Tay cô ấy đã được thiết kế bởi Mỹ dựa trên E-vững, một tổchức thiết kế mã nguồn mở trong đó sử dụng một mạng lưới tình nguyện viên để thiết kế

và làm chân tay giả chủ yếu là cho trẻ em Các cánh tay giả đã dựa trên một khuôn thạchcao được thực hiện bởi cha mẹ cô

In chân tay giả đã được sử dụng trong phục hồi chức năng của các loài động vật bị tê liệt.Trong năm 2013, một 3D in chân cho một con vịt què đi lại được nữa Trong năm 2014một chihuahua sinh ra không có chân phía trước được trang bị với một dây nịt và bánh xetạo ra với một máy in 3D

Vào tháng 1 năm 2015, nó đã được báo cáo rằng các bác sĩ ở London của St Thomas'Bệnh viện đã sử dụng các hình ảnh thu được từ một hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) quét

để tạo ra một bản sao in 3D của trái tim của một cô gái hai tuổi với một 'rất phức tạp 'lỗ

trong đó Sau đó họ có thể thay đổi một Gore-Tex vá để thực hiện một chữa bệnh Các bác

sĩ phẫu thuật chính của đội ngũ điều hành, Giáo sư David Anderson, nói với The SundayTimes: "Việc in 3D có nghĩa là chúng ta có thể tạo ra một mô hình của trái tim mình vàsau đó nhìn thấy bên trong nó có một bản sao của các lỗ như nó nhìn khi trái tim đã bơm.Chúng tôi có thể đi vào hoạt động với một ý tưởng tốt hơn về những gì chúng ta sẽ tìmthấy " Kỹ thuật in 3D sử dụng của bệnh viện đã được tiên phong bởi Tiến sĩ Gerald Greil

Hình 1 12 Thiết bị cấy ghép xương ức và xương lồng ngực in 3D

1.1.5.6 Vũ trụ

Vào tháng 9 năm 2014, máy in 3-D đầu tiên được đưa lên đến Trạm Vũ trụ Quốc tế(ISS) Trong vòng 1 tháng, các nhà du hành đã in ra sản phẩm đầu tiên của họ: 1 tấm thaythế cho phần vỏ của chính chiếc máy in Ngày 19 tháng 2 năm 2014, NASA gửi qua emailbản vẽ CAD cho một ổ cắm cờ lê để các phi hành gia trên tàu ISS in ra

Nếu máy in trở thành 1 thiết bị quan trọng cho các nhà thám hiểm vũ trụ thì nó phải cókhả năng tự tái tạo lại các bộ phận của nó để nó có thể làm việc trong suốt hành trình dàinhư đến sao Hỏa hoặc một vài hành tinh khác Thậm chí, đến một ngày nào đó máy in này

có thể in ra nhiều máy in khác nữa

Cơ quan Vũ trụ châu Âu có kế hoạch cung cấp loại máy in 3D xách tay lên Trạm Khônggian Quốc tế vào tháng 6 năm 2015 đó là loại máy in 3D thứ hai trong không gian

Hình 1 13 Động cơ máy bay được chế tạo bằng máy in 3D

1.2 Vật liệu PEEK

Nhựa PEEK có tên đầy đủ là Poly Erhethe Ketron là loại nhựa có khả năng chịunhiệt cao, được sản xuất băng cách đùn đúc các loại nhựa Polyetheretherketron NhựaPEEK dùng để sản xuất ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp với độ bền cao và cầnchịu nhiệt tốt Nguyên mẫu và các bộ phận sản xuất được chế tạo với PEEK sẽ không chỉchịu được sự hư hỏng và hư hỏng về hóa học, mà con duy trì độ bền uốn và nén tuyệt vời

ở nhiệt độ cao hơn phạm vi hoạt động của các bộ phận SLS nylon chuẩn Do đó, nhựaPEEK được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực:

- Ngành vũ trụ hàng không : PEEK có thể thay thế nhôm và các kim loại khác để chế tạplình kiện, tận dụng tính năng chống cháy, có thể tạo linh kiện bên trong máy bay, để giảmmức nguy hiểm khi xảy ra cháy máy bay, đã thử nghiệm và dùng thành công trên mô hìnhtàu bay Vũ Thần Châu, và bắt đầu sử dụng rộng rãi trên các loại máy bay Boeing vàAirbus

- Ngành điện, điện tử : PEEK có tính năng điện tốt, là một vật liệu lý tưởng có thể cáchđiện, ở điều khiển khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất cao và độ ẩm vẫn giữ được tínhnăng cách điện tốt Đặc biệt trong ngành công nghiệp bán dẫn, PEEK thường dùng để làmphim cách nhiệt, linh kiện nôi, bảng mạch in ấn, linh kiện nối ở nhiệt độ cao

- Ngành công nghiệp năng lượng và năng lượng hạt nhân, PEEK có tính chịu nhiệt cao,không dễ bị phân hủy, chịu bức xạ, cho nên ứng dụng để làm dây và cáo cuộc trong nhàmáy hạt nhân.

- Ngành công nghiệp máy móc, PEEK thường dùng để làm van nén, vòng Piston, Seal,

và va, bơm các loại trong ngành hóa dầu PEEK được dùng để thay thép không gỉ để làmcánh bơm của bơm Vortex, có thể làm giảm đáng kể sự mài mòn và tiếng ồn, kéo dài tuổithọ sử dụng của nó

- Công nghiệp xe hơi, tận dụng dặc tính chống ăn mòn và đặc tính cơ học tốt, có thể thaythế kim loại, thép không gỉ để chế tạo mang che động cơ, trục khuỷa xe hơi, miếng đệmSeal, vàng răng ly hợp và các loại linh kiện khác, ngoài ra còn có thể làm động cơ chuyểnđộng, thắng xe và hệ thống điều hòa trong xe

Và đặc biệt hơn cả đó là trong ngành y học Đồ án này nhìn nhận nhựa PEEK dưới góc độcủa một vật liệu y sinh PEEK được phát triển có rất nhiều ưu điểm khi ứng dụng trong Yhọc :

- Modul đàn hồi tương thích với modul của xương người

- Không cảm quang

- Tương thích sinh học và bền sinh học lâu dài

- Vật liệu không nhiễm từ

- Đặc biệt rất bền về mặt hóa học

- Dễ tiệt trùng

- Bền va đập , bền mỏi và bền bào mòn cao

- Có tính kháng axit, chất hữu cơ và các chất bazo

Nhựa PEEK được đặc trưng bởi độ bền cao, đặc biệt bền trong môi trường thuỷ phân vàbền với các bức xạ ion hoá PEEK hiện được xem là một trong những vật liệu sinh học cótiềm năng, có thể tiệt trùng bằng các phương pháp khác nhau: hơi khô, hơi ẩm, chiếu xạgamma mà độ bền, cấu trúc, các đặc trưng cơ lý hoá khác không hoặc ít bị thay đổi

1.3 Lựa chọn công nghệ in 3D cho đồ án

Với những ưu điểm nổi bật như: có thể in được các chi tiết phức tạp, chi tiết lớn với độchính xác cao hơn, độ mịn bề mặt cao và đặc biệt là in được nhiều loại vật liệu từ nhựađến kim loại… Ngoài ra để phục vụ cho quá trình làm việc ở phòng Lab, chúng em quyếtđịnh lựa chọn công nghệ SLS làm công nghệ in 3D cho đề tài Thiết kế máy in 3D

1.4 Mục tiêu của đồ án

 Hiểu về các công nghệ in 3D, đặc biệt là công nghệ SLS

 Hiểu biết về loại vật liệu y sinh PEEK

 Thiết kế máy in 3D sử dụng công nghệ SLS nhựa PEEK:

- Thiết kế nguyên lý và kết cấu cơ khí cho thiết bị

- Thiết kế phần điện điều khiển

- Xây dựng phần mềm điều khiển

 Chế tạo thành công máy in 3D sử dụng công nghệ SLS nhựa PEEK

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Lựa chọn công nghệ in 3D và kiểu máy in

2.1.1 Công nghệ in

Từ yêu cầu đề tài nguyên liệu in là nhựa PEEK, qua quá trình tìm hiểu chúng em thấynhựa PEEK là loại nhựa có nhiệt độ nóng chảy cao nên các phương pháp gia nhiệt thôngthường sẽ gặp khó khăn, đông thời loại nhựa này trên thị trường chủ yếu chỉ có dạng hạtnhựa hoặc bột nhựa Công nghệ SLS có thể thiêu kết các loại bột nhựa ở nhiệt độ cao mộtcách dễ dàng mà vẫn đảm bảo sai số ±0.3 mm nên nhóm quyết định lựa chọn công nghệ

- Máy in 3D dạng Descartes có ba trục truyền động theo phương ngang, dọc và

thẳng đứng tương ứng với 3 trục tọa độ của hệ tọa độ Descartes Trên trục có hệ thống dẫnđộng để có thể giúp cho đầu in di chuyển đến những vị trí mong muốn đạt được Máy cókhông gian làm việc hình hộp chữ nhật

- Ưu điểm:

 Bộ phần điều khiển dễ dàng, hiện nay có rất nhiều mã nguồn mở về hệ máy in 3D dạng Descartes, cộng đồng máy in hệ Descartes lớn dễ dàng phát triển và ápdụng công nghệ in mới vào máy in

 Hệ thống cơ khí đơn gian, với các trục X, Y, Z tách rời thuận lợi cho việc lắp ghép, sửa chữa và cân chỉnh máy

 Không gian làm việc rộng với kích cỡ máy phù hợp

- Nhược điểm:

 Do việc tách rời chuyển động của từng trục dẫn đén các cơ cấu di động lớn, máy có quán tính lớn, tốc độ in không cao và nếu chạy ở tốc độ quá cao máy gây ra tiếng ồn và rung động trong máy

 Máy thường bị hạn chế chiều cao vật in

 Dạng Delta:

Hình 2 2 Máy in dạng Delta

- Máy in 3D dạng Delta cũng dùng hệ tọa độ Descartes nhưng có ba trục đều chuyển động

theo phương dọc Máy sử dụng các hàm lượng giác dựa trên góc độ của các khâu so vớiphương dọc để xác định vị trí đầu in Máy có không gian làm việc hình trụ

- Ưu điểm:

 Có không gian làm việc tối ưu hơn máy Descartes, nhất là khi in chi tiết hình trụ

 In chi tiết cao tốt hơn máy Descartes.

- Nhược điểm:

 Chất lượng in kém hơn máy Descartes

 Dễ bị cong vênh ở rìa bàn in

2.1.2.2 Lựa chọn kiểu máy in

Từ yêu cầu đề bài có khổ in 200 x 200 x 200 mm không quá lớn và có dạng hìnhhộp chữ nhật, đồng thời với việc thiết kế một máy in có kết cấu phổ biến, nhóm quyếtđịnh chọn kiểu máy in Descartes Thiết kế cơ bản cơ cấu dẫn động của các cụm máy:

 Cụm nguyên liệu: tải trọng nhỏ, độ chính xác vừa phải, vận tốc và gia tốc nhỏ

=> chọn cơ cấu dẫn động là vitme thường

 Cụm chế tạo: tải trọng nhỏ, độ chính xác vừa phải, vận tốc và gia tốc nhỏ

=>chọn cơ cấu dẫn động là vitme thường

 Cụm trục X,Y: tải trọng không đáng kể, độ chính xác vừa phải, vận tốc và gia tốc lớn

=> chọn cơ cấu dẫn động là puly đai răng

 Cụm cán bột: tải trọng không đáng kể, độ chính xác vừa phải, vận tốc và gia tốc vừaphải => chọn cơ cấu dẫn động là puly đai răng

2.2 Tính toán thiết kế kết cấu cơ khí

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Từ việc lựa chọn cơ cấu dẫn động ở trên, ta thu được sơ đồ nguyên lý sau:

Hình 2 3 Sơ đồ nguyên lý

Các cụm của máy hoạt động như sau:

o Cụm nguyên liệu: được điều khiển bằng động cơ 1, di chuyển tịnh tiến theophương Z, được dẫn động bởi vitme 1

o Cụm chế tạo: được điều khiển bằng động cơ 2, di chuyển tịnh tiến theo phương

Z, được dẫn động bởi vitme 2

o Cụm trục X: được điều khiển bằng động cơ 5, di chuyển tịnh tiến theo phương

X, được dẫn động bởi dây đai 5

o Cụm trục Y: được điều khiển bằng động cơ 4, di chuyển tịnh tiến theo phương

Y, được dẫn động bởi dây đai 3 và dây đai 4

o Cụm cán bột: được điều khiển bằng động cơ 3, di chuyển tịnh tiến theo phương

Y, được dẫn động bởi dây đai 1 và dây đai 2

2.2.2 Tính toán thiết kế, lựa chọn kết cấu

Hình 2 4 Sơ đồ kết cấu 2.2.2.1 Cụm nguyên liệu và cụm chế tạo

 Tính toán lựa chọn vit me cho cụm nguyên liệu và cụm chế tạo:

Thực nghiệm cho thấy truyền động vit me đai ốc thường bị hỏng do mòn ren Đểgiảm mòn cần chọn vật liệu làm vít me và đai ốc thích hợp, bôi trơn đầy đủ để hạn chế ápsuất trên ren

Ngoài hiện tượng hỏng vì mòn, bộ truyền còn có thể hỏng vì không đủ độ bền (cácvít me chịu lực lớn) hoặc không ổn định khi chịu lực uốn dọc trục lớn

Tính toán theo phương pháp tính độ bền mòn được dùng phần lớn cho các bộtruyền vít me đai ốc để xác định đường kính vít me và chiều dài đai ốc

Chuyển động của các trục máy in 3d là chuyển động đảo chiều và có chịu tải nênchọn ren của chuyển động vít me đai ốc có hình thang