Nghiên cứu ,thiết kế và ứng dụng công nghệ tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực y tế

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1. Tính cấp thiết đề tài 1 1.2. Lý do chọn đề tài 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 5 2.1 Tổng quan đề tài 5 2.2 Tình hình trong nước: 5 2.3 Tình hình trên thế giới: 7 2.4 Vấn đề tồn tại và hướng giải quyết vấn đề 10 CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 11 3.1. Mục tiêu của đề tài 11 3.2. Phương pháp nghiên cứu 11 3.3. Yêu cầu kỹ thuật đối với máy in 3D y tế 12 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 14 4.1 Chọn kết cấu mô hình 14 4.2. Tính toán, thiết kế, lựa chọn các chi tiết trên mô hình 16 4.2.1 Các loại cơ cấu truyền động 16 4.2.2. Tính toán và chọn động cơ cho máy in 19 4.2.3 Động cơ bước 42 (Step motor): 23 4.2.4 Động cơ bước 57 (Step motor) – 2 pha, 4 dây 25 4.3. Tính toán, thiết kế cơ khí 27 4.3.1 Thiết kế cụm cơ khí trục xy: 27 4.3.2 Thiết kế cụm cơ khí trục z: 33 4.3.3 Phần khung máy: 38 4.4 Linh kiện điện tử và hệ thống điều khiển 41 4.4.1 Module điều khiển động cơ bước A4988: 41 4.4.2 Board Mạch MKS Gen L V2.0 43 CHƯƠNG 5 : THI CÔNG 47 5.1 Mô phỏng quá trình chuyển động của máy in 3D 48 5.2 Phần mềm điều khiển 52 CHƯƠNG 6 : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾ LUẬN 58 6.1 Kết quả đạt được 58 6.2 Kết luận 59 6.3 Đề xuất và kiến nghị: 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60   DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. 1 Tạo mẫu nhanh trong y tế 1 Hình 1. 2 Máy in 3D sinh học 2 Hình 2. 1 Các mô được tạo mẫu bằng máy In 3D 6 Hình 2. 2 Xương đùi bằng vật liệu PEEK in 3D 6 Hình 2. 3 Bộ phận tai con người được in 3D 7 Hình 2. 4 Bàn tay phải được in 3D 8 Hình 3. 1 Máy In 3D có môi trường vô trùng 11 Hình 3. 2 Công nghiệp phun sinh học 12 Hình 4. 1. Mô hình máy in 3D 14 Hình 4. 2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy 15 Hình 4. 3 Truyền động vít me đai ốc 16 Hình 4. 4 Cấu tạo vít me bi 18 Hình 4. 5 Bàn trượt xy vitme 18 Hình 4. 6 Động cơ bước 19 Hình 4. 7 Sơ đồ nguyên lý động cơ servo DC hồi tiếp 20 Hình 4. 8. Động cơ xoay chiều 21 Hình 4. 9 Động cơ bước 42 23 Hình 4. 10 Động cơ 42 24 Hình 4. 11 Thông số kích thước của động cơ 42 25 Hình 4. 12 Động cơ bước 57 26 Hình 4. 13 Thông số bàn trượt Y 28 Hình 4. 14 Thông số bàn trượt X 28 Hình 4. 15 Kết cấu cụm XY 29 Hình 4. 16 Tấm nhôm bản in 29 Hình 4. 17 Tấm bích trượt 30 Hình 4. 18 Cụm bàn trượt XY 30 Hình 4. 19 Xi lanh điện 32 Hình 4. 20 Xi lanh trục Z 34 Hình 4. 21 Cụm cơm khí trục z 35 Hình 4. 22 Khung máy 38 Hình 4. 23 Kích thước nhôm định hình 38 Hình 4. 24 Bản vẻ khung máy 39 Hình 4. 25 Bu lông, ke góc, con trượt 39 Hình 4. 26 Driver động cơ A4988 40 Hình 4. 27 Sơ đồ mạch điện driver động cơ A4988 40 Hình 4. 28 Các chế độ điều khiển 41 Hình 4. 29 Board Mạch MKS Gen L V2.0 43 Hình 4. 30 Kích thước của board MKS Gen V2 44 Hình 4. 31 Sơ đồ chân của mks gen v2 44 Hình 4. 32 Hệ thông nối dây của hệ thống 45 Hình 5. 1 Mô hình thiết kế 3d 46 Hình 5. 2 Quy trình vận hành của máy 47 Hình 5. 3 Giao diện của phần mềm Inventor 48 Hình 5. 4 Hộp thoại Place Constraint 48 Hình 5. 5 Hộp thoại Animate constraint 50 Hình 5. 6 Giao diện của phần mềm Cura 51 Hình 5. 7 Hộp thoại cơ bản của Cura 52 Hình 5. 8 Hộp thoại nâng cao của Cura 53 Hình 5. 9 Sản phẩm được lỗ tai in thử 55 Hình 6. 1 Hình ảnh thực tế của máy in 3D 56 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trên thế giới đang phát triển với tốc độ như vũ bão, không ngừng vươn tới những đỉnh cao mới, trong đó có những thành tựu về tự động hóa sản xuất. Khẳng định vai trò quan trọng của công nghệ tự động trong chiến lược công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế nước ta là một việc hết sức có ý nghĩa, tạo ra khả năng phát triển nền kinh tế với tốc độ cao, vững chắc và lâu dài. Ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến việc tự động hóa các nghành kinh tế, kỹ thuật trong đó có cơ khí chế tạo đã thực hiện từ nhiều thập kỉ. Máy in 3d được đưa vào sản xuất trong các quy trình gia công tạo mẫu nhanh, tạo ra các chi tiết có biên dạng phức tạp,.. Ở Việt Nam, nhiều công ty tư nhân cũng đang bắt đầu ứng dụng đưa vào công việc sản xuất. Hiện nay, nhu cầu gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp với tốc độ và độ chính xác cao hơn. Với những chi tiết dạng này các phương pháp truyền thống khó có thể gia công hoặc nếu gia công thì cũng mất nhiều thời gian và công sức. Chính vì vậy mà công nghệ in 3d đang ngày càng phổ biến không chỉ ở lĩnh vực công nghiệp máy móc mà còn hiện hữu đa dạng trong các lĩnh vực khác như y tế, giáo dục,… Công nghệ in 3d đã đánh dấu bước mở đầu cho cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ 4 tạo ra ảnh hưởng to lớn trên nhiều lĩnh vực. Ở Việt Nam hiện nay công nghệ in 3d đang dần được đưa vào ứng dụng trong quá trình sản xuất với các loại máy in 3d đa chủng loại và nguồn gốc như máy in của Nga, Tây Ban Nha, Ba Lan,.. Với những lý do trên, nhóm sinh viên Ngành kỹ thuật cơ khí K17 Đại Học Công Nghệ Tp.HCM chúng em được giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp như sau: “Nghiên cứu, chế tạo và điều khiển máy in 3d y tế” bao gồm những nhiệm vụ sau đây: + Nghiên cứu, tìm hiểu về lịch sử phát triển của máy in 3d. + Nghiên cứu, thiết kế tổng thể máy in 3d về kết cấu cơ khí, hệ thống điều khiển và lập trình điều khiển máy. + Chế tạo được một mô hình máy in 3d thu nhỏ dựa theo những điều kiện có sẵn. Trong quá trình nghiên cứu và chế tạo, chúng em đã gặp nhiều khó khăn, do đề tài mới mẻ, thời gian và kiến Sau một thời gian nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, chúng em đã hoàn thành được thức còn hạn chế. Tuy nhiên nhờ sự cố gắng của bản thân và đặc biệt là sự chỉ dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn là Thầy Phạm Bá Khiển cùng bộ môn Công Nghệ Chế Tạo Máy đến nay chúng em đã hoàn thành được các nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Bá Khiển cùng Bộ môn công nghệ chế tạo máy đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt thời gian vừa qua. Một lần nữa chúng em xin cảm ơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO

MẪU NHANH TRONG LĨNH VỰC Y TẾ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S PHẠM BÁ KHIỂN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 (Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này cũng là lúc nhóm gần kết thúc thời gian học tậptại trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh Khoảng thời gian học tập và nghiêncứu tại Trường đã giúp cho nhóm hiểu và yêu quý nơi đây nhiều hơn Nhà trường vàThầy Cô không những truyền đạt cho nhóm những kiến thức chuyên môn mà con giáodục cho em về lý tưởng, đạo đức trong cuộc sống Đây là những hành trang không thểthiếu cho cuộc sống và sự nghiệp của nhóm sau này Nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâusắc đến tất cả các Quý Thầy Cô đã tận tình chỉ bảo, dẫn dắt nhóm đến ngày hôm nay

để có thể vững bước trên con đường học tập và làm việc sau này

Đồ án tốt nghiệp đã đánh dấu việc hoàn thành những năm tháng miệt mài học tập của nhóm Và đồ án này cũng đánh dấu sự trưởng thành trên con đường học tập của nhóm Qua đây nhóm xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện để nhóm hoàn thành khóa học

Cuối cùng, nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy Phạm Bá Khiển với sựnhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi và sự định hướng đúng đắn và kịp thời củaThầy đã giúp nhóm rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết đề tài 1

1.2 Lý do chọn đề tài 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 5

2.1 Tổng quan đề tài 5

2.2 Tình hình trong nước: 5

2.3 Tình hình trên thế giới: 7

2.4 Vấn đề tồn tại và hướng giải quyết vấn đề 10

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 11

3.1 Mục tiêu của đề tài 11

3.2 Phương pháp nghiên cứu 11

3.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với máy in 3D y tế 12

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 14

4.1 Chọn kết cấu mô hình 14

4.2 Tính toán, thiết kế, lựa chọn các chi tiết trên mô hình 16

4.2.1 Các loại cơ cấu truyền động 16

4.2.2 Tính toán và chọn động cơ cho máy in 19

4.2.3 Động cơ bước 42 (Step motor): 23

4.2.4 Động cơ bước 57 (Step motor) – 2 pha, 4 dây 25

4.3 Tính toán, thiết kế cơ khí 27

4.3.1 Thiết kế cụm cơ khí trục xy: 27

4.3.2 Thiết kế cụm cơ khí trục z: 33

4.3.3 Phần khung máy: 38

4.4 Linh kiện điện tử và hệ thống điều khiển 41

4.4.1 Module điều khiển động cơ bước A4988: 41

4.4.2 Board Mạch MKS Gen L V2.0 43

CHƯƠNG 5 : THI CÔNG 47

5.1 Mô phỏng quá trình chuyển động của máy in 3D 48

5.2 Phần mềm điều khiển 52

CHƯƠNG 6 : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾ LUẬN 58

6.1 Kết quả đạt được 58

6.2 Kết luận .59

6.3 Đề xuất và kiến nghị: 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 1 Tạo mẫu nhanh trong y tế 1

Hình 1 2 Máy in 3D sinh học 2

Hình 2 1 Các mô được tạo mẫu bằng máy In 3D 6

Hình 2 2 Xương đùi bằng vật liệu PEEK in 3D 6

Hình 2 3 Bộ phận tai con người được in 3D 7

Hình 2 4 Bàn tay phải được in 3D 8

Hình 3 1 Máy In 3D có môi trường vô trùng 11

Hình 3 2 Công nghiệp phun sinh học 12

Hình 4 1 Mô hình máy in 3D 14

Hình 4 2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy 15

Hình 4 3 Truyền động vít me đai ốc 16

Hình 4 4 Cấu tạo vít me bi 18

Hình 4 5 Bàn trượt xy vitme 18

Hình 4 6 Động cơ bước 19

Hình 4 7 Sơ đồ nguyên lý động cơ servo DC hồi tiếp 20

Hình 4 8 Động cơ xoay chiều 21

Hình 4 9 Động cơ bước 42 23

Hình 4 10 Động cơ 42 24

Hình 4 11 Thông số kích thước của động cơ 42 25

Hình 4 12 Động cơ bước 57 26

Hình 4 13 Thông số bàn trượt Y 28

Hình 4 14 Thông số bàn trượt X 28

Hình 4 15 Kết cấu cụm XY 29

Hình 4 16 Tấm nhôm bản in 29

Hình 4 17 Tấm bích trượt 30

Hình 4 18 Cụm bàn trượt XY 30

Hình 4 19 Xi lanh điện 32

Hình 4 20 Xi lanh trục Z 34

Hình 4 21 Cụm cơm khí trục z 35

Hình 4 22 Khung máy 38

Hình 4 23 Kích thước nhôm định hình 38

Hình 4 24 Bản vẻ khung máy 39

Hình 4 25 Bu lông, ke góc, con trượt 39

Hình 4 26 Driver động cơ A4988 40

Hình 4 27 Sơ đồ mạch điện driver động cơ A4988 40

Hình 4 28 Các chế độ điều khiển 41

Hình 4 29 Board Mạch MKS Gen L V2.0 43

Hình 4 30 Kích thước của board MKS Gen V2 44

Hình 4 31 Sơ đồ chân của mks gen v2 44

Hình 4 32 Hệ thông nối dây của hệ thống 45

Hình 5 1 Mô hình thiết kế 3d 46

Hình 5 2 Quy trình vận hành của máy 47

Hình 5 3 Giao diện của phần mềm Inventor 48

Hình 5 4 Hộp thoại Place Constraint 48

Hình 5 5 Hộp thoại Animate constraint 50

Hình 5 6 Giao diện của phần mềm Cura 51

Hình 5 7 Hộp thoại cơ bản của Cura 52

Hình 5 8 Hộp thoại nâng cao của Cura 53

Hình 5 9 Sản phẩm được lỗ tai in thử 55

Hình 6 1 Hình ảnh thực tế của máy in 3D 56

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trên thế giới đang phát triển với tốc độ như vũ bão, không ngừng vươn tới những đỉnh cao mới, trong đó có những thành tựu

về tự động hóa sản xuất

Khẳng định vai trò quan trọng của công nghệ tự động trong chiến lược công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế nước ta là một việc hết sức có ý nghĩa, tạo ra khả năng phát triển nền kinh tế với tốc độ cao, vững chắc và lâu dài

Ở các nước có nền công nghiệp tiên tiến việc tự động hóa các nghành kinh tế, kỹ thuật trong đó có cơ khí chế tạo đã thực hiện từ nhiều thập kỉ Máy in 3d được đưa vàosản xuất trong các quy trình gia công tạo mẫu nhanh, tạo ra các chi tiết có biên dạng phức tạp, Ở Việt Nam, nhiều công ty tư nhân cũng đang bắt đầu ứng dụng đưa vào công việc sản xuất

Hiện nay, nhu cầu gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp với tốc độ và độ chínhxác cao hơn Với những chi tiết dạng này các phương pháp truyền thống khó có thể giacông hoặc nếu gia công thì cũng mất nhiều thời gian và công sức Chính vì vậy mà công nghệ in 3d đang ngày càng phổ biến không chỉ ở lĩnh vực công nghiệp máy móc

mà còn hiện hữu đa dạng trong các lĩnh vực khác như y tế, giáo dục,… Công nghệ in 3d đã đánh dấu bước mở đầu cho cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ 4 tạo ra ảnh hưởng to lớn trên nhiều lĩnh vực Ở Việt Nam hiện nay công nghệ in 3d đang dần đượcđưa vào ứng dụng trong quá trình sản xuất với các loại máy in 3d đa chủng loại và nguồn gốc như máy in của Nga, Tây Ban Nha, Ba Lan,

Với những lý do trên, nhóm sinh viên Ngành kỹ thuật cơ khí K17 Đại Học Công Nghệ Tp.HCM chúng em được giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp như sau: “Nghiên cứu, chế tạo và điều khiển máy in 3d y tế” bao gồm những nhiệm vụ sau đây:

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

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

và lập trình điều khiển máy

+ Chế tạo được một mô hình máy in 3d thu nhỏ dựa theo những điều kiện có sẵn.Trong quá trình nghiên cứu và chế tạo, chúng em đã gặp nhiều khó khăn, do đề tài mới mẻ, thời gian và kiến Sau một thời gian nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, chúng em

đã hoàn thành được thức còn hạn chế Tuy nhiên nhờ sự cố gắng của bản thân và đặc biệt là sự chỉ dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn là Thầy Phạm Bá Khiển cùng bộ

môn Công Nghệ Chế Tạo Máy đến nay chúng em đã hoàn thành được các nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Bá Khiển cùng Bộ môn công nghệ chếtạo máy đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt thời gian vừa qua

Một lần nữa chúng em xin cảm ơn!

đã nhanh chóng mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác, đã tác động sâu, rộng đến nhiềungành công nghiệp khác nhau, từ kỹ thuật, y tế đến hàng không, vũ trụ,…Có thể thấy,công nghệ tạo mẫu nhanh đã, đang và sẽ mang lại những cú đột phá mới trong sảnxuất, tác động đến nền sản xuất một cách sâu rộng hơn Trong những năm gần đây,nhờ sự phát triển và ứng dụng của công nghệ in 3D và thành tựu của ngành công nghệvật liệu thay thế y sinh học.

Hình 1 1 Tạo mẫu nhanh trong y tế

Mục đích của các phương pháp tạo mẫu nhanh là tạo ra các mẫu ý tưởng, các môhình đánh giá thử nghiệm thiết kế nhằm mô phỏng hoạt động Cũng có thể hiểu sảnphẩm tạo mẫu nhanh giống như là một bản vẽ phác thảo 3 chiều của sản phẩm Nó sẽ

là rất cần thiết để nhà sản xuất đánh giá tính thẩm mỹ, phát hiện các lỗi thiết kế trướckhi đi vào sản xuất hàng loạt để tung ra thị trường Máy in 3D ra đời để giải quyếtnhững khó khăn của người thợ tạo mẫu, nhà thiết kế để làm tiền đề cho sản xuất côngnghiệp Quá trình tạo một mẫu công nghiệp với máy in 3D không hao tốn quá nhiềunguyên vật liệu, máy không qua cồng kềnh to lớn và đặc biêt có thể tạo những chi tiếtnội suy bên trong phức tạp, hơn hẳn những máy gia công cơ khí khổng lồ tạo mẫu

Hiện nay, in sinh học có thể được sử dụng để in các mô và các cơ quan để giúpnghiên cứu thuốc và thuốc Tuy nhiên, những đổi mới đang nổi lên kéo dài từ quá trìnhtái tạo tế bào của các tế bào hoặc ma trận ngoại bào được đưa vào lớp gel 3D theo từnglớp để tạo ra mô hoặc cơ quan mong muốn Sự bùng nổ gần đây về tính phổ biến của

in 3D là một minh chứng cho tiềm năng hứa hẹn của công nghệ này và những lợi íchtiềm tàng của nó trong nghiên cứu và y học tái sinh Ngoài ra, in 3D sinh học đã bắtđầu kết hợp việc in ấn của giàn giáo Những giàn giáo này có thể được sử dụng để táitạo khớp và dây chằng

Cũng giống với các hệ thống tạo mẫu nhanh khác, đầu vào cho mô hình là tập tinđịnh dạng STL, phần mềm sẽ chia mô hình thành các lớp Máy 3D sẽ in các lớp bằngcác nhựa kết dính lại với nhau Để in, đầu phun nhựa rải một lớp vật liệu theo hình ảnhcắt ngang (lát cắt) của chi tiết Sau mỗi lớp hoàn tất, piston sẽ dịch xuống hành trìnhbằng chiều dày lớp vật liệu trước đó để quá trình lặp lại cho các lớp tiếp theo Thựcchất đây là công nghệ tạo lớp tuỳ theo các đặc điểm của vật liệu và dạng hình học củavật thể Sai số tạo hình không những phụ thuộc vào cách cắt lớp, độ dày phân lớp, mức

di chuyển tạo độ dày từng lớp, mà quan trọng hơn là phần mềm xử lý khi được cậpnhật thông tin về độ dày thực tế Vì vậy việc nâng cao độ chính xác tạo hình vẫn đượcquan tâm nhiều nhất

1.2 Lý do chọn đề tài

Việc chế tạo thành công máy in 3D trong lĩnh vực Y tế rất thuận lợi cho quá trình họctập, nghiên cứu cho sinh viên, học sinh, doanh nghiệp sản xuất Bên cạnh những ưuviệt đặc biệt của máy in 3D cũng có những khuyết điểm như: sản phẩm in ra chưađược sắc nét, kích thước vật thể in ra còn nhỏ, hiệu suất không cao, thời gian tạo mẫulâu

Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đã phát triển phương pháp tiếp cận để sảnxuất các cơ quan sống được xây dựng với các tính chất sinh học và cơ học thích hợp

In sinh học 3D dựa trên ba phương pháp tiếp cận chính: Biomimicry, tự lắp ráp vàkhối mô nhỏ

Cách tiếp cận đầu tiên của in sinh học được gọi là biomimicry (tạm dịch: bắt chướcsinh học) Mục tiêu chính của phương pháp này là tạo ra các cấu trúc được chế tạogiống hệt với cấu trúc tự nhiên được tìm thấy trong các mô và cơ quan trong cơ thể

con người Biomimicry đòi hỏi phải sao chép hình dạng, khuôn khổ và vi môi trườngcủa các cơ quan và mô Ứng dụng của biomimicry trong in sinh học liên quan đến việctạo ra cả hai tế bào giống hệt nhau và các bộ phận ngoại bào của các cơ quan Đối vớiphương pháp này để thành công, các mô phải được nhân rộng trên một quy mô nhỏ.

Do đó, cần hiểu môi trường vi mô, bản chất của các lực sinh học trong môi trường vi

mô này, sự tổ chức chính xác của các loại tế bào chức năng và hỗ trợ, các yếu tố hòatan và thành phần của ma trận ngoại bào

Những ý tưởng nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một chiếc máy in 3D trong lĩnh vực Ysinh là rất khả thi và hoàn toàn có thể thực hiện được Trong tương lai, dự đoán máynếu được đầu tư nghiên cứu có thể ứng dụng trong các lĩnh vực nghiên cứu học tập củasinh viên hiện nay, thực hiện gia công các chi tiết có kích thước nhỏ, đòi hỏi yêu cầuthẩm mỹ, kỹ thuật cao, hạ chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm mang lại nhiều giátrị cho xã hội là điều quan trọng nhất trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đấtnước hiện nay Do đó nhóm chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu ,thiết kế và ứng dụngcông nghệ tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực Y tế.”

CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tổng quan đề tài

Thách thức đặt ra là công nghệ in 3 chiều trong lĩnh vực Y sinh vẫn là một phát kiếnkhá mới mẻ và phức tạp Làm sao để tạo mẫu nhanh một cách hiệu quả, thân thiện vớingười dùng, phù hợp với thị hiếu, nhu cầu và giá thành hợp lý Từ những thực tiễncông nghiệp khả quan đó, việc thiết kếm tính toán và chế tạo máy in 3D vừa có chứcnăng tạo mẫu nhanh các chi tiết thiết kế trên máy tính Chuẩn bị là quá trình tạo ra một

mô hình mà sau này máy in sẽ tạo và chọn các vật liệu sẽ được sử dụng Một trongnhững bước đầu tiên là thu thập sinh thiết của cơ quan Các công nghệ phổ biến được

sử dụng cho in sinh học là chụp cắt lớp vi tính (CT) và chụp cộng hưởng từ (MRI) Để

in theo từng lớp, việc tái tạo cấu trúc chụp cắt lớp được thực hiện trên hình ảnh Cáchình ảnh 2D hiện tại sau đó được gửi đến máy in sẽ được thực hiện Khi hình ảnh đượctạo, các ô nhất định sẽ được tách biệt và nhân lên Những tế bào này sau đó được trộnvới một vật liệu hóa lỏng đặc biệt cung cấp oxy và các chất dinh dưỡng khác để giữcho chúng sống Trong một số quá trình, các tế bào được bọc trong thể hình cầu diđộng đường kính 500μm Sự kết hợp của các tế bào này không đòi hỏi cấu trúc đỡ, vàđược yêu cầu để đặt trong phản ứng tổng hợp mô hình dạng ống cho các quá trình nhưđùn

2.2 Tình hình trong nước:

Đã xuất hiện nhiều doanh nghiệp có sản xuất chế tạo và kinh doanh mặt hàng côngnghệ tạo mẫu nhanh, máy gia công CNC và máy khắc laser nhưng với giá thành tươngđối cao Bên cạnh đây là một khía cạnh khoa học mới chưa được nghiên cứu và pháttriển phổ biến hay gần như là hoàn toàn mới lạ

Thực tế cho thấy tạo mẫu nhanh trong lĩnh vực Y sinh vẫn chưa phát triển trong nước

và đây là sản phẩm mới trong khuôn khổ đề tài khoa học, công nghệ cấp nhà nước vềphát triển công nghệ phục vụ Y tế Đa phần tạo mẫu từ các máy gia công cơ hoặc chi

là bản mẫu 3D trên máy tính thông qua các phần mềm vẽ 3D Do vậy cần thúc đẩythương mại và nội địa hóa sản xuất sao cho các doanh nghiệp Việt Nam biết và ứng

dụng một cách hiệu quả hơn bên cạnh các máy gia công mạch in và máy khắc laserhiện tại đã ứng dụng nhiều ở doanh nghiệp trong nước.

Hình 2 1 Các mô được tạo mẫu bằng máy In 3D

Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển và ứng dụng của công nghệ in 3D và thành tựu của ngành công nghệ vật liệu thay thế y sinh học; đặc biệt cùng sự ra đời củacông nghệ sử dụng vật liệu PEEK trong tạo hình xương nhân tạo, một hướng đi mới đãđược mở ra để điều trị triệt để những bệnh nhân có bệnh lý u xương phức tạp Tháng 11/2019, lần đầu tiên tại Việt Nam, bác sĩ tại Bệnh viện đa khoa Xanh Pôn, Hà Nội đã thực hiện thành công hai ca ghép xương đùi bằng vật liệu PEEK in 3D dài gần 20 cm

thay thế cho đầu trên xương đùi của hai nam bệnh nhân đã bị biến dạng bởi u xương.

Hình 2 2 Xương đùi bằng vật liệu PEEK in 3D

Gần đây, các bác sĩ tại Việt Nam tiếp tục thực hiện thành công việc ứng dụng công nghệ in 3D để chế tạo phần xương nhân tạo bằng vật liệu Titan Nhờ có in 3D, xương nhân tạo có tạo hình chính xác tuyệt đối với cấu trúc của đoạn xương bị khuyết, phần xương được cấy ghép liên kết chặt chẽ, đảm bảo kỹ thuật phẫu thuật, khả năng chịu lực Sau cuộc phẫu thuật thay toàn bộ khớp gối và một phần xương đùi bằng kim loại titan, bệnh nhân có thể mau chóng lành bệnh, và tự đi lại trên đôi chân của mình mà không cần có dụng cụ hỗ trợ

2.3 Tình hình trên thế giới:

Công nghệ in 3D trong y học tạo ra một bước ngoặt mới đối với ngành y Công nghệ

in 3D giúp các bác sĩ phẫu thuật, nhân viên phục hình, cũng như có thể in các trangthiết bị y tế giúp cải thiện tình trạng của bệnh nhân

Ghép tai nhân tạo

Tại Nhật Bản, trung tâm nghiên cứu tế bào gốc đa năng của Đại học Tokyo và Đạihọc Kyoto đã nghiên cứu tái sinh bộ phận tai con người vào tháng 7 Trong quá trìnhnghiên cứu này các nhà khoa học cho biết họ sẽ dùng máy in 3D để đổ khuôn lớp sụntai Đây là bộ phận có cấu trúc khá phức tạp

Hình 2 3 Bộ phận tai con người được in 3D

Trong 10 năm tới, công nghệ in 3D trong y học này có thể cấy ghép cho các bệnh nhân gặp khuyết tật về tai Các bác sĩ sẽ tiến hành cấy ghép tai nhân tạo cho họ Hai công nghệ hiện đại là máy in 3D cao cấp và iPS được các nhà khoa học sử dụng đồng thời Việc áp dụng 2 công nghệ này cùng lúc sẽ giúp các bệnh nhân giảm được chi phí điều trị

Theo nghiên cứu lâm sàng, bệnh nhân sẽ được các bác sĩ chụp ảnh cắt lớp tai bình thường, sau đó dữ liệu cấu tạo xương sụn sẽ được đưa vào máy in 3D Bằng vật liệu tổng hợp, máy sẽ tạo hình xương sụn Khi đã hoàn thành bộ khung, tế bào iPS tạo tế bào sụn sẽ được đưa vào bộ khung này Từ đó có thể cấy ghép vào tai khuyết tật

Làm chân tay giả

Các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ in 3D nhằm tạo ra những thiết bị tương thíchsinh học với con người như tay, chân giả Những thiết bị này chính là hệ thống vi cơ

điện tử nhỏ với kích thước chưa được 1 mm Chúng có thể giúp cho con người hoạt động bình thường như một bộ phận thật.

Sinh viên tại Đại học Auburn nghiên cứu và chế tạo chi giả in 3D nhằm cải thiện cuộc sống cho những người khuyết tật Công nghệ in 3D và vật liệu composite, đặc biệt là sợi carbon, đều có vai trò quan trọng trong lĩnh vực sản xuất chi giả Với yêu cầu phải chế tạo các sản phẩm có độ bền tốt, mà vẫn cần có trọng lượng nhẹ, các lựa chọn vật liệu đa dạng của Markforged là hướng đi rất đúng đắn khi phải lựa chọn để làm chân tay giả

Hình 2 4 Bàn tay phải được in 3D

Cấy ghép nội tạng cho con người

Công nghệ in 3d trong y học được ứng dụng thành công tiếp theo đó chính là cấy ghép nội tạng cho con người Công nghệ này đã cấy ghép thành công bàng quang mới cho một bệnh nhân trẻ từ chính tế bào của mình Máy in 3D đã tạo ra bàng quang, đây

là công nghệ được các nhà khoa học của viện Y học Wake Forest Institute for

Regenerative Medicine phát triển

Cũng chính từ đây công nghệ chế tạo cơ quan thay thế đã được rộng mở Tính ưu việtcủa công nghệ này đó chính là sử dụng trực tiếp tế bào của bệnh nhân để tạo ra bộ phận nội tạng mới, nhờ vậy mà hạn chế được tối đa những rủi ro không mong muốn

Phát minh vật liệu giống mô sống bằng công nghệ in 3D trong y học

Các nhà khoa học Anh đã tạo ra các vật liệu giống với mô sống bằng máy in 3D Việc này sẽ giúp ích cho họ có thể nghiên cứu, ứng dụng thành công các dự án y học trong tương lai

Trên đây là một số ứng dụng tiêu biểu của công nghệ in 3D trong y học Ngoài ra, vẫn còn rất nhiều những ứng dụng khác nữa của in 3D có thể hỗ trợ hệ thống y tế như làm các công cụ chuyên biệt trong hỗ trợ phẫu thuật, hay các ứng dụng trong nha khoa

Chế tạo dụng cụ:

Akin cho các máy in mực thông thường, các máy in sinh học có ba bộ phận chính Đây là phần cứng được sử dụng, loại mực in sinh học và vật liệu được in trên (vật liệu sinh học) "mực sinh học là một vật liệu được làm từ các tế bào sống hoạt động giống như một chất lỏng, cho phép mọi người "in" nó để tạo ra một hình dạng mong muốn

Để tạo ra mực in sinh học, các nhà khoa học tạo ra một loạt các tế bào có thể được nạpvào một hộp mực và được đưa vào một máy in được thiết kế đặc biệt, cùng với một hộp mực khác có chứa một loại gel gọi là giấy sinh học." Tiềm năng sử dụng cho mực

in sinh học bao gồm việc tạo ra các tấm da cho ghép da và mô mạch máu để thay thế tĩnh mạch và động mạch

Trong in sinh học, có ba loại máy in chính đã được sử dụng Đó là máy in phun, có laser hỗ trợ và đùn Máy in phun chủ yếu được sử dụng để in sinh học cho các sản phẩm có quy mô lớn và in nhanh Một loại máy in phun, được gọi là máy in phun theo yêu cầu, in tài liệu với số lượng chính xác, giảm thiểu chi phí và chất thải Máy in sử dụng laser cung cấp độ phân giải cao; tuy nhiên, các máy in này thường đắt tiền Máy

in phun in các tế bào theo từng lớp, giống như in 3D để tạo các cấu trúc 3D Ngoài các

tế bào, máy in phun cũng có thể sử dụng hydrogel truyền với tế bào

2.4 Vấn đề tồn tại và hướng giải quyết vấn đề

Vấn đề tồn tại lớn nhất ở các máy cơ khí là độ chính xác cao thì giá thành cũng cao,không thể kết hợp nhiều chức năng trên một máy trong khi chức năng gần như tương

tự

Các mô cần được In trong môi trường vô trùng và nhiệt độ phù hợp với gel tạo mẫu

Hướng giải quyết

Máy chế tạo nên có khả năng tạo mẫu có độ chuẩn xác cao

Thiết kế cơ khí đảm bảo thực hiện ba chức năng và kết cấu đầu điều khiển linh hoạt,

có thể tháo lắp đễ dàng Tạo khung để bảo vệ môi trường In đạt yêu cầu trong Y tế Kết cấu máy dạng robot Scara được ứng dụng trong công nghiệp có ưu điểm thựchiện nội suy tốt và có khả năng nội suy đường thẳng, đường cong và đạt độ chính xáccao

Giá thành chế tạo phù hợp, chi phí đầu tư thấp nhưng làm được nhiều chức năng là

ưu tiên hàng đầu

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

3.1 Mục tiêu của đề tài

Từ những vấn đề tồn tại, đề tài nghiên cứu phải có các mục tiêu cơ bản sau:

- Khả năng gia công tạo hình in 3D các chi tiết kích thước từ dài x rộng x cao trong khoảng rất nhỏ

- Thiết kế và thi công phần cơ khí để hoàn thiện mô hình máy đảm bảo các chức năng in, khắc cắt các vật liệu nhẹ Tiến hành chế tạo và lắp ráp hoàn thiện mô hình máy in 3D với độ chính xác cao

- Thiết kế, ứng dụng mạch điện và hệ thống mã nguồn mở Ardiuno cơ sở để thực hiện quá trình điều khiển các động cơ các trục công tác X,Y, Z và đầu đùn nhựa E

để tạo hình vật thể theo thuật toán của robot song song

- Thiết kế thi công hệ thống điện điều khiển, lắp đặt các cử hành trình an toàn khi vận hành, hệ thống kiểm soát nhiệt độ cho đầu phun và đế nhiệt, hệ thống quạt làm mát đầu phun v v…

tạo thành hình dạng Trong in phun sinh học, vật liệu được sử dụng là các tế bào củacon người chứ không phải là mực Đối tượng in được tạo ra bằng cách phun một hỗn hợp “vật liệu giàn giáo” (như hydrogel có chứa đường) và các tế bào sống đượcnuôi cấy từ các mô của bệnh nhân Sau khi in, mô được đặt trong một buồng với nhiệt độ và điều kiện ôxy thích hợp để tạo điều kiện cho tế bào tăng trưởng Khi các

tế bào đã được kết hợp, “vật liệu giàn giáo” được lấy ra và mô đã sẵn sàng để được cấy ghép

Hình 3 2 Công nghiệp phun sinh học

Ưu đểm: của máy in sinh học 3D là mô hoặc cơ quan có thể được tạo ra theo từng lớp một để đạt được hình học giải phẫu chính xác In sinh học 3D có thể thu được bằng in bằng laser hỗ trợ sinh học (LaBP) hoặc in phun (IBP)

3.3 Yêu cầu kỹ thuật đối với máy in 3D y tế

 Máy phải hoạt động ổn định, chạy êm, không xảy ra lỗi trong qua trình gia công

 Máy lắp ráp phải có tính công nghệ cao nghĩa là dễ tháo lắp, thay thế, bảo dưỡng

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

 Sản phẩm được làm ra với thiết kế đẹp mắt, chi phí sản xuất và bảo trì thấp

so với sản phẩm cùng loại của nước ngoài, do đó phù hợp với túi tiền của người

dùng Sản phẩm có các phần mềm hỗ trợ trực quan, dễ hiểu nên mọi người đều có thể sử dụng một cách dễ dàng sau vài giờ tìm hiểu, do đó có khả năng đưa ra sử dụng rộng rãi, phổ biến.

 Tính thuận tiện của máy: máy khá dễ điều khiển và hiểu chỉnh

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

 Đặc biết phải giữ máy ở điều kiện vô trùng vì được sử dụng trong ngành y tế

CHƯƠNG 4:

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

4.1 Chọn kết cấu mô hình

Nguyên lí hoạt động của máy in 3D:

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

Hình 4 1 Mô hình máy in 3D Nguyên lí hoạt động:

Động cơ ở các trục X, Y và Z được kết nối với mạch điều khiển, phần mạch điềukhiển này được kết nối với máy tính Phần mềm điều khiển thông tính toán điềukhiển và cấp xung cho động cơ, làm động cơ quay Máy sử dụng truyền động vít

me, Truyền mômen từ động cơ tới các trục làm cụm dẫn động ba trục chuyển độngtịnh tiến trên các trục dẫn hướng Chuyển động của các cụm điều khiển ba trục phụthuộc vào phần mềm điều khiển nội suy biên dạng chi tiết cần in Ta chỉ cần thiết kế

mô hình chi tiết, và xuất file từ máy tính nạp vào phần mềm điều khiển

Hình 4 2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của má

4.2 Tính toán, thiết kế, lựa chọn các chi tiết trên mô hình 4.2.1 Các loại cơ cấu truyền động

Yêu cầu của cơ cấu truyền động trong máy in 3D là phải biến chuyển động quaycủa động cơ thành chuyển động tịnh tiến của đầu Laser Việc lựa chọn cơ cấutruyền động dựa vào điều kiện làm việc của máy và yêu cầu điều khiển, trên thực tế

có nhiều cơ cấu truyền động để biến chuyển động quay thành tịnh tiến như bánhrăng-thanh răng, vít me- đai ốc, và truyền động đai ( chi tiết gắn trên đai)… vì cácyêu cầu kỹ thuật như gọn nhẹ, giá thành hợp lý, dễ dàng lựa chọn và cần độ chínhxác cao nên nhóm cho chuyền động vít me -đai ốc làm cơ cấu truyền động cho cáctrục

Khi trục vít xoay làm cho đai ốc chuyển động tịnh tiến, trục vít quay được một vòng thì đai ốc sẽ chuyển động tịnh tiến được một đoạn bằng bước vít

Hình 4 3 Truyền động vít me đai ốc

Ưu điểm:

+ Độ chính xác cao, cơ cấu gọn nhẹ Thường được dùng trong cac máy cnc có độ chính xác cao

Nhược điểm:

+ Hiệu suất truyền lực thấp, giá thành cao

- Có hai loại vitme:

+ Vít me thường: là vitme và đai ốc tiếp xúc trực tiếp với nhau và trượt trên nhau qua các mặt ren

Loại này có nhược điểm là ma sat cao do tiếp xúc mặt sinh ra ma sat trượt, và có sai số do khe hở giữa vitme và đai ốc khi đảo chiều chuyển động

Để khử sai số của khe hở giữa trục vít và đai ốc người ta gắn một cơ cấu lò xo vào đai ốc giữ cho đai ốc luôn tiếp xúc với một mặt ren của trục vít

+ Vitme bi (ballscrew )

Là một hệ thống chuyền động ,được gia công chính xác để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ chế con vít – bu lông (đai vít , hay đai ốc)

Mà tiếp xúc giữa thanh vít và đai vít là một lớp bi thép để giảm tối đa lực ma sát Giúp chuyền động một cách trơn tru và chính xác , hoạt động liên tục bền bỉ trong thời gian dài

Hoạt động : Tiếp xúc giữa vít me bi và đai ốc có 1 đường rãnh (rãnh me ) được lắpđầy bởi những viên bi thép Khi trục vít xoay, những viên bi lăn tròn trong mối ren của trục vít và đai óc Điều này nhằm giảm ma sát của chúng Bởi vì các viên bi cuối cùng sẻ rơi ra ngoài, nên đai ốc có 1 đường ống dẫn về (đường hồi) để hứng những viên bi khỏi rãnh của trục vít và đưa chúng trở lại phần đầu của đường bi ở phía cuối của đai óc.Lực đẩy của đai ốc nhẹ nhàng nhờ chuyển động lăn của những viên bi cuộn tròn, hơn là trượt

- Những Thông số hoạt động:

Chiều dài thanh vít , chiều dài hành trình đạt được, đường kính thanh vít, hành trình bước ren khi thanh vit quay đúng 1 vòng

Hình 4 4 Cấu tạo vít me bi

Từ ưu nhược điểm của cơ cấu truyền động cùng với điều kiện gia công và những

bộ truyền có trong thị trường hiện nay ta chọn truyền động bằng vít me cho trục X,

Y

Hình 4 5 Bàn trượt xy vitme

4.2.2 Tính toán và chọn động cơ cho máy in

+ Điều khiển vị trí theo vòng hở: Một lợi thế rất lớn của động cơ bước là ta có thể điều chỉnh vị trí quay của roto theo ý muốn mà không cần đến phản hồi vị trí như các động cơ khác, không phải dùng đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo)

+ Độc lập với tải: Với các loại động cơ khác, đặc tính của tải rất ảnh hưởng tới chấtlượng điều khiển Với động cơ bước, tốc độ quay của rotor không phụ thuộc vào tải (khi vẫn nằm trong vùng momen có thể kéo được) Khi momen tải quá lớn gây ra hiện tượng trượt, do đó không thể kiểm soát được góc quay.

Động cơ servo

Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng chu trình kín Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển họat động của một động cơ servo

Với lý do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ là các bộ phận cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo Đặc tính vận hành của một động cơ servo phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính từ và phương pháp điều khiển động cơ servo Có 3 loại động cơ servo được sử dụng hiện nay đó là động cơ servo AC dựa trên nền tảng động cơ AC lồng sóc; Động cơ servo DC dựa trên nền tảng động cơ DC; và động cơservo AC không chổi than dựa trên nền tảng động cơ không đồng

bộ

Hình 4 7 Sơ đồ nguyên lý động cơ servo DC hồi tiếp

Động cơ xoay chiều:

Hình 4 8 Động cơ xoay chiều

Với yêu cầu các cơ cấu điều khiển đươc điều khiển, cần thực hiện chính xác các lệnh đưa ra dưới dạng số Qua tìm hiểu, nhóm chúng tôi nhận thấy rằng trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện chính xác các lệnh đưa ra dưới dạng số Ngoài ra, động

cơ bước là thiết bị làm việc tốt trong vùng tốc độ nhỏ Nó có thể giữ được mômen thậm chí cả vị trí nhừ vào tác dụng hãm lại của từ trường rotor Một lợi thế nữa của động cơ bước là ta có thể điều chỉnh vị trí quay của roto theo ý muốn mà không cần đến phản hồi vị trí như các động cơ khác, không phải dùng đến encoder hay máy phát tốc (khác với servo)

Tính toán chọn động cơ:

Chọn động cơ cho trục XY:

- Hệ số ma sát trượt giữa thép và gang: ta chọn µ = 0,12

*Tính momen cản do ma sát tĩnh của phần dịch chuyển:

Mmạch = 2× π ×i ×ƞ ×Vmax μ × Fb = 2× π ×1 × 0.9× 1.25 0.12× 3.3 = 0,06 N.m (do Fm=0)

Momen cần thiết để mở máy:

*Tính momen cản do ma sát tĩnh của phần dịch chuyển:

Mmạch = 2× π ×i ×ƞ ×Vmax μ × Fb = 2× π ×1 × 0.9× 1.25 0.12× 3.3 = 0,06 N.m (do Fm=0)

Momen cần thiết để mở máy:

Mstat = Mfric+Mwz+Mmạch

= 0.007 + 0 + 0.06 = 0.067 Nm

Dựa vào momen khởi động của động cơ và tốc độ tối đa, nhóm đã chọn động cơ bước là động cơ bước 42 (Step motor) để điều khiển bàn XY di chuyển, và dùng

động cơ bước 57 cho trục Z để điểu khiển Xi lanh

4.2.3 Động cơ bước 42 (Step motor):

Mô tả về động cơ:

Động cơ bước 42 (Step) chuyên được sử dụng trong các trục chuyển động của máy in 3D, máy khắc laser hay một số sản phẩm khác Sử dụng trong sảnxuất sẽ đảm bảo máy móc được vận hành êm, mượt, giảm tiếng ổn trong quá trình hoạt động

Động cơ cần có driver để diều khiển, có thể sử dụng các loại Driver như: A4988, TB6600, TB6500, DM542,… (Chỉ cần đảm bảo dòng của động cơ không vượt quá dòng Driver) Chiều dài L=48mm là loại được lựa chọn sử

dụng phổ biến nhất, với momen xoắn phù hợp để sử dụng cho nhiều loại máymóc.

 Tần số khi động cơ chạy không tải: >1500PPS

 Tần số bắt đầu không tải: 1900 PPS

 Khối lượng động cơ: 255g

 Độ tự cảm: 3.7 x (1 ± 20%) mH

 Điện trở cuộn dây: 2.4 x (1 ± 15%) Ω

 Lớp cách điện: Loại B

Hình 4 10 Động cơ 42 Thông số kích thước động cơ:

Hình 4 11 Thông số kích thước của động cơ 42 4.2.4 Động cơ bước 57 (Step motor) – 2 pha, 4 dây

Mô tả về động cơ:

Động cơ bước (Step motor 57) sử sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau: Giáo dục, máy khắc laser, máy in 3D, máy cnc mini và nhiều loại máy móc công nghiệp

khác Quá trình thiết kế máy sẽ tính toán để chọn ra loại động cơ phù hợp nhất, cùng là step 57 nhưng loại dài hơn sẽ có momen xoắn lớn hơn

Xét riêng loại step 57 đã có rất nhiều loại khác nhau, được phân nhóm dựa trên chiều dài động cơ (động cơ càng dài sẽ càng mạnh) Dài 56mm, dài 76mm, dài 112mm Loại có chiều dài 76 là được sử dụng phổ biến nhất và cũng là động cơ nhóm em chọn để điều khiển trục Z

Hình 4 12 Động cơ bước 57

Điểm mạnh của động cơ này: Momen xoắn lớn, chạy êm – không gây nhiều tiếng

ồn, động cơ tùy chỉnh Sử dụng Driver để điều khiển (DM542), loại driver này còn tương thích với động cơ Step 42

Thông số của động cơ:

Đường kính trục động cơ 6.35mmGóc bước động cơ 1.8 độ

Dòng điện 3.0AĐiện áp động cơ 24-50VDCMomen xoắn lớn nhất 1.8NmKhối lượng động cơ 0.95kgNhiệt độ môi trường -20°C - 50°CNhiệt độ động cơ 80ºC MAX

Driver cấp xung phù hợp TB6600, DM542,

Sơ đồ đấu nối động cơ, driver và nguồn điện

4.3 Tính toán, thiết kế cơ khí

4.3.1 Thiết kế cụm cơ khí trục xy:

Kết cấu truyền động cho 2 trục XY mà nhóm lựa chọn cho đồ án là truyền động vitme Lí do mà bọn em thiết kế như vậy là do khi bọn em đến xưởng chọn vật liêu thi công thì có 1 bàn cnc đang làm dỡ mà không dùng tới nên chúng em đã chọn là tận dụng làm trục XY bằng bàn trượt vitme để giảm chi phí thức hiện Cũng vì đòi hỏi của đồ án là cần độ chính xác cao mà bàn vitme đã đáp ứng các yêu cầu trên Bàn trượt XY cho phép chuyển động ngang của các máy tự động hóa thích hợp cho các ngành dược, chế tạo và bán dẫn và cung cấp những chuyển động tự động hóa được điều khiển chính xác

Bàn trượt vít me XY được sản xuất nhằm sử dụng cho các mục đích chịu tải lớn, thời gian làm việc liên tục và tuổi thọ cao Sản phẩm này được ứng dụng rất nhiều

cho trục XY máy CNC, máy khoan - taro, hoặc các cơ cấu cấp phôi tự động, bàn trượt cho máy phay,

Bàn trượt XY được thiết kế theo dạng module, giúp tối ưu việc thiết kế máy và giảm thời gian cho công việc này Bộ cơ cấu trượt phù hợp với nhiều chế độ thiết

kế, khả năng ứng dụng rất rộng và tương thích với rất nhiều cơ cấu máy khác Việc sử dụng vít bi truyền động và động cơ bước (hoặc servo) giúp phù hơp cho các nhu cầu chuyển động tịnh tiến theo bước (chính xác vị trí và khoảng cách) bàn trượt vít me