Bài tập lớn công nghệ sản xuất tiên tiến

Nhiệm vụ: Do gối đỡ là loại chi tiết quan trọng trong một sản phẩm có lắp trục. Gối đỡ làm nhiệm vụ đỡ trục của máy và xác định vị trí tương đối của trục trong không gian nhằm thực hiện một nhiệm vụ động học nào đó. Gối đỡ còn làm nhiệm vụ của ổ trượt. Độ không song song giữa đường tâm lỗ và mặt đáy không vượt quá 0,005 mm trên 100 mm chiều dài. Đảm bảo độ bền, độ cứng vững và chịu mài mòn của chi tiết in. Đảm bảo độ cứng và độ mịn của phần lỗ lắp trục.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ ~~~~~ ~~~~~

Báo cáo bài tập Công nghệ sản xuất tiên tiến

1 Yêu cầu kỹ thuật: 4

2 Phân tích hình dáng chi tiết 4

II Lựa chọn vật liệu và lựa chọn máy in 5

1 Tại sao chọn in 3D để sản xuất chi tiết này: 5

2 Lựa chọn phương pháp in FDM: 5

3 Lựa chọn vật liệu và máy in: 5

3.1 Lựa chọn vật liệu 5

3.2 Lựa chọn máy in 10

III Lập kế hoạch, lựa chọn thông số công nghệ in 13

1 Lựa chọn hướng in 13

2 Lựa chọn và thiết lập chế độ công nghệ 14

2.1 Quality 14

2.2 Walls 15

2.3 Top and bottom 17

2.4 Infill 19

2.5 Support 20

2.6 Speed 21

IV Mô phỏng quá trình in 22

NHIỆM VỤ 2: Tạo mẫu nhanh 23

I Lựa chọn chi tiết in 3D cho nhiệm vụ 2 23

II Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công, máy in 27

1 Lựa chọn phương pháp in SLA: 27

2 Lựa chọn vật liệu và máy in: 27

2.1 Lựa chọn vật liệu 27

2.2 Lựa chọn máy in 28

3 Lập kế hoạch, lựa chọn thông số công nghệ in 29

3.1 Chọn hướng in 29

3.2 Lựa chọn thông số công nghệ in 29

I Chọn chi tiết

Tên chi tiết: Gối đỡ

Nhiệm vụ: Do gối đỡ là loại chi tiết quan trọngtrong một sản phẩm có lắp trục Gối đỡ làmnhiệm vụ đỡ trục của máy và xác định vị trítương đối của trục trong không gian nhằm thựchiện một nhiệm vụ động học nào đó Gối đỡcòn làm nhiệm vụ của ổ trượt

1 Yêu cầu kỹ thuật:

- Độ không song song giữa đường tâm lỗ và mặt đáy không vượt quá0,005 mm trên 100 mm chiều dài

- Đảm bảo độ bền, độ cứng vững và chịu mài mòn của chi tiết in

- Đảm bảo độ cứng và độ mịn của phần lỗ lắp trục

2 Phân tích hình dáng chi tiết:

- Chi tiết có phần thân đỡ cho phần lỗ trụ để lắp trục, giữa phần thân đỡ cómột phầnvật liệu của chi tiết được làm rỗng để giảm vật liệu và tăng tốc thờigian in Bốn lỗ nhỏ trên phần đế của chi tiết dùng để cố định chi tiết với một mặtphẳng bất kỳ

- Khi in thì chi tiết cần có thêm 2 kết cấu gân làm tăng độ cứng vững cho chitiết gối đỡ

II.Lựa chọn vật liệu và lựa chọn máy in

1 Tại sao chọn in 3D để sản xuất chi tiết này:

- Tạo mẫu nhanh

- Giảm thời gian chế tạo chi tiết

- Tiết kiệm chi phí, nguồn nhân lực

- Giảm hao phí nguyên vật liệu

- Phù hợp với sản xuất đơn chiếc, chế thử

2 Lựa chọn phương pháp in FDM:

Lý do:

- Sản phẩm in là chi tiết có kích thước nhỏ và sản xuất đơn chiếc nên sửdụng công nghệ tạo mẫu nhanh FDM sẽ đơn giản hơn rất nhiều so vớicông nghệ SLA,SLS… Chi phí của công nghệ FDM sẽ tiết kiệm hơn sovới công nghệ SLA ,SLS…

- FDM sử dụng vật liệu dạng sợi nhựa, rất phong phú về chủng loại, cơ tính

và màu sắc => đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật cần thiết của chi tiết

3 Lựa chọn vật liệu và máy in:

3.1 Lựa chọn vật liệu

Vật liệu in chính:Theo yêu cầu sản phẩm cần độ bền, độ cứng vững và chịu mài

mòn nên ta chọn vậy liệu là Polyamid/Nylon

Link Datasheet: Ultimaker-Nylon-TDS?

https://support.ultimaker.com/hc/en-us/articles/360011962600-fbclid=IwAR2pKrqq5DkxwRI55KvWN1vGgYmfBfjYPtCg7NKnofcDT0PJYFtIx2CL-a8

Tên vật liệu: Generic Nylon

Hãng: Ultimaker

Tỷ trọng: 1.14 g/cm3

Đường kính sợi: 2.85 mm

Nhiệt độ in: 245 °CNhiệt độ tấm in: 70 °CNhiệt độ chờ: 175 °CKhoảng cách rút lại: 8.00 mmTốc độ rút lại: 25 mm/s

Phương pháp kiểm tra

Giá trị tiêu biểu

Phương pháp kiểm tra

Độ dãn dài tại điểm

ISO 527(50 mm/min)

Phương pháp kiểm tra

Giá trị tiêu biểu

Phương pháp kiểm tra

Hệ số phân tán (ở 1

ASTMD150-11

Hằng số điện môi (ở 1

ASTMD150-11

Tính chất nhiệt

Giá trị tiêu biểu

Phương pháp kiểm tra Tốc độ dòng chảy

khối nóng chảy

(MFR)

6.2 g/10min

ISO 1133(250 °C, 1.2kg)

Vật liệu làm support:

Link Datasheet: Ultimaker-PLA-TDS?fbclid=IwAR3Bj_RT81lJdRAh6N-lV5XR-by-

https://support.ultimaker.com/hc/en-us/articles/360011962720-t9eaRW92d_A293pHzFzDuqGx9bbEO34

Tên vật liệu: PLA

Hãng: Ultimaker

Tỷ trọng: 1.24 g/cm3

Đường kính sợi: 2.85 mm

Nhiệt độ in: 200 °CNhiệt độ tấm in: 60 °CNhiệt độ chờ: 175 °CKhoảng cách rút lại: 6.5 mmTốc độ rút lại: 25 mm/sTốc độ quạt: 100%

Bảng thông số kỹ thuật:

Tính chất cơ học

Giá trị tiêu biểu

Phương pháp kiểm tra

Giá trị tiêu biểu

Phươn

g pháp kiểm tra

ISO527(1 mm/min)

ISO527(50mm/min)

Ứng suất kéo khi

ISO527(50mm/min)

Độ dãn dài tại điểm

ISO527(50mm/min)

ISO527(50mm/min)

Độ bền va đập Izod ,

ISO180

Phương pháp kiểm tra

Giá trị tiêu biểu

Phươn

g pháp kiểm tra

Hệ số phân tán (ở 1

ASTMD150-11

Hằng số điện môi (ở 1

ASTMD150-11

Tính chất nhiệt

Giá trị tiêu biểu

Phương pháp kiểm tra Tốc độ dòng chảy

khối nóng chảy

(MFR)

6.09 g/10 min

ISO 1133(210 °C, 2.16kg)

Phát hiện nhiệt (ở

Thông số kỹ thuật:

- Công nghệ: Mô hình hóa lắng đọng hợp nhất (FDM)

- Đầu in: Đầu in đùn kép với hệ thống nâng đầu phun tự động độc đáo vàlõi in có thể hoán đổi

- Khối lượng xây dựng:

+ Vòi bên trái: 215 x 215 x 200mm

+ Vòi bên phải: 215 x 215 x 200mm

+ Vật liệu kép: 197 x 215 x 200mm

- Đường kính sợi: 2,85mm

- Độ phân giải lớp: Đầu phun 0,4mm: 20 - 200 micron

- Độ chính xác XYZ: 12,5, 12,5, 2,5 micron

- Tốc độ di chuyển đầu in: 30 - 300 mm / s

- Tốc độ xây dựng: 0,40 vòi phun: lên đến 16 mm³ / s

- Tấm xây dựng: Tấm xây dựng bằng kính được gia nhiệt

- Nhiệt độ tấm xây dựng: 20 - 100 * C

- Xây dựng san lấp mặt bằng: Chủ động san lấp mặt bằng

- Vật liệu hỗ trợ: Nylon, PLA, ABS, CPE, PVA

- Đường kính vòi phun: 0,4mm

- Nhiệt độ vòi phun: 180 - 280 * C

- Thời gian làm nóng vòi phun: <2 phút

- Thời gian tăng nhiệt tấm xây dựng: <4 phút (20 -> 60 * C)

- Âm thanh hoạt động: 50 dBA

- Nhận dạng vật liệu: Nhận dạng vật liệu với máy quét NFC

- Kết nối: Wi-Fi, LAN, cổng USB

- Giám sát: Camera trực tiếp

III Lập kế hoạch, lựa chọn thông số công nghệ in

1 Lựa chọn hướng in

 Chọn hướng in 45o vì diện tích mặt cắt ngang nhỏ hơn 0° từ đó sẽ giảmđược khoảng cách giữa các lớp in, giảm ứng suất Việc chọn hướng in 45ocòn đảm bảo được những yêu cầu về chất lượng của bề mặt lỗ trụ cần đểlắp ghép

0o

+ Không cầnSupport cho

lỗ chính lắp trục

Tuynhiên lượng Support trên toàn bộ chi tiết là khá lớn

+ Tạo đượclớp vỏ vững chắc

+ Độ nhấp nhô bề mặt nhỏ

+ Diện tích mặt cắt ngang lớn, dễ gây cong vênh chi tiết+Lượng Support nhiều gây lãng phí vật liệu và khó khăn trong việc dỡ bỏ Support

+ Thời gian in lớn 1 ngày 9h

+ Không cầnSupport cho

lỗ chính lắp trục

+ Cần Support ở những vị trí góc lớn hơn góc nghiêng cho phép và

để đảm bảo

độ cứng vững cho chitiết

+ Diện tích mặt cắt ngang nhỏ, đảm bảo độbền cho chitiết

+ Thời gian

in ngắn 1 ngày 1h

+ Độ nhấp nhô của các bề mặt lớn

90o

+ Cần Support cho

lỗ chính lắp trục

+ Cần Adhesion ở toàn bộ đấy

+ Cần support ở lỗ chính lắp trục => chấtlượng bề mặt tại lỗ chính không tốt.+ Chiều cao chi tiết lớn hơn nhiều so với mặt cắt ngang

+ Thời gian in lớn 1 ngày 7h

2 Lựa chọn và thiết lập chế độ công nghệ

2.1 Quality

Đầu in 1:

Chế độ in mịn + Chiều cao lớp in t=0,1mm

+ Chiều cao lớp in đầutiên: 0,2mm

+ Bề rộng đường in:0,4mm

+ Các thông số còn lại như:

bề rộng đường in của vỏngoài, bề rộng đường in củaphần lõi,… được thể hiệnnhư hình bên

Đầu in 2:

Các thông số chọn như hìnhbên

2.2 Walls

Đầu in 1

+ Bề dày của vỏ ngoài: 2

mm, tương ứng với sốđường in là 5

+ Chọn Optimize WallPrinting Order – tối ưu hóathứ tự in của các đường in.+ Chọn Outer Before InnerWalls – Chọn in đườngbao ngoài trước khi inđường bên trong => đảmbảo được kích thước bênngoài của chi tiết

+ Chọn Compensate WallOverlaps => Điền đầy vậtliệu in vào những vị trí bịkhuyết vật liệu, tập trungứng suất

+ Điểm bắt đầu chọnRamdom => Để không tạo

ra một vết nào đó trên chitiết

Đầu in 2

Các thông số của đầu in 2chọn như bên hình

2.3 Top and bottom

+ Bề dày của lớp inđầu tiên và lớp in cuốicùng 1.2mm( chọntheo bề dày lớp in)+ Hình dạng lớp intrên cùng và lớp indưới cùng: Concentric(Vì khả năng chịu lựctheo phương hướngkính của lỗ lắp trục sẽtốt hơn)

2.4 Infill

Đầu in 1:

+ Mật độ phần bêntrong: 30%

+ Hình dạng của lớp inbên trong: Cubic ( Độbền theo tất cả cácphương đều tốt)

+ Bề dày lớp in bêntrong chọn theo bội sốcủa chiều cao lớp in:0,2mm (Sau khi inxong lớp vỏ thì phải inthêm 2 lớp nữa)

Đầu in 2:

+ Mật độ phần bêntrong: 30%

+ Hình dạng của lớp inbên trong: Lines (Dokhông cần độ cứngcao và để thời gian innhanh)

+ Bề dày lớp in bêntrong chọn theo bội sốcủa chiều cao lớp in:0,1 mm (Sau khi inxong lớp vỏ thì inthêm 1 lớp nữa)

2.5 Support

+ Cấu trúc supportchọn Normal

+ Vùng được tạosupport: Everywhere+ Góc tới hạn (theotiêu chuẩn là 46o): bàinày chúng em chọn

60o (Ở một số trườnghợp nếu chọn 60o vậtliệu sẽ không kịpđông, bị chảy nhựa =>không cứng vững cóthể sẽ không in được.Tuy nhiên chi tiết incủa nhóm khi in vớigóc 60o thì vẫn đảmbảo in được và có thờigian in ít hơn)

+ Hình dạng của

support: Zig Zag+ Mật độ của supportchọn 15%

+ Để dễ gỡ support rakhỏi chi tiết sau khi inchọn thông số SupportX/Y Distance: 0,1 mm+ Support Z Distance:0,2mm

2.6 Speed

+ Tốc độ in là 70 mm/s

+ Tốc độ in thànhngoài là 30 mm/s

+ Tốc độ in thànhtrong là 20 mm/s( Sở

dĩ chọn tốc độ in nhỏhơn tốc độ in củathành ngoài là do bềmặt trong là bề mặtlàm việc chính của chitiết)

IV.Mô phỏng quá trình in

NHIỆM VỤ 2: Tạo mẫu nhanh

I Lựa chọn chi tiết in 3D cho nhiệm vụ 2

 Các bước để lấy mô hình 3D cho mẫu xương cánh tay:

Bước 1: Tải và mở phần mềm 3D slicer Ở màn hình chính ta chọn Dowload

sample data => Xác định phần mình sẽ in 3D ở đâu để chọn hình siêu âm đã cósẵn của phần mềm Ở đây nhóm em in cánh tay nên lấy file CTACardio

Bước 2: Vào Volume Rendering => chọn CTACardio Ở mục Display chọn

CT-AAA Cuối cùng chọn hình con mắt bên cạnh volume để hiện hình 3D nhưhình bên dưới

Bước 3: Chọn Segment Editor để chỉnh sửa và cắt để lấy phẩn xương cánh tay.

+ Bấm add và đặt tên cho phần sắp cắt Ở đây em đặt tên là “ cánh tay”

+ Bấm vào Threshold bên phải hình con chuột ở thanh công cụ và chỉnh cácthanh trượt bên trên mỗi hình chiếu để hiện các phần có thể thấy được để cắtnhư hình vẽ và bấm Apply ở dưới để lưu

+ Chọn Scissors ( hình cây kéo) ở thanh công cụ bên trái Chọn các tác vụ để cắtcác phần không liên quan đến chi tiết => em được sản phẩm như hình vẽ

Chú ý: sản phẩm mình cắt ra có thể có lỗ hở Ở đây mình sẽ chọn paint và chọn đường kính để vẽ điền đẩy các lỗ như hình dưới

Bước 4: Vào mục Segmentations => export to files Chọn tỷ lệ xuất ra ở đây

em chọn tỉ lệ 1:2 để phù hợp với máy in 3D và bấm export để xuất ra file STL

Bước 5 : Mở file STL đã được xuất ra ngoài và kiểm tra xem phù hợp yêu cầu

với điều kiện đã đưa ra chưa nếu được sẽ chuyển qua đưa vào máy in 3D

 Yêu cầu: Do chỉ in mô hình để quan sát nên chỉ cần đảm bảo in hoàn thiện bề mặt ngoài của xương

II.Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công, máy in

1 Lựa chọn phương pháp in SLA:

Lý do:

- Độ chính xác về hình dáng, kích thước mẫu cao hơn nhiều so với côngnghệ in 3D FDM

- Tốc độ in nhanh hơn rất nhiều so với công nghệ in 3D FDM

- Với chi tiết xương cánh tay đã chọn trên bề mặt chi tiết có nhiều đoạncong, lồi lõm nhỏnếu sử dụng công nghệ FDM tuy giá thành rẻ, linh hoạtnhưng không thể đảm bảo in chính xác được những vị trí ấy, do vậy sửdụng công nghệ SLA để in với độ chính xác cao hơn

2 Lựa chọn vật liệu và máy in:

2.1 Lựa chọn vật liệu

Vật liệu in: Model V3 (Do chỉ dùng để in mô hình)

Độ bền kéo 27 MPa 48 MPa 3970 psi 6990 psi ASTM D 638-14

Mo dun độ bền kéo 1.1 GPa 2.3 GPa 160 ksi 331 ksi ASTM D 638-14

638-14

Thuộc tính uốn

Độ bền uốn 25 MPa 85 MPa 3640 psi 12300 psi ASTM D

790-15Mô-đun uốn dẻo 0.67

Độ phân giải XY 25 microns

Nhiệt độ bên trong Tự động gia nhiệt 35 °CTự động gia nhiệt 95 °F

Kết nối

Wi-Fi (2,4, 5 GHz)Ethernet (1000 Mbit)USB 2.0

3.2 Lựa chọn thông số công nghệ in

Chiều dày lớp in: 0,05mm

+ Loại đế: Mini Rafts ( Tiết kiệmthời gian và nhựa, do in chi tiếttheo phương thẳng đứng, mỗithanh support có 1 đế riêng sẽđảm bảo hơn trong quá trình inđồng thời khi tách chi tiết khỏisupport sẽ dễ dàng hơn )

+ Mật độ: 0,9

+ Kích thước điểm tiếp xúc: 0,4mm

( Việc chọn mật độ và kích thướcđiểm tiếp xúc như trên đã đảmbảo support hợp lý cho các phầnđược in)

+ Hệ số độ dốc: 0,5

( Việc chọn giá trị hệ số độ dốcthấp để tạo ra ít support hơn vàtăng khoảng cách giữa các supportvới nhau nhưng vẫn đảm bảo khi

in vẫn có thể đỡ được chi tiết )

+ Chiều cao phía trên của đế: 5mm

( Sở dĩ chọn theo mặc định là5mm để khi in phần giá đỡ không

bị biến dạng => không ảnh hưởngđến bề mặt chi tiết khi in)

+ Chiều dày đế: 1,5 mm

(Chọn chiều dày đế với độ dày lớn

nhất cho phép đối với vật liệu đãchọn để đảm bảo phần đế support

có thể đủ để bám dính vào sànmáy in, nếu chọn chiều dày đếquá mỏng có thể ảnh hưởng đến

sự ổn định của kết cấu support =>

từ đó ảnh hưởng đến kết cấu chitiết in)

3.3 Kết quả in

Sau khi in ta có được thời gian

in, lớp vật liệu và thể tích nhưhình bên

4 Mô phỏng quá trình in