ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẢI TIẾN THIẾT KẾ MÁY IN 3D

TÊN ĐỀ TÀI: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẢI TIẾN THIẾT KẾ MÁY IN 3D

1. MỤC LỤC

   NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

   LỜI NÓI ĐẦU

   Nhận xét của giáo viên hướng dẫn............................................................................................... 2

   Nhận xét của hội đồng chấm thi đồ án tốt nghiệp...................................................................... 3

   Lý do chọn đề tài............................................................................................................................ 5

   CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.

   1.1   Giới thiệu về máy in 3D.......................................................................................................... 6

   1.2   Giới thiệu về công nghệ in 3D............................................................................................... 6

   1.3   Vật liệu tạo mẫu....................................................................................................................... 10

   CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ TRUYỀN ĐỘNG.

   2.1 Sơ đồ truyền động.................................................................................................................... 12

   2.2 Sơ đồ hoạt động........................................................................................................................ 13

   2.3 Sơ đồ điều khiển....................................................................................................................... 15

   2.4 Tính toán động học.................................................................................................................. 16

   CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TẠO MẪU 3D , ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D.

   3.1 Cấu tạo tổng quan về máy thiết kế......................................................................................... 28

   3.2 Cấu tạo và công dụng từng chi tiết trong máy...................................................................... 29

   3.3 Hướng dẫn cách sử dụng phần mềm tạo mẫu 3d và điều khiển máy in 3d...................... 36

   CHƯƠNG 4: CÁC BƯỚC THỰC HIỆN IN SẢN PHẨM...................................................... 47

   CHƯƠNG 5: BIỆN LUẬN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT............. 51

   5.1 Chi tiết gối đỡ 1........................................................................................................................ 51

   5.2 Giá đỡ bộ đùn 2........................................................................................................................ 72

   5.3 Giá đỡ bàn nhiệt.................................................................................................................... 103

   5.4 Gối đỡ 7.................................................................................................................................. 140

   CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VỀ MÁY IN 3D............................................................................ 171

   TÀI LIỆU THAM KHẢO

   LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

   -            Công nghệ in 3D hiện tại đã trở nên phổ biến ở các nước trên thế giới nhiều hãng sản xuất nổi tiếng đã ra đời như: Makerbot, Ultimaker, Creatbot, 3D systems, Mankati,...với các sản phẩm mang tính thương mại. Tuy nhiên thị trường Việt Nam in 3D dường như vẫn còn khá mới mẻ.

   -            Công nghệ in 3D đã phát triển đến mức có thể ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Với những người khuyết tật, in 3D có thể giúp tạo ra những bộ chân tay giả với chi phí chỉ khoảng 2 triệu đồng. Còn trong kỹ thuật thì in 3D giúp tạo nên các mẫu vật thể một cách nhanh chóng và chính xác. Đặc biệt trong y học đã ứng dụng rất nhiều vào việc tạo ra các mẫu bộ phận cơ thể con người, giúp cho quá trình chữa bệnh thành công hơn. Vì thế, với những ứng dụng rộng rãi như thế chúng em đã lựa chọn nghiên cứu máy in 3D để thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình.

   -            Máy in 3D không chỉ phục vụ các sinh viên kiến trúc, đồ họa mà còn có thể áp dụng cho những nhà nghiên cứu, kĩ sư, giảng viên hay bất kỳ cá nhân nào có nhu cầu in tạo mẫu 3D. Ví dụ như các giảng viên có thể sử dụng máy in 3D để in ra các chi tiết máy cho sinh viên của mình tiếp cận thực tế mẫu vật trong các tiết học để tăng cường khả năng thu nhận kiến thức của sinh viên, từ đó kiến thức sẽ không còn là hình ảnh vẽ trên sách vở. Hay những kĩ sư có thể sử dụng máy in 3D in nhanh các chi tiết máy để phục vụ khách hàng nhanh nhất với chất lượng tốt nhất. 

    

   
   

    

   CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 

   ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CẢI TIẾN THIẾT KẾ MÁY IN 3D

   1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY IN 3D.

   Máy in 3D là gì?

   Máy in 3D là việc biến mô hình 3D trên máy tính của bạn thành sản phẩm thật, vật thể thật tùy theo ý muốn của người sử dụng mà ta có thể cầm trên tay, sờ được và sử dụng được. Chứ không phải là in ra một hình ảnh mà ta nhìn vào nó nổi khối 3 chiều giống như ngoài đời.

   Máy in 3D đem đến nhiều hứa hẹn cho bất kì ai tạo ra sản phẩm mong muốn, cho phép in các mô hình, đồ chơi, những sản phẩm sử dụng hằng ngày, hay các bộ phận cơ thể hoặc thậm chí cả ngôi nhà. Máy in 3D có thể tạo ra bất kì thứ gì. Tuy nhiên, đối với những người dùng mới bắt đầu thì cần phải tập làm quen với những phần mềm thiết kế 3D gọi là CAD (Computer Aided Design) hoặc những phần mềm thiết kế khác, như việc lên một bản vẽ phác thảo trước khi in vật mẫu.

   Bên cạnh đó, những chiếc máy in 3D còn được ứng dụng rộng rãi vào các ngành nghề khác như trong y tế, các bộ phận giả cho con người có thể “in” ra mà không mất nhiều thời gian và chi phí, phục vụ việc cấy ghép nhanh chóng và hiệu quả hơn.

   1.2 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ IN 3D.

   1.2.1 Công nghệ in 3d là gì ?.

   Công nghệ in 3D hay công nghệ tạo mẫu nhanh là cách thức để thực hiện việc in 3D, hay cách thức để máy in 3D hoạt động.Ngày nay công nghệ in 3D phát triển rất đa dạng, với mỗi sản phẩm 3D có thể được in ra với nhiều loại vật liệu khác nhau, vật liệu dạng khối, dạng lỏng, dạng bột bụi. Với mỗi loại vật liệu cũng có nhiều phương thức để in như sử dụng tia laser, dụng cụ cắt, đùn ép nhựa … Cách thức in thì có in từ dưới lên, in từ đỉnh xuống.

   1.2.2 Công nghệ tạo mẫu nhanh.

   - Phương pháp tạo mẫu nhanh (rapid prototying) dựa trên nguyên tắc xây dựng từng lớp vật liệu tương ứng với mô hình 3D bằng cách sử dụng các máy in 3D. Quy trình này thực hiện cần phải có dữ liệu thiết kế đã hoàn thiện và chuyển về định dạng STL (Stereolithography) rồi nhập vào máy in 3D, từ đó sẽ được tự động xử lý và phân mô hình thành các lớp để được tạo mẫu.

   - Một số công nghệ tạo mẫu phổ biến hiện nay gồm có SLA (Stereolithography); SLS (Selective Laser Sintering), FDM (Fused Deposition Modeling). Mỗi công nghệ đều có ưu và nhược điểm riêng.

   1.2.2.1 SLA (Stereolithography).

   -         SLA (Stereolithography): là kỹ thuật dùng tia laser làm đông cứng nguyên liệu lỏng để tạo các lớp nối tiếp cho đến khi sản phẩm hoàn tất, độ dày mỗi lớp nhỏ nhất có thể đạt đến 0,06mm nên rất chính xác.

   -         Có thể hình dung kỹ thuật này như sau: đặt một bệ đỡ trong thùng chứa nguyên liệu lỏng, chùm tia laser di chuyển (theo thiết kế) lên mặt trên cùng của nguyên liệu lỏng theo hình mặt cắt ngang của sản phẩm làm lớp nguyên liệu này cứng lại. Bệ đỡ chứa lớp nguyên liệu đã cứng được hạ xuống để tạo một lớp mới, các lớp khác được thực hiện tiếp tục đến khi sản phẩm hoàn tất.

   -      Ưu điểm: Tạo mẫu độ chính xác cao, bề mặt nhẵn, có thể tạo ra các mẫu hình dạng phức tạp và kích thước lớn, sử dụng vật liệu nhựa dạng đục.

   -      Nhược điểm: Máy móc sử dụng công nghệ này cồng kềnh hơn và đắt hơn so với các công nghệ in 3D khác. Khi sử dụng công nghệ này để tạo mẫu đòi hỏi một số yêu cầu đặc biệt như: cần phải bảo quản mẫu trong phòng tối để tránh ánh sáng mặt trời làm cong vật liệu nhựa cảm quang tạo mẫu, yêu cầu sự bảo dưỡng mẫu cẩn thận và cần xử lý mẫu sau khi in, ngoài ra mẫu có thể chứa một lượng nhựa độc hại tồn tại trong một thời gian hữu hạn

   Hình 1.1: Nguyên lý của công nghệ in SLA

   1.2.2.2 SLS (Selective Laser Sintering).

   – SLS (Selective Laser Sintering): tương tự SLA nhưng vật liệu ở dạng bột như bột thủy tinh, bột gốm sứ, thép, titan, nhôm, bạc… Tia laser giúp liên kết các hạt bột với nhau.Đặc biệt, bột thừa sau quy trình có thể tái chế nên rất tiết kiệm.

   Ưu điểm: Khả năng tạo mẫu bằng các loại vật liệu dạng bột khác nhau như nhựa, kim loại, thủy tinh. Tạo mẫu đa dạng về màu sắc, có thể tạo ra các mẫu hình dạng phức tạp, không cần sử dụng vật liệu hỗ trợ.

   Nhược điểm: Phức tạp, chi phí đầu tư cao, chi phí vận hành cao do hao tổn vật liệu lớn.

    

   Hình 1.2: Nguyên lý của công nghệ in SLS

   1.2.2.3 FDM (Fused Deposition Manufacturing).

   – FDM (Fused Deposition Manufacturing): dùng vật liệu dễ chảy như nhựa nhiệt dẻo. Đầu vòi phun gia nhiệt hóa dẻo vật liệu, sau đó phun lên bệ đỡ theo hình mặt cắt của vật mẫu thành từng lớp. Điểm hạn chế là độ rộng của đường phun phụ thuộc kích thước đầu vòi, nên cần tính toán để chọn đầu vòi thích hợp. 

   Ưu điểm: Máy in 3D công nghệ FDM sử dụng hàng loạt các vật liệu nhựa ABS, PLA với các sự lựa chọn màu sắc khác nhau. Chi phí bảo dưỡng thấp, vật liệu in không độc hại, không cần sự giám sát trong quá trình in. Các mẫu in bằng công nghệ FDM độ bền tốt, có khả năng chịu nhiệt, chịu va đập lớn.

   Nhược điểm:Công nghệ FDM tạo ra các lớp in dày hơn vì vậy công nghệ này thường ít được sử dụng cho việc tạo mẫu yêu cầu độ chính xác tuyệt đối. Bề mặt nhẵn của mẫu in bằng FDM có thể đạt được bằng cách xử lý mẫu bằng tay.

    

   Hình 1.3: Nguyên lý của công nghệ in FDM

   -         Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, nhưng yếu tố chính cần cân nhắc khi chọn lựa là tốc độ, chi phí, độ chính xác và màu sắc muốn đạt được. Công nghệ FDM rất phổ biến hiện nay. Do đó, để chế tạo một chiếc máy in 3D dễ dàng hơn, giá thành rẽ hơn, độ chính xác cao thì công nghệ FDM là rất thích hợp. Nên chúng em chọn công nghệ FDM để thực hiện đồ án.

   1.3VẬT LIỆU TẠO MẪU.

   Yêu cầu đối với vật liệu tạo mẫu trong công nghệ in 3D;

   - Khả năng hóa dẻo: là khả năng biến đổi trạng thái từ dạng rắn sang dạng chảy dẻo dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Khả năng này giúp dễ dàng định hình vật kiệu và điều phối thể tích theo ý muốn. Điều này mang tính quyết định trong việc hình thành chiều dày lớp tạo hình.

   - Thời gian đông cứng: sau khi gia nhiệt và định hình theo ý muốn thì vật liệu sẽ tiap61 xúc với môi trường không khí ở nhiệt độ phòng, khi đó vật liệu phải đông cứng trở lại. Thời gian đông cứng của vật liệu phải thật nhanh, thường phải thấp hơn 10s. Tính đông cứng này giúp vật liệu có độ cứng vững cần thiết sau mỗi lớp mỏng tạo hình cho đối tượng tạo mẫu, điều này có ý nghĩa quan trọng về độ chính xác hình dáng hình học sau cùng của đối tượng tạo mẫu.

   - Khả năng liện kết: Chính là khả năng kết dính bề mặt của 2 lớp vật liệu mỏng liền kề nhau trong quá trình tạo mẫu, 2 lớp vật liệu này có thể ở 2 nhiệt độ khác nhau, 2 trạng thái vật lí khác nhau. Tính chất này mang ý nghĩa quan trọng đối với cơ tính, độ cứng vững của sản phẩm tạo hình khi hoàn thành.

   - Độ nhớt của vật liệu: độ nhớt của vật liệu sẽ quyết định khả năng di chuyển của dòng vật liệu khi ở trạng thái chảy dẻo dưới tác dụng của nhiệt độ. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định mức độ lực cần thiết để đẩy dòng vật liệu với vận tốc xác định trước, do đó nó sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc và kích thước cụm đùn vật liệu của máy.

   1.3.1 Nhựa ABS (acrylonitrile butadiene styrene )

   • Sợi nhựa ABS là vật liệu tổng hợp có nguồn gốc từ dầu mỏ và được sử dụng nhiều nhất cho máy in 3D FDM sơ cấp. Đặc tính của nhựa ABS là có độ bền cao, chiu lực tốt , chịu được nhiệt độ cao, linh hoạt.
   • Các sản phẩm tạo ra từ vật liệu in 3D là nhựa ABS được ứng dụng trong công nghiệp: sản xuất ống cống, ống chất thải, linh kiện ô tô, dụng cụ nhà bếp…
   • Nhiệt độ in của nhựa ABS khá cao từ 230⁰C trở lên.

   1.3.2 Nhựa PLA

   • Nhựa PLA là nhựa nhiệt dẻo phân ban đầu huỷ sinh học. Nhựa có nguồn gốc từ các nguồn tái tạo như bột ngô, mía, củ sắn.Bản chất của PLA có màu trong suốt nên nó có thể dễ dàng nhuộm thành bất cứ màu gì hay bất cứ sắc độ đậm nhạt nào cũng được và có khả năng phát sáng trong buổi tối.
   • Khi chọn vật liệu in 3D là nhựa PLA thì sẽ không bền và dẻo như nhựa ABS nhưng nhựa PLA cứng và khỏe hơn ABS nên đôi khi khó chế tác gia công đối với những chi tiết ở những bộ phận phải lồng ghép vào nhau như khớp nối chẳng hạn.
   • Trong điều kiện nhiệt độ in thông thường PLA không có mùi lạ. Nhiệt độ in của PLA cũng tương đối thấp 190⁰C – 210⁰C.

   1.3.3 Nhựa Resin

   • Nhựa resin là một loại nhựa tổng hợp thường được dùng trong công nghệ in SLA nhiều hơn thay vì ABS và PLA vốn hay dùng với công nghệ FDM.
   • Resin có rất nhiều loại, chủ yếu sử dụng được là những loại có thể ngưng kết dưới tác động của tia UV, tức là bao gồm những chất như acrylics, epoxies, urethanes, polyesters, silicones…

    

   ...........................................

   3.3 HƯỚNG DẪN CÁCH SỬ DỤNG PHẦN MỀM TẠO MẪU 3D VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY IN 3D

   - Một số phần mềm tạo mẫu 3D có thể sử dụng để thiết kế sản phẩm 3D: Pro-E, Solidwork, Inventor,.....Nhưng em sẽ giới thiệu về phần mềm cũng được nhiều người sử dụng để thiết kế các sản phẩm 3D là 3D SKETCHUPPRO.

   3.3.1 Phần mềm tạo mẫu 3d sketchup pro 2014.

   3.3.1.1 Cài đặt

   - Chúng ta có thể download phần mềm theo địa chỉ: http://www.sketchup.com/download/all

   - Khi phần mềm đã có trong máy click đúp vào file cài đặt sẽ hiện như hình sau:

    

   Click Next

   Chọn“I accept the terms in theLicense Agreement”rồi click Next.

   Click Install

   Sau khi máy cài xong nhấn Finish Sketchup đang được cài đặt.

   3.3.1.2 Sử Dụng

   Và đây là giao diện đầu tiên của phần mềm:

   Sau khi cài đặt xong chúng ta phải cài thêm Plugin cho phần mềm. Plugin này dùng để chuyển file 3D sang dạng .stl mà phần mềm Repetier Host có thể đọc được Download file skp_to_dxf tại đường link sau: http://www.guitar-list.com/download-software/convert-sketchup-skp-files-dxf-orstl

   Sau có copy file này vào thư mục: C:\Program Files\SketchUp\SketchUp 2015\Shipped Extensions.

   Plugin đã được cài thành công cho Sketchup

   Ta tiến hành vẽ một ví dụ hình khối chữ nhật. Ta chọn: Draw àShape à Rectangle à chọn điểm cần vẽ à nhập chiều dài là 4cm, chiều rộng là 2cm.

   Sau đó ta được hình trong không gian 3D như sau: