Nghiên cứu quá trình liên kết vật liệu trong gia công tạo mẫu nhanh FDM

I H C QU C GIA TPHCM I H C BÁCH KHOA - NGUY N MINH HI U NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH LIÊN K T V T LI U TRONG GIA CÔNG T O M U NHANH FDM Chuyên ngành: Công Ngh Ch T o Máy Mã ngành : 605204 LU TP H CHÍ MINH, tháng 11 2013 Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM I H C QU C GIA TPHCM I H C BÁCH KHOA - NGUY N MINH HI U tài: NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH LIÊN K T V T LI U TRONG GIA CÔNG T O M U NHANH FDM Chuyên ngành: Công Ngh Ch T o Máy LU TP H CHÍ MINH, tháng 11 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM C HOÀN THÀNH T I I H C BÁCH KHOA I H C QU C GIA TP H CHÍ MINH Cán b ng d n khoa h c : PGS.TS THÁI TH THU HÀ Cán b ch m nh n xét : Cán b ch m nh n xét : Lu cb ov t ih Thành ph n H m: Xác nh n c a Ch t ch H lu CH T CH H môn qu n lý chuyên ngành sau c s a ch a (n u có) NG HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH PHÒNG c l p - T - H nh phúc H tên h c viên: NGUY N MINH HI U Ngày/ tháng/ MSHV: 11044530 18/10/1979 Tp.HCM Chuyên ngành: Công Ngh Ch T o Máy I- T NAM Mã s : 605204 TÀI: NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH LIÊN K T V T LI U TRONG GIA CÔNG T O M U NHANH FDM II- NHI M V VÀ N I DUNG: III- NGÀY GIAO NHI M V : 24/06/2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 22/11/2013 V- CÁN B NG D N: PGS.TS THÁI TH THU HÀ HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM L u tiên, em xin bày t lòng bi n cô PGS.TS Thái Th Thu Hà th y h tr ng d t qua nhi t trình th c hi n lu il ic tr em v m t kinh phí, ng h em v m t tinh th n t o m u ki n thu n l i nh t cho em hoàn thành lu n cg il ic Ban giám hi n: i H c Bách Khoa TPHCM Quý th y, cô khoa C ng i H c Bách Khoa TPHCM Quý th y, cô b n công tác viên phịng thí nghi m tr m qu c gia Q th y, phịng Qu n i h ng i H c Bách Khoa TPHCM Ban o Công ty C ph n Pin c quy Mi n Nam Pinaco c bi t phát tri n (R&D) ông Cao ng phòng Tr ng Miên tr ng viên em r t nhi u trình th c hi n tài Cu i cùng, em xin g i l i c chân thành l p cao h c công ngh ch t o máy K2011 c a ng ý ki ng ng nghi p b n i H c Bách Khoa TPHCM em th i gian th c hi n lu TP H Chí Minh, ngày 22 tháng 11 NGUY N MINH HI U HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM FDM h th ng t o m u nhanh làm s n ph m tr c ti p t ngu n d li u thi t k CAD Trong t t c trình t o m p theo t ng l p, FDM s d ng nh a nhi t d t o m u nhi b n s c m nh c a m tiêu chu n c s n xu t t trình FDM ph thu c vào thơng s cơng ngh c a q trình t o m u nhanh Nghiên c u trình liên k t công ngh FDM b ng cách mô ph ng phân các thông s công ngh nh m ti n t i t o m u nhanh M c tiêu c a lu s công ngh nhi t ch nghiên c u chi u dày m i l ng c a thông s công ngh s d HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 b n c a m u mô ph ng nh n liên k t c nghi m nh ng c a s n ph m ng c a hai thông n liên k t S d ng công c Simulink c a ph n m ng c a b n c a m u k t qu mô ph ng GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà , ta Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM ABSTRACT Fused Deposition Modelling (FDM) is a rapid prototyping system that produces physical models directly from the computer aided design CAD data sources Out of all commercially available RP processes, Fused Deposition Modelling (FDM) uses heated thermoplastic filament which are extruded from the tip of nozzle in process temperatures for building the part through a layer by layer deposition method The strength quality of FDM produced parts is significantly affected by various parameters used in the process This dissertation work aims to study the effect of two mainprocess parameters such as layer thickness and extruder temperature on bonding process and strength to improving quality of FDM produced parts These influences have been calculated and analysed by using software MatlabSimulink And then, we use practical method to value simulated result by test specimen HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM Tôi tên: NGUY N MINH HI U H c viên l p: cao h c công ngh ch t o máy K2011 Mã s h c viên: 11044530 Theo quy tài lu i h c Bách khoa Tp.HCM, cc c hi n lu i h c, cv trình liên k t v t li u gia công t o m PGS.TS Thái Th Thu Hà t ngày 24/06 Tôi xin cam k Nghiên c u is ng d n c a n 22/11/2013 t nghi p cao h c th c hi hi n lu nh c Bách Khoa TP.HCM theo s i h c, c ng ng d n c a PGS.TS Thái Th Thu Hà Tơi xin hồn tồn ch u trách nhi m v i nh ng l i cam k ph m trình th c hi n lu c iH c u có sai u hình th c x lý i h c Ban Giám Hi i H c Bách Khoa TP H Chí Minh H c viên Nguy n Minh Hi u HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM NHI M V LU L IC TÓM T T LU ABSTRACT L I CAM K T M C L C 1: GI I THI TÀI 12 1.1 12 1.1.1 Khái ni m công ngh t o m u nhanh 12 1.1.2 T m quan tr ng c a công ngh t o m u nhanh 12 13 o m u nhanh 14 1.2 Gi i thi u công ngh t o m u nhanh FDM 16 1.2.1 Nguyên lý chung c a t o m u nhanh theo công ngh FDM 16 m ph m vi ng d ng c a công ngh t o m u nhanh FDM 17 1.3 Tính c p thi t c tài 18 1.4 M c tiêu c a lu 19 1.5 N i dung th c hi n c a lu 19 u 19 c c a lu n c ti n c a lu C 19 20 2: T NG QUAN 21 2.1 Các nghiên c u v trình liên k t v t li u 21 lý thuy t v trình liên k t trình FDM 22 2.2.1 Mơ hình hóa q trình FDM 22 2.2.2 Mơ hình liên k t l p v t li u FDM 23 i 26 2.4 t 29 2.5 Các thông s c a q trình cơng ngh FDM 31 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM 2.6 ng c a thông s công ngh n s liên k t 33 2.7 Lý thuy t kho ng tr ng hình h c 34 2.7.1 Tính tốn t l di n tích kho ng tr ng 2.7.2 Tính tốn t l chi u dài kho ng tr 34 35 2.8 Mơ hình phân tích thu c tính c a m u FDM 35 2.8.1 Phân tích s liên k t gi a l p c a m u FDM 35 2.8.2 Mơ hình hóa h ng s i c a m u FDM 36 u t FFE (Free Form Extrusion) 37 2.9.1 Gi i thi u t FFE (Free Form Extrusion) 37 2.9.2 Mơ hình truy n nhi t 38 NG VÀ PHÂN TÍCH Q TRÌNH LIÊN K T 41 3.1 Gi i thi u Matlab-Simulink 41 3.1.1 Khái ni m v simulink 41 3.1.2 Các kh n Simulink 44 3.2 Mô ph ng trình làm ngu i b ng Matlab-Simulink 48 3.3 Mô ph ng trình liên k t b ng Matlab-Simulink 50 3.4 Th c hi n mô ph ng phân tích q trình làm ngu i v i v t li u m u c s d ng nh a Polylactic acid (PLA) 52 3.4.1 ng c a nhi i v i m u có chi u cao l p 0.5mm 52 3.4.2 ng c a nhi i v i m u có chi u cao l p 0.25mm 54 3.5 Th c hi n mơ ph ng phân tích trình liên k t v i v t li u m c s d ng nh a Polylactic acid (PLA) 55 3.5.1 ng c a nhi i trình liên k i v i m u có chi u cao l p 0.5mm 55 3.5.2 ng c a nhi i trình liên k i v i m u có chi u cao l p 0.25mm 57 3.5.3 Nh n xét v k t qu mô ph ng liên k t 58 3.6 Th c hi n mô ph u t FFE 59 U TH C NGHI M 64 4.1 M c tiêu th c nghi m 64 4.2 M u th c nghi m 65 4.3 V t li u t o m u 66 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL1.2.2 -code o TEM = [468 473 478 488 493]; % set simulation values for To for k = 1:5 To = TEM(k); % Extrution temperature value for simulation sim('PLA_BONDING_SIMULINK'); % run simulation BL(:,k) = bond; % save temperature data end plot(tout,BL(:,1),tout,BL(:,2),tout,BL(:,3),tout,BL(:,4),tout ,BL(:,5)); xlabel('TIME (s)'); grid on ylabel('BONDING LENGTH (mm)'); st1 = 'To = '; st2 = num2str(TEM(1)-273); st3 = ' (Degree C)'; sl1 = strcat(st1,st2,st3); % legend st4 = num2str(TEM(2)-273); sl2 = strcat(st1,st4,st3); % legend st5 = num2str(TEM(3)-273); sl3 = strcat(st1,st5,st3); % legend st6 = num2str(TEM(4)-273); sl4 = strcat(st1,st6,st3); % legend st7 = num2str(TEM(5)-273); sl5 = strcat(st1,st7,st3); % legend title('EFFECT OF To ON BONDING OF PLA MATERIAL - LAYER THICKNESS 0.25mm') legend(sl1,sl2,sl3,sl4,sl5); % plot legend axis([0 16 0.35 0.42]); % set axis for temperature range of 0.35 to 0.42 mm HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 122 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL1.3 PL1.3 -code -code plot(tout,T-273,tout,T2-273,tout,T3-273); xlabel('TIME (s)'); grid on ylabel('TEMPERATURE of COOLING (Degree C)'); st1 = 'Filament '; sl1 = strcat(st1); % legend st2 = 'Filament '; sl2 = strcat(st2); % legend st3 = 'Filament '; sl3 = strcat(st3); % legend title('METHOD FREE FORM EXTRUSION FOR COOLING OF PLA MATERIAL') legend(sl1,sl2,sl3); % plot legend axis([0 30 250]); % set axis for temperature range of to 250 degree C PL1.3 - plot(tout,T-273,tout,T2-273,tout,T3-273,tout,T11273,tout,T22-273,tout,T33-273); xlabel('TIME (s)'); grid on ylabel('TEMPERATURE of COOLING (Degree C)'); st1 = 'Filament '; sl1 = strcat(st1); % legend st2 = 'Filament '; sl2 = strcat(st2); % legend st3 = 'Filament '; sl3 = strcat(st3); % legend st4 = 'Filament -NO FFE '; HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 123 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM sl4 = strcat(st4); % legend st5 = 'Filament -NO FFE '; sl5 = strcat(st5); % legend st6 = 'Filament -NO FFE '; sl6 = strcat(st6); % legend title('COMPARE FFE & NO FFE METHOD FOR COOLING OF PLA MATERIAL 0.5mm') legend(sl1,sl2,sl3,sl4,sl5,sl6); % plot legend axis([0 30 250]); % set axis for temperature range of to 250 degree C HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 124 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM o HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 = 195oC 125 0.25mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.2 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o = 200oC 126 0.25mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.3 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o = 205oC 127 0.25mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.4 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o = 215oC 128 0.25mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.5 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o = 220oC 129 0.25mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.6 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o = 195oC 130 5mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.7 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o = 200oC 131 5mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.8 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o = 205oC 132 5mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.9 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o = 215oC 133 5mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PL2.10 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 o 134 = 220oC 5mm GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM PH L C Bài báo khoa h HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 t Nam s 135 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM H tên: NGUY N MINH HI U Gi i tính: NAM Ch hi n nay: S Chánh, Qu n Th ng 51, Khu ph ng Hi p Bình c, Thành Ph H Chí Minh, Vi t Nam n tho i: 0907.81.51.57 Email: hieu.lycos.com@gmail.com O T n tháng 9/2005: H ih ct i H c Bách Khoa TPHCM T n nay: H c cao h c t i H c Bách Khoa TPHCM chuyên nghành cơng ngh ch t o máy Q TRÌNH CƠNG TÁC T n nay: Công tác t i công ty C Ph n Pin c quy Mi n Nam Pinaco HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 136 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà .. .Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM I H C QU C GIA TPHCM I H C BÁCH KHOA - NGUY N MINH HI U tài: NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH LIÊN K T V T LI U TRONG GIA CÔNG... Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM FDM công ngh t o m u nhanh d a vi c liên k t l p v i nên s liên k t r t quan tr ngh k ,d c nghiên c u ng c a thông s công n liên. .. Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM 1.8 HVTH: Nguy n Minh Hi u_11044530 20 GVHD: PGS.TS Thái Th Thu Hà Nghiên c u trình liên k t v t li u gia công t o m u nhanh FDM