ĐỒ án tốt NGHIỆP NGHIÊN cứu THIẾT kế và CHẾ tạo máy IN 3d với KHẢ NĂNG IN NHIỀU màu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG Độc lập -ĐẠI Tự HỌC - BÁCH HạnhKHOA phúc HÀ NỘI • CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ • CHƯƠNG III:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN • CHƯƠNG VẬN NGHIỆM IV:CHẾ TẠO VÀ HÀNH THỬ • LỜI KẾT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHIỆM VỤ THIẾT KẾ : NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D VỚI KHẢ NĂNG IN NHIỀU MÀU GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: BÙI TUẤN ANH Họ tên: 20168366 GS.TS TRẦN QUANG NAM NGUYỄN THANH TÚ 20168566 PHẠM DUY ANH - 20138960 NGUYỄN HỮU TRUNG 20148982 Khoa: CƠ KHÍ Bộ Mơn : MÁY VÀ MA SÁT HỌC NỘI DUNG THUYẾT MINH • LỜI MỞ ĐẦU • CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ IN 3D • TÀI LIỆU THAM KHẢO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên: Trần Quang Nam Lớp: NUT Phạm Duy Anh Nguyễn Hữu Trung Nguyễn Thanh Tú Khóa: 61 Ngành: Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: GS.TS Bùi Tuấn Anh Tên đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D cỡ nhỏ - cải tiến chế độ in màu Các số liệu ban đầu: • Dựa kết cấu thông số kỹ thuật nằm đồ án • Dựa tài liệu máy in 3D khóa trước Nội dung phần thuyết minh tính tốn: • Tổng quan máy in 3D • Tính tốn chọn thơng số sơ hệ thống khí • Thiết kế hệ thống điều khiển • Chế tạo vận hành thử nghiệm Số lượng tên vẽ: (Kích thước Ao) Số lượng vẽ thể nội dung thuyết minh đồ án Ngày giao làm ĐATN: 04/10/2021 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/02/2022 H N ộ i , n g y t h n g n ă m 2 Giảng viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D VỚI KHẢ NĂNG IN NHIỀU MÀU GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: PGS.TS BÙI TUẤN ANH TRẦN QUANG NAM - 20168366 PHẠM DUY ANH - 20138960 NGUYỄN THANH TÚ - 20168566 - Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ: NGUYỄN HỮU TRUNG - 20148982 Hà Nội, ngày tháng năm 20 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D VỚI KHẢ NĂNG IN NHIỀU MÀU GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: TS LÊ ĐỨC ĐỘ TRẦN QUANG NAM - 20168366 PHẠM DUY ANH - 20138960 NGUYỄN THANH TÚ - 20168566 - Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ: NGUYỄN HỮU TRUNG - 20148982 Hà Nội, ngày tháng năm 20 LỜI CẢM ƠN Được phân công hướng dẫn thầy - GS.TS Bùi Tuấn Anh, chúng em thực nghiên cứu đề tài : “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D cỡ nhỏ - cải tiến chế độ in màu ” Để có kiến thực hồn thành đồ án này, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Ma sát chế tạo máy tận tình hướng dẫn chúng em suốt trình học tâp, nghiên cứu Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Bùi Tuấn Anh tận tình giúp đỡ hướng dẫn chúng em mặt chuyên môn, giúp chúng em hoàn thiện đồ án Do kiến thức kinh nghiệm thực tế có hạn, nên đồ án khơng tránh khỏi nhiều thiếu sót Chúng em mong có góp ý bảo thầy/ để đồ án hồn thiện TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Máy in 3D phát minh Tuy nhiên nhanh công nghệ in trở nên phổ biến, nhiều người lựa chọn sử dụng, đặc biệt lĩnh vực nội thất, giáo dục, thời giang, công nghệ y học Với phương pháp in tạo mẫu đa dạng, đáp ứng yêu cầu người dùng vật liệu, đồ xác gia cơng bản, máy in 3D có nguyên tắc hoạt động hệ thống máy chụp CT hay cộng hưởng từ (MRI) Các thiết bị có khả quét chụp cắt lớp phận thể người Và bạn xếp chồng lớp lại tạo nên hình ảnh chiều quan, phận thể Và điều hồn tồn tương tự cơng nghệ in 3D Tùy vào cách thức xếp chồng xây dựng mơ hình 3D vật liệu cấu thành, cơng nghệ in 3D phân thành nhóm sau: • Cơng nghệ in 3D sử dụng vật liệu in 3D dạng nhựa dẻo phi kim loại • Cơng nghệ in 3D từ vật liệu kim loại • Công nghệ in 3D sử dụng vật liệu hữu Nội dung đồ án nghiên cứu chế tạo máy in 3D cỡ nhỏ, cải tiến chế độ in màu, với phương pháp in tạo mẫu đơn giản, dễ tiếp cận với người dùng, tích hợp mơ tạo mẫu nhanh phần mềm cắt lớp Cura MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY IN 3D A.Công nghệ in 3D gì? Cơng nghệ in 3D hay cịn gọi công nghệ bồi đắp vật liệu, chuỗi kết họp công đoạn khác để tạo vật thể ba chiều Trong in 3D, lớp vật liệu đắp chồng lên định dạng di kiểm sốt máy tính để tạo vật thể Các đối tượng có hình dạng bất kỳ, tạo từ mơ hình 3D nguồn liệu điện tử khác Máy In 3D thật loại robot cơng nghiệp Máy in 3D có nhiều cơng nghệ khác nhau, in li-tơ lập thể (STL) hay mơ hình hố lắng đọng nóng chảy (FDM) Do đó, khơng giống quy trình gia cơng loại bỏ vật liệu thơng thường, In 3D sản xuất đắp dần đối tượng ba chiều từ mơ hình thiết kế có hỗ trợ phần mềm máy tính ( AutoCAD ) tập tin AMF, thường cách thêm vật liệu theo lớp Hình 1.1 : Máy in 3D - in màu B.Lịch sử phát triển Công nghệ in 3D biết đến vào cuối năm 1980,với tên cơng nghệ Rapid Prototyping (RP) Bởi quy trình ban đầu hình thành phương pháp nhanh chóng hiệu chi phí để tạo nguyên mẫu để phát triển sản phẩm ngành Đặc biệt hơn,người xin cấp sáng chế cho công nghệ RP DR.Kodama, người Nhật Bản vào tháng 5-1980 Thật không may cho DR.Kodama tài liệu sáng chế đầy đủ ông lại không nộp thời hạn năm sau nộp đơn,điều tệ hại người duyệt đơn cho ông lại luật sư sáng chế Tuy nhiên, mặt thực tế, nguồn gốc in ấn 3D bắt nguồn từ năm 1986, sáng chế cấp cho thiết bị tạo khối (SLA) Bằng sáng chế thuộc Charles (Chuck) Hull, người phát minh máy SLA vào năm 1983 Hull người đồng sáng lậpTổng Công ty Hệ thống 3D - tổ chức lớn giàu có hoạt động ngành in 3D Các cơng nghệ quy trình in 3D khác lên năm này, cụ thể Sản xuất hạt Ballistic (BPM) cấp sáng chế William Masters, Laminated Object Manufacturing (LOM) ban đầu cấp sáng chế Michael Feygin, Solid Ground Curing (SGC) Itzchak Pomerantz et Al 'in ba chiều' (3DP) ban đầu cấp sáng chế Emanuel Sachs et al Và năm chín mươi đầu chứng kiến gia tăng số lượng công ty cạnh tranh thị trường RP cịn tồn cơng ty gốc - 3D Systems, EOS Stratasys • 2008 - Phiên Reprap phát hành Nó sản xuất 50 % phận Trong tab Quality ta ý tới thơng số chính: ♦ Layer Height: độ cao lớp in.♦ Initial Layer Height: độ cao lớp in (Thông số thường định nhựa có bám bàn tốt khơng lớp in có mịn hay khơng) 927 Các thơng số cịn lại Line Width độ rộng đường nhựa in ra, thường kích thước mũi in (Nếu muốn nhựa in dày hay thưa tăng giảm nó) 928 c Độ dày tường (Wall thickness) Print settings 929 Prìle 930 931 Qseorrh satings 933 n Shell 932 V 934 W 935 = 1.2 936 all Thickness Wall Line Count 938 939 Outer Wall Wipe Distance 940 941 Top Surtace Skin Layers 942 937 943 op/Botĩom Thìckness 945 Top Thickness 947 Top 949 Layers 0.2 T 944 0.9 o 946 0.9 948 Bottom Thickness 951 Bottom Layers 0.9 950 952 953 Top/Bottom Pattern 954 Lines 955 Bottom Pattern Initial Layer 956 Lines 957 Top/Bottom Line Directions 958 [] 959 Outer Wall Inset 960 961 OptimizeWall Printing Order 962 963 964 < Recommended 965 Hình 4.8 Độ dày tường 966 Trong Tab Shell ta ý tới là: ♦ Wall Thickness: Độ dày thành chi tiết in (Mũi in 0.4 nên cài đặt 1,2 thành in lớp nhựa - Có thể cài đặt trực tiếp số lớp Wall line count) ♦ Top/ Bottom Thickness: Độ dày lớp lớp chi tiết ( Layer Height để 0.2 cài đặt 0.8 số lớp in lớp - Có thể cài đặt trực tiếp Top Layer Bottom Layer) 967 Và thông số đáng ý Enable Ironing chọn chế độ máy in chạy lại lớp khoản nhỏ để làm mịn bề mặt phía trên, dành cho chi tiết cần phẵng mặt d Độ đặc (Infill density) 968 Hình 4.9 Thiết lập độ đặc Infill phần bên chi tiết sau in trừ thành chi tiết (shell) lớp 969 970 (top bottom layer) Trong tab infill ta ý thông số sau: ♦ Infill Density thông số độ đặc vật thể, cao chi tiết in đặc thời gian in lâu, bù lại độ cứng chi tiết cao ♦ Infill Pattern dạng lưới bên chi tiết hình dạng infill (muốn độ cứng cao để Triangles, muốn thời gian in nhanh để Lines) ♦ Infill Line Directions hướng infill Mật độ infill xác định lượng nhựa sử dụng bên in Mật độ in cao có 971 nghĩa có nhiều nhựa bên trong, dẫn đến vật nặng Một mật độ infill khoảng 30% sử dụng cho mơ hình có mục giác, mật độ cao sử dụng cho phận sử dụng lực e Mau Infill (Infill pattern) Cura cho phép bạn thay đổi mẫu cấu trúc infill in, có lợi số trường hợp Có lựa chọn sẵn có lần lượt: 972 - Grid: Một lưới điện hình chữ nhật, với đường thẳng theo đường chéo lớp - Lines: tạo lưới in, in theo hướng chéo lớp - Triangles: Tạo hình chữ nhật hình tam giác - Cubic: Một 3D infill nghiêng hình khối - Tetrahedral: Một 3D infill hình dạng kim tự tháp - Concentric: Các infill in từ bên ngồi phía trung tâm mơ hình Bằng cách đường infill khơng thể nhìn thấy qua tường in - Concentric 3D: In thấu từ bên ngồi phía trung tâm mơ hình, với đường nghiêng tồn in - Zig Zag: Một lưới infill hình, in liên tục theo hướng chéo Generate Support Support Placement Support ữverhang Angle Support Pattern Support Wall Lĩne Count Connect Support ZĩgZags Support Density Support Lĩne Distance Initial Layer Support Lĩne Distance Support Iníill Line Directions Enable Support Brim Support Brim Width 8.0 Support Brim Line Count 20 Supportz Distance SupportTop Distance 973 974 975 0.1 mm 0.1 mm < Recommended Hình 4.10 Cấu hình mẫu infill f Tốc độ in (Print Speed) 977 Print settings 976 978 979 980 X 981 983 Protìle 982 992 997 (Xsearchsữtings 988 993 989 994 998 999 990 Iníill Speed 1013 Wall Speed 1031 1008 1014 1019 Outer VVall Speed 1025 Inner Wall Speed Travel speeơ 1043 Initiol Layer Speed 1049 1055 1020 1026 1032 Top/Bottom Speed 1037 Speed Inĩtial Layer Print Inĩtial Layer Travel o 1044 o 1038 0 1050 1056 Speed 1061 Skirt/Brim Speed 1066 Number of Slower Layers 986 991 996 1001 1000 V 1003 Print Speed 1007 = 995 (?) Speed 1002 ★ 985 Fĩne 987 984 1070 Equalize Filament 1075 Enable Accderation 1062 1067 < 1071 1004 1005 60 mm 1009 1010 60 mm 1015 1016 30.0 mm 1021 1022 30.0 mm 1027 1028 60.0 mm 1033 1034 30.0 mm 1039 1040 100 mm 1045 1046 15 mm 1051 1052 15 mm 1057 1058 25.0 mm 1063 1064 15 mm 1006 1011 1012 1017 1018 1023 1024 1029 1030 1035 1036 1041 1042 1047 1048 1053 1054 1059 1060 1065 1069 1068 1072 1073 1074 1077 1078 1079 1082 1083 1084 Flũw Control 1080 1085 Enablelerk Control 1076 < f> o1081 < Recommended 1086 Hình 4.11 Cấu hình tốc độ in Tab Speed chỉnh tốc độ hoạt động máy in: 1087 1088 ♦ Print Speed tốc độ in (tốc độ cao in nhanh, khí máy phải đủ vững khơng dễ trật bước chi tiết in xấu không mịn) ♦ Infill speed tốc độ in infill ♦ Wall speed tốc độ in thành vật thể ♦ Travel speed tốc độ di chuyển không đầu in ♦ Initial Layer speed tốc độ in lớp (tốc độ chậm nhựa in dễ dính bàn hơn) 1089 g Vật liệu (Material) 1090 1091 1092 1093 1094 |ll|l| Material 1095 Printing Temperature 1096 Printing Temperature Initial Layer 1097 Initial Printing Temperature 1098 Pinal Printing Temperature 1099 Flow Wall Flow 1100 1108 1101 Outer Wall Flow 1102 Inner Wall(s) Flow 1103 Top/Bottom Flow 1104 Iníill Flow 1105 Skirt/Brim Flow 1106 Support Flow 1107 Prime Tower Flow Initial Layer Flow 1109 Fnahlp Rptrartinn 1110 < Recommended 1111 Hình 4.12 Thông số vật liệu Tab Material chỉnh thông số liên quan tới nhựa in: 1112 ♦ Printing Temperature nhiệt độ in (với nhựa PLA thường 195 ) ♦ Flow lượng nhựa in đùn in (nếu muốn lượng nhựa đùn nhiều hay vị trí tăng lên) ♦ Nếu chọn vào Enable Retaction đồng ý rụt nhựa in lại chuyển tiếp vùng in khác hay chuyển vùng in với in support 1113 Sau thiết lập xong, Tệp STL OBJ sau nhập vào phần mềm Cura nơi chia lớp xuất dạng G-Code G-Code file văn (về chất) với danh sách lệnh để máy in 3D đọc làm theo nhiệt độ gia nhiệt, di chuyển theo hướng với khoảng cách vị trí tọa độ file đó, bật tắt phận máy in, v.v 1114 Chuyển tệp văn sang Thẻ SD để Máy in 3D đọc tệp 4.2 1115 Thử nghiẹm gia công 4.2.1 Tượng kim tự tháp 1116 1117 Hình 4.13 Tượng kim tự tháp Để in mẫu hình trên, cần thiết lập tham số repeiterhost 1118 1119 1120 Để đạt chất lượng cao, chiều cao lớp đặt 0,2 mm Tuy nhiên, chiều cao ban đầu lớp lại 0,3 mm để lớp ban đầu dính tốt lớp đun nóng 1121 Khối lập phương có kích thước nhỏ Kích thước là: 130 x 100 x 180 mm Do nên đặt tốc độ in thấp để có độ xác cao Tốc độ in cao tạo độ rung mạnh gây thiếu xác 1122 Với thông số tốc độ in : • Tốc độ tường (Wall speed): 60 mm / s • Tốc độ / (Top/bottom speed): 60 mm / s • Tốc độ di chuyển (Travel speed): 150 mm / s • Tốc độ in ban đầu (Initial print speed): 40 mm /s • Gia tốc (Acceleration): 3000 mm / s2 1123 1124 Hình 4.14 Mơ hình kim tự tháp sau hoàn thiện Với chế 02 vịi phun tự động, thay đổi màu sắc sản phẩm 1125 cách thay đổi đầu vào vòi phun 4.2.2 Bộ nhựa làm máy in 1126 1127 1128 Hình 4.15 Bộ nhựa làm máy in 1129 Mẫu nhựa in 3D có kích thước lớn có nhiều chi tiết in lần in nên cần cân chỉnh bàn in chế độ in thật hợp lý đẻ tránh trường hợp cong bật sản phẩm gây thời gian tốn thời gian in khoảng tiếng đồng hồ in với tốc độ cao 1131 1130 Do đó, thơng số đặt đây: • Tốc độ nạp (Infill speed): 100 mm / s • Tốc độ tường (Wall speed): 80 mm /s • Tốc độ di chuyển (Travel speed): 150 mm /s • Tốc độ lớp ban đầu (Initial Layer speed): 30 mm / s • Tốc độ hỗ trợ (Support speed): 60 mm / s • Gia tốc(Acceleration): 4000 mm / s2 4.2.3 Các sản phẩm khác 1132 1133 Hình 4.16 Sản phẩm khác 1134 LỜI KẾT 1135 Máy in 3D đạt yêu cầu Sai số gia công sản phẩm xấp xỉ 0,06 đến 0,2 mm 1136 Trong tương lai, nhóm áp dụng AutoBed-Leveling (tự động cân bàn in) hệ thống Hơn nữa, chúng em áp dụng ‘‘Scan 3D Technical’’ (kĩ thuật quét 3D) sản phẩm để hoàn thành hệ thống bao gồm ‘‘Scan and Printer 3D’’ 1137 Xin chân thành cảm ơn thầy GS.TS Bùi Tuấn Anh hướng dẫn tận tình để chúng em hoàn thành đề tài nghiên cứu máy in 3D Mong công nghệ in 3D Việt Nam tương lai phát triển để theo kịp với xu công nghệ in 3D giới 1138 Đây sản phẩm chúng em cơng nghệ in 3D, nên cịn nhiều thiếu xót Chúng em hy vọng người đóng góp số ý tưởng để chúng em xây dựng máy in 3D tốt cho dự án 1139 Xin chân thành cảm ơn! 1140 1141 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí - tập 1,2 Trịnh Chất - Lê Văn Uyển [2] Bài giảng sở máy công cụ CNC- Phạm Văn Hùng [3] Hệ thống điều khiển số cơng nghiệp NXB KHKT, 2001- Bùi Q Lực [4] Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ NXB KHKT, 2001- Tạ Duy Liêm [5] Giáo trình phương pháp gia công đặc biệt, NXB KH&KT, Hà Nội, 2010Đinh Minh Diệm Http://codientu.org [6] Cộng đồng điện tử Việt Nam Http://meslab.org [7] Diễn đàn khí tự động hóa Http://Arduino.vn [8] Cộng đồng Arduino Việt Nam Http://mme.vn [9] Micromen Mechatronics Http://3dmaker.vn [10] Nhà sản xuất máy in 3D Việt Nam Http://thingiverse.com [11] Thingiverse- Digital Design for Physical Objects [12] PMI product catalog [13] IKO linear wl catalog 1142 878 1143 75 ... Anh Tên đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D cỡ nhỏ - cải tiến chế độ in màu Các số liệu ban đầu: • Dựa kết cấu thông số kỹ thuật nằm đồ án • Dựa tài liệu máy in 3D khóa trước... thực nghiên cứu đề tài : “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D cỡ nhỏ - cải tiến chế độ in màu ” Để có kiến thực hồn thành đồ án này, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Ma sát chế tạo máy. .. 20168566 - Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ: NGUYỄN HỮU TRUNG - 20148982 Hà Nội, ngày tháng năm 20 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D VỚI KHẢ NĂNG IN NHIỀU MÀU GIẢNG VIÊN