THIẾT kế và CHẾ tạo máy IN 3d CÔNG NGHỆ FDM

Họ tên sinh viên: Trần Văn Mới, Phan Thế Nhân TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CÔNG NGHỆ FDM 2022 Phụ lục 01 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CÔNG NGHỆ FDM Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Mã sinh viên: 1811505520231 1811505520239 Lớp: 18TDH2 Đà Nẵng, 05/2022 Phụ lục 01 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY IN 3D CÔNG NGHỆ FDM Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Mã sinh viên: 1811505520231 1811505520239 Lớp: 18TDH2 Đà Nẵng, 05/2022 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Mã SV: 1811505520231 Lớp: 18TDH2 Sinh viên thực hiện: Phan Thế Nhân Mã SV: 1811505520239 Lớp: 18TDH2 Sau khoảng thời gian suy nghĩ nhóm chúng em định chọn đề tài “Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM” để làm đề tài đồ án tốt nghiệp Đây đề tài chúng em đánh giá hay thích thú Đáp ứng đủ yêu cầu kiến thức Tự động hóa Trước chọn đề tài, chúng em có nhiều bâng khuâng, sợ sệt, lo lắng có làm chạy thành cơng hay khơng truyền động cần độ xác cao Nhưng tính cần cù, đam mê nghiên cứu, muốn khám phá, học hỏi chúng em định chọn để vừa làm vừa tích lũy kiến thức Sau khoảng thời gian tháng, chúng em tạo máy in 3D theo yêu cầu ban đầu đặt Các khâu chạy, động cơ, truyền động vít me – đai ốc hoạt động cách trơn tru, ổn định Sản phẩm tạo xác 95% với mẫu thiết kế, hạn chế tối đa lỗi khơng đáng có mơ hình Thực hồn thành mơ hình đồ án, chúng em tích lũy kiến thức, hiểu thuật toán điều khiển Tuy nhiên, bậc trình độ kiến thức khó hiểu sâu hết giải thuật, thân cố gắng không ngừng học tập để tiếp thu kiến thức hay Trình độ kiến thức có hạn, q trình làm đồ án khó tránh khỏi thiếu sót, mong q thầy cảm thơng Chúng em mang tinh thần ln tiếp thu khắc phục từ ý kiến đóng góp quý báu thầy cô, em xin chân thành cảm ơn LỜI NÓI ĐẦU Quãng thời gian thực đồ án tốt nghiệp khoảng thời gian vô quý báu ý nghĩa tất sinh viên nói chung, đặc biệt sinh viên khối ngành kĩ thuật Sau trình học tập giảng đường, tiếp xúc nhiều với sách kiến thức lý thuyết, việc vận dụng kiến thức tổng hợp, chuyên sâu mà học vào thực tế chuyên ngành điều vô quan trọng cần thiết Đối với sinh viên kỹ thuật, đồ án tốt nghiệp hội để sinh viên nghiên cứu chuyên sâu đề tài gắn liền với thực tiễn cơng việc, vận dụng hết học tập giảng đường để thực nghiên cứu hoàn thiện đề tài tốt nghiệp, bước khởi đầu đưa thân phát triển công việc tương lai Thời gian thực đồ án tốt nghiệp đem lại cho chúng em nhiều kinh nghiệm tiếp thu học tập, q trình làm việc nhóm, đồng thời bổ sung thêm nhiều kiến thức từ đề tài Và đặc biệt cả, chúng em sử dụng kiến thức học để nghiên cứu, tìm điều mới, cải thiện phát triển có để góp phần cải thiện sống người, phát triển kinh tế xã hội, phát triển đất nước Được phân công quý thầy cô Bộ môn Tự động hoá, Khoa Điện Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng – Đại học Đà Nẵng Sau gần tháng nghiên cứu, chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo máy in 3D cơng nghệ FDM” Để hồn thành đề tài giao, nỗ lực học hỏi thân cịn có hướng dẫn tận tình thầy cô Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng lời báo cáo đồ án tốt nghiệp em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Dương Quang Thiện thầy cô giáo môn khoa trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành tốt để tài tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! i CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài: “Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM” cơng trình nghiên cứu hướng dẫn ThS Dương Quang Thiện, ngồi khơng có chép người khác Đề tài, nội dung, báo cáo tốt nghiệp sản phẩm mà chúng em nỗ lực nghiên cứu trình học tập trường chương trình thực tập thực tế Các số liệu kết trình bày báo cáo hoàn toàn trung thực, chúng em xin chịu hồn tồn trách nhiệm trước mơn nhà trường có vấn đề xảy Sinh viên thực {Chữ ký, họ tên sinh viên} ii MỤC LỤC Nhận xét người hướng dẫn Nhận xét người phản biện Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vi DANH SÁCH CÁC BẢNG viii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan đề tài 1.1 Giới thiệu công nghệ in FDM nhựa PLA: 1.1.1 Công nghệ in FDM: 1.1.2 Nhựa PLA: 1.2 Một số công nghệ loại nhựa khác: 1.2.1 Công nghệ in SLA: 1.2.2 Công nghệ in SLM: 1.2.3 Công nghệ in SLS: 1.3 Giới thiệu số máy in 3D: 1.3.1 Máy in 3D Prusa i3: 1.3.2 Máy in 3D Cube: 1.3.3 Máy in 3D Delta: 1.4 Tính cấp thiết đề tài: 10 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: 11 1.6 Phương pháp nghiên cứu: .12 Chương 2: Bộ điều khiển cấu chấp hành 14 2.1 Quy trình cơng nghệ: 14 2.2 Tổng quát cấu trúc máy in 3D: 15 2.3 Bộ điều khiển: 18 2.3.1 Board Arduino Mega 2560 R3 CH340: 18 2.3.2 Board điều khiển Ramps 1.4: .20 iii Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM Bạn chọn vào Generate Support để bật chức tự tạo support Cura − Support Placement vùng tạo support: Nếu để Everywhere tất vùng chi tiết có góc lớn Support Overhang Angle tạo support Nếu để Touching Buildplate vùng phía ngồi vật thể có góc lớn Support Overhang Angle tạo support − Support Pattern hình dạng support tương tự infill − Support Density độc đặc support tương tự infill − Để dễ gỡ support khỏi chi tiết sau in bạn nên tăng thông số Support X/Y Distance lên để support tạo gần chi tiết bị dính với chi tiết in nên khó gỡ Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 75 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM 4.3.3 Các kiểu chạy nhựa: Hình 4.3: Kiểu Grid (trái) kiểu Triangles (phải) Hình 4.4: Kiểu Tri – Hexagon (trái) kiểu Cross 3D (phải) Hình 4.5: Kiểu Quarter cubic (trái) kiểu Line (phải) Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 76 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM Mỗi kiểu in có ưu nhược khác nhau, tùy thuộc vào mẫu vật muốn in, chất lượng nhựa, kết cấu khí máy in độ bền bỉ sản phẩm mà chọn kiểu in phù hợp với nhu cầu 4.4 Các bước hoàn thành sản phẩm in bản: Bước 1: Tạo mơ hình CAD chiều: Bước quy trình in 3D thiết kế, tạo mơ hình CAD cho đối tượng cần in cách sử dụng phần mềm Autocad 3D… Nhà thiết kế dùng tập tin CAD tạo trước tạo cho phù hợp với mục đích tạo mẫu Đối với loại kỹ thuật RP khác nhau, trình giống Hình 4.6: Một số mẫu thiết kế CAD Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 77 Thiết kế chế tạo máy in 3D cơng nghệ FDM Bước 2: Chuyển đổi mơ hình CAD thành định dạng STL: Vì phần mềm 3D khác tạo mơ hình CAD vật thể thuật tốn khác Do đó, để đảm bảo đồng nhất, sau hoàn tất việc thiết kế mơ hình đa chiều, cần xuất file với định dạng STL Đây xem định dạng tiêu chuẩn ngành cơng nghiệp tạo mẫu nhanh, có kết cấu dạng lưới với nhiều mặt hình tam giác liên kết với nhau, tạo thành mơ hình 3D sản phẩm in Tuy nhiên, kết cấu mà định dạng STL khơng thể xác hình ảnh đường cong, đòi hỏi người thiết kế phải gia tăng số lượng mặt tam giác cần sử dụng, gây nhiều thời gian, công sức nhớ Do đó, người thiết kế thực cần có đủ kinh nghiệm kỹ cần thiết để cân nhắc tốt yếu tố từ độ xác đến dung lượng file thời gian thực hiện, từ xuất thành file STL hồn chỉnh, chất lượng Bước 3: Hiệu chỉnh thông số in phần mềm Cura: Sau xuất thành công, file định dạng STL tiếp tục điều chỉnh, xử lý yếu tố hướng đặt, vị trí, kích thước mơ hình chương trình tiền xử lý file Trong đó, việc xác định xác hướng đặt mơ hình quan trọng Bởi yếu tố định đến độ cứng cáp, xác thời gian xây dựng mơ hình Đồng thời, chương trình tạo số cấu trúc phụ trợ, dùng để hỗ trợ thao tác q trình xây dựng mơ hình Sau hiệu chỉnh xong, xuất file thẻ SD cắm vào máy in 3D để thực trình in mơ hình Bước 4: Xây dựng mơ hình: Đây bước quan trọng quy trình in 3D Sau hoàn tất việc xử lý, điều chỉnh vị trí, kích thước hướng đặt mơ hình hệ thống bắt đầu tạo dựng sản phẩm in cách xây dựng theo lớp vật liệu Quá trình tiến hành gần tự động hồn tồn, người phải can thiệp vào Bước 5: Làm sạch, xử lý bề mặt hoàn thành vật thể: Cuối cùng, để kết thúc quy trình gia cơng bồi đắp, mơ hình ngun mẫu sau hồn thành loại bỏ phần phụ trợ, sau mang xử lý bề mặt phương pháp phủ sơn, đánh nhám nhằm nâng cao tính thẩm mỹ, độ bền cho sản phẩm in Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 78 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM Các sản phẩm in 3D: Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 79 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM Hình 4.7: Một số sản phẩm từ máy Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 80 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM 4.5 Nâng cấp chức cần thiết cho máy in 3D: Một máy in 3D hoàn thành, chúng em muốn phát triển thêm để máy cải tiến Hầu hết thị trường ngày nay, bị điện đột ngột, máy dừng hẳn hoạt động lại từ ban đầu Đây bất tiện lớn, tốn nhiều chi phí (nhựa in, tiền điện, thời gian…) thực thiếu chuyên nghiệp Chúng em nghiên cứu phát triển thêm tính cấp nguồn dự phịng để lưu vị trí điện đột ngột Chúng em sử dụng nguồn từ khay viên pin sạc lithium 3.7V nối tiếp thành nguồn ~ 22V Sử dụng mạch ổn áp 12V để ổn định điện áp 12V cấp nguồn cho vi điều khiển nguồn điện Hình 4.8: Nguồn dự phịng từ viên pin sạc lithium 3.7V Hình 4.9: Mạch chuyển nguồn dự phòng YX850 Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 81 Thiết kế chế tạo máy in 3D cơng nghệ FDM Hình 4.10: Mạch ổn áp 3.3V AMS1117 Hình 4.11: Mạch ổn áp 12V DC LM2596 Nguyên lý hoạt động chế cấp nguồn dự bị: Trên mạch chuyển nguồn có ngõ vào ngõ Cơ chế hoạt động mạch ưu tiên lấy điện áp từ ngõ định Chúng ta cấp nguồn vào ngõ ưu tiên cấp nguồn phụ vào ngõ lại Từ khay pin viên ~ 22V cho qua mạch ổn áp 12V để phù hợp cho điều khiển Bây mạch có nguồn vào có ngõ Ngõ ưu tiên lấy điện áp bên nguồn trước, có cố nguồn tự động chuyển mạch qua nguồn phụ để cung cấp điện áp cho vi điều khiển trạng thái hoạt động Từ ngõ mạch chuyển lại cho qua mạch ổn áp 3.3V để kích vào chân 4.2 board Ramps điều khiển (báo tín hiệu gián đoạn điện) Ngoài ra, lắp thêm LED hiển thị điện áp ngõ mạch chuyển, để quan sát điện áp có bị cố hay khơng Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 82 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM 4.6 Những kết đạt được: 4.6.1 Về mặt mơ hình: − Mơ hình thiết kế chắn, ổn định, xác dự tính, đảm bảo yêu cầu đặt từ đầu − Sản phẩm có độ cứng xác 95% mẫu thiết kế − Bố trí thi cơng dây điện cách gọn gàng, hợp lý − Các truyền động vít me – đai ốc hoạt động cách trơn tru, khả thi − Thiết kế mơ hình cách tối ưu đảm bảo mặt chất lượng 4.6.2 Về mặt lý thuyết – chương trình điều khiển: − Hiểu loại công nghệ in 3D, loại nhựa mẫu máy có thị trường − Hiểu quy trình hoàn thành sản phẩm 3D hoàn chỉnh − Hiểu cần thiết công nghệ in 3D ngày áp dụng vào công nghiệp ngày − Biết cách vẽ 3D phần mềm AutoCAD hiệu chỉnh thông số trước in phần mềm Cura cách chỉnh chu − Nắm bắt thuật tốn hoạt động chương trình điều khiển − Hiểu tăng khả tư sau vài lần mắc lỗi phần cứng phần mềm 4.6.3 Kinh nghiệm kiến thức thực tế: − Biết cách tính tốn để thiết kế mơ hình thực tế − Tăng tính cách ngăn nắp, kỉ luật thân cho công việc sau thông qua việc dây cách gọn gàng − Va chạm với số thiết bị khí, làm tăng khả vận động chân tay dứt khốt − Biết tính tốn chi phí cách tối ưu Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 83 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM 4.7 Những thách thức đề tài: 4.7.1 Những hạn chế đề tài: − Bàn in đề tài chúng em làm từ mặt kính, khơng sử dụng bàn in nhiệt tốn loại máy khác Cơ việc dùng bàn in nhiệt để tăng độ bám dính lớp in đầu tiên, lý mà lại tốn nhiều chi phí Chúng em sử dụng lớp keo mỏng phủ lên mặt bàn trước in để tăng độ bám Qua đó, lớp in đầu bị sần sùi khơng đáng kể lớp sau cứng bình thường − Do mơ hình tự thiết kế không bắt mắt so với sản phẩm thị trường − In mẫu vật có độ phức tạp khơng q cao 4.7.2 Những khó khăn gặp phải thực hiện: − Tình hình chung, ảnh hưởng đại dịch nên giá thành linh kiện tăng chóng mặt − Những linh kiện khơng có có đắt, phải mua xa − Linh kiện bị hư hỏng trình chạy thử mơ hình − Mất nhiều thời gian để mài mò nghiên cứu 4.8 Hướng phát triển đề tài: − Nâng cấp máy thành máy chức 1, in 3D khắc CNC laser − Cải tiến dùng nhiều đầu in để sản phẩm có nhiều màu, đa dạng − Chế tạo khung máy phát triển nhiều kiểu tối ưu thị trường − Hạn chế đưa liệu in vào máy cách thủ cơng, thay vào đưa liệu lên đối tượng trung gian Web server, icloud, google Drive thông qua internet Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 84 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM KẾT LUẬN − Theo nhận định chúng em đề tài hay Nhưng chọn đề tài chúng em dự sợ khơng khả thi Nhưng với tính cần cù thích mài mị, nghiên cứu chúng em thực − Với trình độ, kiến thức kinh nghiệm chúng em mơ hình chạy trơn tru thành cơng − Hiểu thuật tốn, cách vận hành, có tham khảo số thư viện từ nguồn internet − Tuy nhiên để hiểu hết chi tiết, phân tích sâu giải thuật kiến thức cịn hạn chế phần phức tạp dành cho bậc trình độ cao − Đề tài sử dụng loại nhựa PLA có nguồn gốc từ thiên nhiên nên có tính thân thiện với mơi trường − Mơ hình góp phần tồn cầu hóa phát triển cơng nghệ in 3D, an tồn q trình hồn thành phát triển sản phẩm Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 85 Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quốc Hùng (2013) Giáo trình dung sai kỹ thuật đo, NXB đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [2] PGS.TS Đặng Thiện Ngơn (2013) Giáo trình trang bị điện – điện tử máy công nghiệp, NXB đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [3] Trịnh Chất – Lê Văn Uyến (2010) Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, NXB giáo dục Việt Nam [4] Trần Quốc Hùng (2014) Thiết kế máy cắt kim loại, Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Cảnh Hà (2016) Thiết kế máy in 3D sử dụng cấu Core XY, Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh [6] Marlin, (2022) Configuring https://marlinfw.org/docs/configuration/configuration.html Marlin, [7] Ultimaker Cura, (2011) Software, https://ultimaker.com/software/ultimakercura?fbclid=IwAR0oCho2p3oyFHOEmb2QM4Lj8M0PjEjScqXonm9LSsulNdKkoTE CkuMn6pk [8] G Codes, (2015) G Code Quick Reference Table, https://linuxcnc.org/docs/html/gcode/gcode.html?fbclid=IwAR1Z07BadvlyBdCwlhfgSjR7rehUYhphc8YP5LF1tp4QGROll9 aBpudwFDQ#gcode:g1 [9] Doxygen, (2016) Prusa https://linuxcnc.org/docs/html/gcode/g- MINI Firmware overview, code.html?fbclid=IwAR1Z07BadvlyBdCwlhfgSjR7rehUYhphc8YP5LF1tp4QGROll9 aBpudwFDQ#gcode:g1 Sinh viên thực hiện: Trần Văn Mới Phan Thế Nhân Người hướng dẫn: ThS Dương Quang Thiện 86 Thiết kế chế tạo máy in 3D cơng nghệ FDM PHỤ LỤC Thơng tin hình: Phụ lục Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM Các tùy chọn hình: Phụ lục Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM Các lưu ý cân bàn in: Bước 1: Chuẩn bị → Auto Home Chờ cho vòi phun di chuyển sang bên trái/mặt trước mơ hình Bước 2: Chuẩn bị → Những bước khơng thể phân hủy (Đóng truyền động, nhả động cơ) Bước 3: Di chuyển vòi phun nhựa san lấp mặt in góc bàn in điều chỉnh chiều cao tảng cách xoay núm bên Sử dụng mảnh giấy A4 (giấy in tiêu chuẩn) để hỗ trợ điều chỉnh, khoảng cách vòi phun bàn in đảm bảo vòi phun làm trầy xước nhẹ giấy Bước 4: Hoàn thành việc cân góc bàn in qua hành động vặn ốc góc bàn in để nén giản lị xo Bước 5: Lặp lại 1-2 lần cần thiết, trình cân bàn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Phụ lục ... kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM MỞ ĐẦU Mục tiêu đề tài: Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu thiết kế chế tạo máy in 3D sử dụng công nghệ in FDM, thay đổi số thiết kế so với số dòng máy in 3D truyền... Thiết kế chế tạo máy in 3D công nghệ FDM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu công nghệ in FDM nhựa PLA: 1.1.1 Công nghệ in FDM: Công nghệ in 3D FDM phát triển S Scott Crump vào cuối năm... Thiết kế chế tạo máy in 3D cơng nghệ FDM Hình 1.6: Máy in 3D Prusa i3 1.3.2 Máy in 3D Cube: Một loại máy nhiều cá nhân ưu tiên sử dụng nhất, máy gia công Việt Nam nên tốt mà tính khơng khác máy