CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang 2 CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Các phương pháp gia cơng đặc biệt GVHD: Nguyễn Hồi Nam Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH I GIỚI THIỆU Lịch sử phát triển Khái niệm Ba thời kỳ trình tạo mẫu Nền tảng trình tạo mẫu nhanh Lợi công nghệ tạo mẫu nhanh 11 II PHÂN LOẠI TẠO MẪU NHANH 13 Dựa sở chất lỏng 13 Dựa sở dạng khối 14 Dựa sở dạng bột 14 III NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẠO MẪU NHANH 15 A Phương pháp tạo mẫu lập thể (SLA) 15 Nguyên lý hoạt động 15 Hệ thống thiết bị 18 Hệ thống thiết bị với thơng số kỹ thuật tạo hình lập thể 3D 20 Phần mềm sử dụng hệ thống SLA Meastro bao gồm số module sau : 21 Đặc điểm 22 Ứng dụng 22 B Phương pháp xử lý sở khối SGC (Solid Ground Curing) 24 1.Nguyên lý 24 2.Thiết bị tạo mẫu 25 3.Đặc điểm 26 4.Ứng dụng 26 C Phương pháp tạo vật cán mỏng LOM (Laminate Object Manufacturing) 27 GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Nguyên lý hoạt động 28 Loại máy đặc điểm kỹ thuật 30 Đặc điểm 32 Ứng dụng 33 D Phương pháp thêu kết laser chọn lọc (SLS) 34 Nguyên lý 34 Thiết bị tạo mẫu 36 Đặc điểm 37 Ứng dụng 38 E Phương pháp in chiều 3DP (Three Dimensional printing) 41 Phương pháp in phun mực 42 Phương pháp ép 43 F Phương pháp cắt dây 45 IV SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO MẪU NHANH 47 V TRUYỀN TẢI DỮ LIỆU TỚI QUÁ TRÌNH TẠO MẪU NHANH 48 VI NHỮNG BẮT BUỘC TRÊN MƠ HÌNH 49 VII.PHẠM VI ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO MẪU NHANH 51 Đúc khuôn vỏ mỏng 51 Những ứng dụng chế tạo dụng cụ 53 3.Tạo mẫu nhanh chế tạo sản xuất 59 4.Tạo mẫu nhanh với công nghệ truyền thống 60 5.Tạo mẫu nhanh ứng dụng y học 61 VIII HƯỚNG DẪN KỸ NĂNG TẠO MẪU NHANH 62 IX PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 X MÁY SCAN 3D máy CMM 70 A ZScannerTM 700 800 70 B Máy đo tọa độ CMM 74 GVHD: Nguyễn Hồi Nam Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT I GIỚI THIỆU Ngày thị trường hàng hố cạnh tranh thay đổi mẫu mã ln địi hỏi phải rút ngắn trình thiết kế, chế tạo sản phẩm Vì cơng nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping Technology - RPT) trở thành vấn đề thời Có thể tạo sản phẩm nhanh cách: gia công nhanh, tạo khuôn nhanh tạo mẫu nhanh Gia công nhanh gia công cao tốc (High Speed Machining - HSM) phải dùng đến máy cơng cụ với tốc độ dao cắt lên đến vài chục nghìn vịng/phút Tạo “khn nhanh” (Rapid tooling) “mẫu nhanh” (Rapid prototyping) bước phát triển CAD (Computer Aided Design) Nếu có thiết bị tạo mẫu nhanh (thiết bị RPT) nối ghép với máy tính từ hình thể 3D thiết kế mơ tả hình nhanh chóng tạo vật thể chiều thực, sờ thấy được, thiết bị RPT Cho nên người ta gọi thiết bị RPT “máy in chiều” (Three dimension printer) Đặc điểm phần lớn phương pháp PRT chế tạo mẫu cách đắp thêm vật liệu theo lớp Muốn phải cắt mô hình 3D thiết kế CAD thành lớp có chiều dày xác định Để cho thuận tiện, trước cắt lớp, người ta chuyển mơ hình 3D sang dạng tệp đặc biệt, ví dụ tệp STL Cho đến có hàng chục phương pháp RPT phụ thuộc vào khả tạo lớp vật liệu sử dụng Dưới trình bày sơ lược chất số phương pháp thông dụng Phương pháp SLA (Stereo lithography apparatus) tạo mẫu từ vật liệu cao su bắt sáng (photocurable resin) lỏng Khi nguồn laser, điều khiển theo tín hiệu máy tính, quét phủ mặt cắt ngang mơ hình 3D làm hố cứng lớp Sau thùng đựng cao su lỏng hạ xuống nấc hình thành mẫu theo lớp Phương pháp SGC (Solid Ground Curing) phương pháp làm khô cứng lớp Khác với SLA, không sử dụng nguồn laser điểm mà dùng chùm ánh sáng cực tím chiếu lên toàn bề mặt, che chắn qua mặt nạ (mask) Phần vật liệu hở sáng đông cứng thành lớp Mặt nạ phim âm tiết diện cắt Phương pháp LOM (Laminated Object Manufacturing) dùng vật liệu dạng có phủ keo dính (chủ yếu giấy dùng nhựa, kim loại v.v.) Nguồn Laser tạo lớp mặt cắt cách cắt vật liệu theo đường biên mặt cắt vật thể Các lớp mặt cắt dán chồng lên nhờ hệ thống lăn gia nhiệt GVHD: Nguyễn Hồi Nam Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT Phương pháp SLS (Selective Laser Sintering) phương pháp thiêu kết tia Laser Sau lăn trải mặt bàn công tác lớp bột với chiều dày định trước, nguồn Laser quét phủ bề mặt cần tạo lớp vùng hạt vật liệu dính kết vào tạo thành lớp Mỗi bước di chuyển thẳng đứng hệ thống thiết bị hình thành lớp Phương pháp 3D Printing hoạt động theo nguyên tắc in “phun mực” Một loại mực keo đặc biệt phun lên lớp bột nhựa trải phẳng hoá cứng Như chúng tạo lớp lớp tạo vật thể Phương pháp FDM (Fused Deposition Manufacturing) dùng vật liệu dạng dây dễ chảy, ví dụ nhựa ABS Như mơ tả hình 4, sợi dây qua đầu gia nhiệt hố dẻo trải lên mặt theo biên dạng mặt cắt mẫu, theo lớp có chiều dày chiều dày lớp cắt Nhựa dẻo liên kết theo lớp tạo xong mẫu 1.Lịch sử phát triển Việc chế tạo máy tính, bậc máy tính cá nhân (PC) máy tính mini làm thay đổi phương thức làm việc xí nghiệp Đặc biệt máy tính ứng dụng nhiều lĩnh vực như: thiết kế (CAD – Computer Aided Design), chế tạo (CAM – Computer Aided Manufacturing), gia cơng điều khiển số nhờ máy tính (CNC – Computer Numerical Control) Và hệ thống tạo mẫu nhanh đời với tạo mẫu môi trường CAD Bảng 1.1 lịch sử phát triển nhiều công nghệ khác từ việc đánh giá bắt đầu giai đoạn Bảng 1.1 Lịch sử phát triển tạo mẫu nhanh công nghệ liên quan Năm 1770 1946 1952 1960 1961 1963 1988 GVHD: Nguyễn Hoài Nam Cơng nghệ Cơ giới hóa Máy tính Máy gia công điều khiển kỹ thuật số tự động Đầu tiên thương mại hóa thiết bị laser Đầu tiên thương mại hóa robot Hệ thống sơ đồ tác động tự động Hệ thống tạo mẫu nhanh tự động Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT 2.Khái niệm Khi phát triển sản phẩm mới, lúc vậy, có nhu cầu chế tạo mẫu (prototype) phận hay hệ thống thiết kế trước cấp lượng vốn lớn cho phương tiện sản xuất dây chuyền lắp ráp Lý cho nhu cầu chi phí cao tốn nhiều thời gian chuẩn bị công cụ sản xuất Vì vậy, việc tạo mẫu cần thiết để xử lý cố đánh giá thiết kế trước hệ thống phức tạp sẵn sàng sản xuất tung thị trường Việc nghiên cứu hệ mẫu giúp người thiết kế phát lỗi, tìm phương pháp thiết kế hiệu hơn, tốt Tuy nhiên, vấn đề tiếp cận tạo mẫu tốn nhiều thời gian : việc chuẩn bị dụng cụ máy móc tốn nhiều tháng, khó chế tạo mẫu phức tạp, phương pháp truyền thống khó khăn Trong chờ đợi tạo mẫu đầu tiên, phải trả công cho nhân viên chi phí khấu hao máy móc thiết bị Vậy tạo mẫu nhanh gì? Tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping - RP) công nghệ thiết kế mẫu tự động nhờ trình CAD (thiết kế với giúp đỡ máy tính) Với “máy in ba chiều”, cho phép người thiết kế nhanh chóng tạo mẫu hữu hình, truyền ý tưởng thiết kế họ đến cơng nhân khách hàng, ngồi tạo mẫu nhanh cịn sử dụng để thiết thử sản phẩm Tất nhiên “nhanh” thời hạn tương đối Thông thường, thời gian để tạo mẫu khoảng từ – 72 phụ thuộc vào kích thước độ phức tạp mẫu Khoảng thời gian chậm, so với việc tạo mẫu máy truyền thống thường từ nhiều tuần đến nhiều tháng, nhanh nhiều Do thời gian nên RP giúp cho nhà sản xuất nhanh chóng đưa sản phẩm thị trường giảm chi phí sản xuất Đó ưu điểm bậc trình tạo mẫu nhanh 3.Ba thời kỳ trình tạo mẫu Tạo mẫu hay làm mẫu cơng nghệ có từ thời xa xưa Mục đích cơng nghệ mơ hình hóa ý tưởng thiết kế Như mẫu thường làm theo yêu cầu ban đầu người thiết kế trước bắt đầu trình sản xuất thực Mẫu tạo với nhiều hình thức khác như: hớt vật liệu, gia công cắt gọt, tạo mẫu khuôn, … với nhiều loại vật GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT liệu là: kẽm, urethanes, … Do đó, phạm vi thí nghiệm tạo mẫu nhanh thích hợp Bảng 1.2 Các thời kỳ tạo mẫu tạo mơ hình Mơ hình hình học Thời kỳ đầu tiên: khung tạo độ 2D  Bắt đầu thập niên 60  Một vài khuynh hướng đưa ra: - Sơ đồ mạch đưa bo mạch - Quan sát kế hoạch cho thành phần kỹ thuật  Kỹ thuật tạo mẫu có tự nhiên Q trình tạo mẫu Thời kỳ đầu tiên: tạo mẫu thô sơ  Thực cách nhiều kỷ  Thực tạo mẫu xem nghề khéo léo: Mẫu làm theo truyền thống làm tay - Dùng vật liệu truyền thống để tạo mẫu  Công nghệ tạo mẫu tự nhiên - Thời kỳ thứ hai: Mơ hình mặt Thời kỳ thứ hai: Phần mềm hay đường cong 3D trình tạo mẫu ảo  Giữa thập niên 70  Giữa thập niên 70  Gia tăng mức độ phức tạp  Gia tăng mức độ phức tạp  Phần mềm cung cấp cho biết  Thể nhiều thông tin cấp độ ứng suất, mơ kiểm tra xác tạo dáng, kích thước với thiết bị xác tính đường viền bề mặt chi tiết chất đặc trưng khác GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT Thời kỳ thứ ba: Mơ hình dạng khối Thời kỳ thứ ba: Tạo mẫu nhanh  Từ năm đầu thập niên  Bắt đầu từ thập niên 80 80  Lợi ích việc tạo mẫu nhanh  Các góc, bề mặt, lỗ liên kết thực việc tạo mẫu thời gian với tạo thành chi tiết ngắn, điểm mạnh phương pháp  Từ bên ngồi máy tính tính  Sản phẩm tạo mẫu nhanh có xác phận bên chi tiết Tuy nhiên vấn đề khơng cịn thể dùng để kiểm tra mẫu sản dấu vết bề mặt phần giao xuất phương pháp khác bề mặt gốc  Thiết bị trợ giúp mẫu  Mơ hình chưa rõ ràng q trình sản xuất có độ xác cao Q trình tạo mẫu phân làm ba thời kỳ , thời kỳ tóm lược bảng 6.2 Hai thời kỳ sau đời gần 20 năm trở lại Tương tự q trình tạo mẫu máy vi tính, tính chất vật lý mẫu nghiên cứu phát triển thời kỳ thứ ba a.Thời kỳ đầu: tạo mẫu tay Thời kỳ đời cách vài kỷ Trong thời kỳ này, mẫu điển hình khơng có độ phức tạp cao chế tạo mẫu trung bình khoảng tuần Phương pháp tạo mẫu phụ thuộc vào tay nghề thực công việc cách nặng nhọc b.Thời kỳ thứ hai: phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo Thời kỳ thứ hai tạo mẫu phát triển sớm, khoảng đầu thập niên 70 Thời kỳ có phần mềm tạo mẫu hay tạo mẫu ảo Việc ứng dụng CAD/CAE/CAM trở nên phổ biến Phần mềm tạo mẫu phát họa máy vi tính suy tưởng, ý tưởng Các mẫu mơ hình vật lý: kiểm tra, phân tích đo ứng suất hiệu chỉnh cho phù chúng chưa đạt yêu cầu Thí dụ phân tích ứng suất sức căng bề mặt chất lỏng dự đốn xác xác định xác thuộc tính tính chất vật liệu Hơn nữa, mẫu thời kỳ trở nên phức tạp nhiều so với thời kỳ đầu, khoảng hai lần Vì thế, thời gian yêu cầu cho việc tạo mẫu có khuynh hướng GVHD: Nguyễn Hồi Nam Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT tăng lên khoảng 16 tuần, tính chất vật lý mẫu phụ thuộc phương pháp tạo mẫu trước Tuy nhiên, việc vận dụng tốt máy gia cơng xác cải thiện tốt tính chất vật lý mẫu Cùng với tiến lĩnh vực tạo mẫu nhanh thời kỳ thứ ba, có trợ giúp lớn trình tạo mẫu ảo Tuy nhiên cịn giới hạn tồn so với công nghệ tạo mẫu nhanh Các vấn đề bao gồm: - Sự giới hạn vật liệu (bởi chi phí cách sử dụng cho vật liệu không giống để tạo chi tiết) - Khơng có khả thực trình ghi thảo - Có thể độ tin cậy liệu thấp hay khơng có Những vấn đề tập hợp từ qui trình cơng nghệ tạo mẫu nhanh đến q trình phân tích giới hạn phận cấu tạo Đặc biệt ứng dụng phân tích động học động lực học, phần mềm phân tích tính chất vật lý nhiều loại vật liệu khác thép, nước đá, nhựa, đất sét hay số vật liệu truyền thống khác Phần mềm tính tốn mơ hình thật sự, điều có ý nghĩa lớn cho q trình sản xuất - hạn chế phế phẩm c.Thời kỳ thứ ba: trình tạo mẫu nhanh Tính chất vật lý phần sản phẩm trình tạo mẫu nhanh biết đến Q trình tạo mẫu rỗng thích hợp cho việc sản xuất bàn nâng hay công nghệ sản xuất lớp Cơng nghệ thể q trình phát triển tạo mẫu thời kỳ thứ ba Việc phát minh thiết bị tạo mẫu nhanh phát minh quan trọng Những phát minh đáp ứng yêu cầu giới kinh doanh thời kỳ này: giảm thời gian sản xuất, độ phức tạp mẫu tăng, giảm chi phí Ở thời điển người tiêu dùng yêu cầu sản phẩm chất lượng lẫn mẫu mã, nên mức độ phức tạp chi tiết tăng lên, gấp ba lần mức độ phức tạp mà chi tiết làm vào năm thập niên 70 Nhưng nhờ vào công nghệ tạo mẫu nhanh nên thời gian trung bình để tạo thành chi tiết cịn lại tuần so với 16 tuần thời kỳ thứ hai Năm 1988, 20 công nghệ tạo mẫu nhanh đưa vào sử dụng 4.Nền tảng trình tạo mẫu nhanh Thơng thường, tất phương pháp tạo mẫu nhanh khác thường có chung tảng sở mà diễn đạt sau:  Mẫu hay phận chi tiết thiết kế phần mềm CAD gia công kỹ thuật số Mẫu phải thể đầy đủ lý tính để sản xuất phải thể GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT mặt kín với kích thức giới hạn rõ ràng Đó liệu, đặc biệt liệu bên trong, bên phạm vi giới hạn mẫu Yêu cầu thực không cần thiết công nghệ tạo mẫu dùng công nghệ tạo mẫu dạng khối Mơ hình dạng khối tự động giới hạn thể tích Yêu cầu bảo đảo tất mặt cắt ngang đường cong kín để tạo khối vật thể  Mơ hình dạng khối hay mơ hình bề mặt dùng để tạo lớp thay đổi file kích thước có tên “ STL” mà file khởi đầu hệ thống 3D File kích thước Stl có kích thước gần bề mặt mơ hình đa giác Các mặt cong bậc cao phải dùng nhiều đa giác, điều có nghĩa file Stl dùng cho chi tiết mặt cong phải có dung lượng lớn Tuy nhiên có vài hệ thống tạo mẫu nhanh chấp nhận liệu IGES để cung cấp xác đặc tính  Máy tính phân tích file Stl để xác định rõ ràng mơ hình cho sản xuất lớp mỏng mặt cắt ngang Bề mặt cắt ngang tạo theo phương pháp hạ dần xuống suốt q trình hóa cứng chất lỏng hay bột sau kết hợp thành mẫu 3D Một khả khác bề mặt cắt ngang lớp mỏng hay dạng khối, lớp mỏng liên kết với để hình thành nên mẫu 3D Các phương pháp tạo mẫu tương tự khác dùng cho cơng việc tạo mẫu Nói cách khác, phát triển trình tạo mẫu nhanh thể qua bốn vấn đề quan trọng: cung cấp liệu, phương pháp, vật liệu ứng dụng a.Cung cấp liệu Dữ liệu 3D cung cấp chuyển đến tín hiệu điện tử theo u cầu để mơ tả vấn đề có liên quan đến vật thể Có hai vấn đề quan trọng – mơ hình máy hay mơ hình vật thể Hệ thống CAD tạo mơ hình máy tính, mơ hình dạng mặt phẳng hay dạng khối Ở khía cạnh khác khơng phải tất mơ hình vật thể đơn giản Nó u cầu thu thập liệu để đưa phương pháp đối lập Trong công nghệ đối lập trang bị đầy đủ thiết bị đo tọa độ (CMM) mã hóa laser b.Các phương pháp Hiện có 20 nhà sản xuất hệ thống tạo mẫu nhanh, tùy phương pháp xử lý nhà sản xuất mà ta phân tích thành số cấp bậc: xử lý quang hóa, gia cơng dán/ liên kết, nung nóng hóa rắn/ hóa lỏng liên kết bó buộc Việc xử lý quang hóa cịn phân tích thành nhóm nhỏ: chùm laser đơn, chùm laser đơi đèn mạ c.Vật liệu Tùy thuộc vào nét đặc trưng vật liệu ta lựa chọn vật liệu: dạng khối, dạng lỏng hay bột bụi Ở dạng khối có hình thức khác là: GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang 10 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT viên, dây hay phiến mỏng Một số vật liệu sử dụng là: giấy, nilon, nhựa, sáp, kim loại đất sét d.Các ứng dụng Hầu hết tất chi tiết tạo mẫu nhanh hoàn chỉnh hay sửa chữa trước đem sử dụng để đảm bảo cho sử dụng Các ứng dụng phân thành nhóm: (1) thiết kế, (2) cơng nghệ, phân tích lập kế hoạch, (3) gia công cắt gọt sản xuất Tạo mẫu nhanh đem lợi nhuận khổng lồ lĩnh vực như: vũ trụ không gian, tự động hóa, y-sinh học, điện-điện tử, sản phẩm tiêu dùng 5.Lợi công nghệ tạo mẫu nhanh Các hệ thống tạo mẫu nhanh ngày tự động, không gia công, không cần khuôn mẫu mà chế tạo trực tiếp chi tiết khả chất lượng giới hạn Các chi tiết chế tạo từ phương pháp có độ xác cao chất lượng bề mặt chi tiết không gia công đến nguyên công cuối Vì sản phẩm tạo mẫu nhanh thường gia công tinh lại phương pháp gia công khác Tuy nhiên, thời gian chế tạo chi tiết ngắn liệu thiết kế chi tiết cịn sử dụng lại, nên cơng nghệ tạo mẫu nhanh đem lại lợi nhuận khổng lồ chúng phân tích thành lợi nhuận trực tiếp lợi nhuận gián tiếp a.Lợi nhuận trực tiếp Đối với công ty tạo mẫu nhanh lợi nhuận tới từ nhiều phía Cơng ty có khả thực thí nghiệm tạo mẫu có mức độ phức tạp khác thời gian ngắn nhất, sản phẩm đưa thị trường có độ phức tạp cao hình dáng chất lượng Hầu hết mối quan tâm trích tập trung vào vấn đề thời gian để chế tạo mẫu Khi bắt đầu vào năm 70, mẫu tạo thời gian khoảng tuần, đến đầu năm 1980 thời gian tăng lên 16 tuần Tuy nhiên, với việc sử dụng công nghệ CAD/CAM CNC với tiến công nghệ tạo mẫu nhanh thời gian cịn lại tuần vào năm 1995 Tùy đặc tính riêng cơng ty mà lợi nhuận đến từ lĩnh vực khác cho hiệu khác  Lợi nhuận đến từ người thiết kế chế tạo Những người thiết kế chế tạo có khả làm gia tăng mức độ phức tạp mà ảnh hưởng đến thời gian chi phí, chức tạo dáng nghệ thuật khả thẩm mỹ điều chỉnh Họ thiết kế tối ưu hóa mẫu theo yêu cầu khách hàng mà bị hạn chế cho q trình sản xuất Có thể loại bỏ số thiết bị mà trước GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang 11 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT tồn thiếu cơng cụ, giảm việc gia cơng tránh lãng phí Với số thiết bị chuyên dùng giảm thời gian phân tích, lựa chọn kẹp chặt, thiết kế chi tiết, khoan lỗ vẽ lắp Có vài khống chế việc thiết kế chi tiết Các thiết bị gia công không dễ dàng gia công lần, độ xác cao, khơng thể gia cơng lớp dày để giảm số lần gia cơng lãng phí Nhưng với hệ thống thiết bị tạo mẫu nhanh Thì vấn đề giải cách đáng kể Người thiết kế có khả tiết kiệm vật liệu tối ưu hóa hệ số cứng vững/ trọng lượng mà không ý đến chi phí gia cơng Cuối thị trường tiêu thụ chấp nhận thời gian chế tạo chất lượng sản xuất  Lợi nhuận từ máy thiết kế gia cơng kỹ sư chế tạo Vấn đề phải tiết kiệm chi phí, người kỹ sư tối ưu hóa thiết kế, việc chế tạo kiểm tra gia công cắt gọt Những chi phí cố định giảm xuống, giảm phận đếm, phận lắp ráp, kiểm tra tức lợi hàng năm phí tổn Nhà sản xuất giảm số lượng nhân lực chi tiết có cấu trúc việc thiết lập lại chương trình thực cách dễ dàng, giảm bớt công việc gia công đúc, giảm cách đáng kể chi phí kiểm tra chi phí lắp ráp Giảm lãng phí vật liệu, chi phí vận chuyển kiểm tra lượng dư ngun vật liệu từ giảm chi phí chế tạo chi tiết Loại bỏ chi phí kiểm tra thay đổi mẫu thiết kế hay chi tiết không ưa chuộng thị trường Thêm vào nhà sản xuất đơn giản hóa mối lợi nhuận hầu hết đơn vị giá phụ thuộc vào số lượng yêu cầu thực thời gian ngắn hạn Lợi nhuận năm thiết bị vạn lớn nhiều so với thiết bị chuyên dùng, vấn đề quan trọng phải giản chi phí trang thiết bị bảo trì Vì lý mà cần phải có số kỹ sư vận hành tay nghề cao qua huấn luyện Nhờ giảm bớt cơng việc kiểm tra phế phẩm u cầu dung sai xác cao việc yêu cầu kẹp chặt khơng cần phải địi hỏi Các kích thước thiết kế thay đổi nhanh chóng mà giữ cấp độ xác cao lập lại việc sản xuất chi tiết có tỉ lệ thành cơng cao khơng có hao mòn dụng cụ Cuối loại thiết bị giảm phận phụ khơng cần thiết b.Lợi nhuận gián tiếp Ngồi lợi nhuận từ việc thiết kế phân xưởng sản xuất cơng nghệ tạo mẫu nhanh cịn đem lại lợi nhuận gián tiếp  Lợi nhuận đến từ phận tiếp thị GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang 12 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Trên thị trường thiết bị giới thiệu với khả công nghệ có thêm nhiều hội mới, giảm cách đáng kể thời gian tiếp thị Phải giới thiệu chức ẩn, có khả tạo sản phẩm có giá thành thấp cho suất cao cơng nghệ Nhà tiếp thị có khả yêu cầu gia tăng tính đa dạng thiết bị theo yêu cầu thị trường đại, dễ dàng mở rộng thị trường phân phối nhanh chóng đưa sản phẩm vào thị trường  Lợi nhuận đến từ khách hàng Khách hàng mua sản phẩm mà họ biết đến đặc tính cần thiết mong muốn Hơn khách hàng mua thiết bị có giá thành thấp khấu hao sản xuất nhanh chóng lấy lại II PHÂN LOẠI TẠO MẪU NHANH Do có nhiều phương diện sản xuất nên hình thành nhiều loại hệ thống tạo mẫu nhanh thị trường, để phân loại cách bao quát hệ thống tạo mẫu nhanh dựa sở vật liệu sản xuất Ở kiểu phân loại tất hệ thống tạo mẫu nhanh dễ dàng phân thành ba loại: - Dựa sở chất lỏng - Dựa sở dạng khối - Dựa sở dạng bột Dựa sở chất lỏng Các hệ thống tạo mẫu nhanh dựa sở tảng chất lỏng bắt đầu với vật liệu trạng thái lỏng Quá trình tạo mẫu q trình lưu hóa, vật liệu chuyển đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Sau số phương pháp tạo mẫu nhanh dựa sở chất lỏng: Thiết bị tạo mẫu lập thể SLA Thiết bị xử lý dạng khối Cubital (SGC) Thiết bị tạo mẫu dạng khối Sony (SCS) Thiết bị Laser – tử ngoại tạo vật thể dạng khối Misuibishi (SOUP) Thiết bị tạo ảnh EOS Thiết bị tạo ảnh khối Teijin Seikils Thiết bị tạo mẫu nhanh Meiko cho ngành công nghiệp đồ trang sức SLP Denken GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang 13 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT COLAMM Misui LMS Fockele Schwarze Thiết bị điêu khắc ánh sáng Thiết bị hai chùm tia laser 2.Dựa sở dạng khối Ngoại trừ vật liệu dạng bột, hệ thống tạo mẫu nhanh với vật liệu dạng khối có liên quan đến tất hình thức vật liệu dạng khối bao gốm dạng: dây, cuộn, dát mỏng dạng viên Sau số phương pháp tạo mẫu nhanh tượng trưng cho phương pháp này: Thiết bị chế tạo vật thể lớp mỏng (LOM) Thiết bị mẫu làm nóng chảy Stratasy (FDM) Thiết bị dập nóng chọc chất kết dính KiRa Thiết bị tạo mẫu nhanh Kenergy Thiết bị tạo mẫu 3D Multi-Jet Thiết bị tạo mẫu nhanh IBM Thiết bị tạo mẫu cát công ty Model Maker MM-6B Sparx AB’s Hot Plot Tạo mẫu không gian giới hạn Laser CAMM 3.Dựa sở dạng bột Trong khả giới hạn, dạng trạng thái bột xem dạng trạng thái khối Tuy nhiên, tạo ý định loại thiết bị không phụ thuộc vào hệ thống thiết bị tạo mẫu nhanh vật liệu trạng thái khối sở Sau số phương pháp tạo mẫu nhanh tượng trưng cho phương pháp này: Thiết bị in laser DTM (SLS) Thiết bị sản xuất khuôn đúc trực tiếp Soligen (DSPC) Thiết bị xử lý hóa cứng nhiều giai đoạn Fraunhofer (MJS) Hệ thống thiết bị EOSINT EOS Thiết bị sản xuất công nghệ đường đạn đạo (BPM) Thiết bị sản xuất in 3D MIT (3DP) Phương pháp khơng có tính đồng hệ thống, thể việc số sử dụng tia laser, số khác lại sử dụng chất kết dính/ keo để đạt mức độ liên kết GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang 14 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT III NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẠO MẪU NHANH A Phương pháp tạo mẫu lập thể (SLA) Nguyên lý hoạt động Phương pháp SLA dựa vào nguyên tắc đông cứng vật liệu lỏng photopolymer thành hình dạng rõ ràng chiếu chùm tia Laser cường độ cao Có thể sử dụng Laser He-Cd với bước sóng 325nm Laser rắn Nd:YVO4 với bước sóng 354,7nm Một thùng chứa đầy dung dịch lỏng photopolymer Trong thùng có bệ đỡ (bàn gá) nâng hạ (như thang máy) Chất lỏng hỗn hợp monome acrylic, oligome photoinitiator Trên hình 3.1, bệ đỡ vị trí cao (ở độ sâu a) lớp chất lỏng cạn Máy phát Laser phát chùm tia cực tím tập trung diện tích dung dịch photopolymer di chuyển theo hướng X-Y Chùm tia cực tím làm đơng hết phần dung dịch chiếu sáng hình thành nên khối đặc Bệ đỡ hạ xuống lượng vừa đủ để lượng chất lỏng phủ lên phần polyme đông đặc trình lặp lại Quá trình tiếp diễn đạt mức b Lúc ta tạo tiết hình trụ có bề dày không đổi Chú ý lúc bệ đỡ di chuyển theo phương thẳng đứng lượng ab GVHD: Nguyễn Hồi Nam Trang 15 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT Hình 3.1 Nguyên lý trình SLA Tại mức b, chuyển động theo phương X-Y chùm tia rộng hơn, ta tạo mặt phẳng mặt bích bên phần tạo từ trước Sau đạt bề dày thích hợp, trình tiếp tục để tạo nên phần hình trụ mức b c Chú ý phần dung dịch xung quanh trạng thái lỏng khơng bị đơng kết tia cực tím chi tiết tạo thành từ đáy lên theo "lát" riêng biệt có chiều dày từ 0,05 : 0,2mm Các lát liên kết lại với thành khối Phần chất lỏng khơng bị đơng kết sử dụng lại để tạo chi tiết khác trình tạo mẫu khác Bởi chi tiết tạo thành môi trường chất lỏng bên vật thể cịn chứa chất lỏng polyme, cần phải thêm kết cấu trợ giúp (supports) để tăng độ cứng chi tiết để tránh cho phần chi tiết tạo thành chìm chất lỏng khơng bị lên không bị trôi tự thùng Thời gian quét chùm tia Laser phụ thuộc vào hình dạng hình học đường viền, mẫu vạch, tốc độ tia Laser thời gian bao phủ (thời gian để lớp polymer chụp rắn lại thời gian để lớp cuối rắn lại) Q trình tạo mẫu nói thực qua giai đoạn hình 3.2 GVHD: Nguyễn Hồi Nam Trang 16 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT Hình 3.2 Các giai đoạn tạo mẫu phương pháp SLA lấy chi tiết khỏi hệ thống SLA, chi tiết phải trải qua loạt trình hậu xử lý (post-processing) Đầu tiên, chất polymer dư làm hết Những chi tiết làm phương pháp chuẩn để bỏ chất nhựa dư với : Tri-propylene Glycol Monomethyl Ether, rửa nước, sau rửa iso-propyl alcohol, chi tiết làm khơ khơng khí Do tia Laser không cung cấp đủ lượng để xử lý hồn tồn chi tiết, nên q trình xử lý tinh chi tiết thực thiết bị xử lý tinh PCA (Post-Curing Apparatus) PCA buồng với bàn quay bóng đèn chiếu tia tử ngoại Thông thường, người ta đặt chi tiết PCA khoảng từ 30 phút đến Chi tiết sẵn sàng để lấy khỏi cấu phụ trợ để xử lý bề mặt : đánh bóng, mạ phủ, có u cầu GVHD: Nguyễn Hồi Nam Trang 17 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Hệ thống thiết bị Các phận hệ thống SLA máy tính điều khiển, panel điều khiển, nguồn Laser, hệ thống quang học buồng xử lý HeCd-laser Thấu kính Gương Cơ cấu nâng quét Chất lỏng polyme Hene-laser Bàn gá Hình.3.3 Thiết bị ù hoạt động phương pháp SLA Các máy 3D Systems đa dạng kích thước chủng loại Có vài kiểu máy có sẵn thường sử dụng : SLA-190, SLA-250, SLA-350, SLA500 Hình 3.4a Máy tạo mẫu nhanh SLA 250 GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang 18 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT Hình 3.4b Máy tạo mẫu nhanh SLA 190 GVHD: Nguyễn Hồi Nam Trang 19 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐẶC BIỆT Hệ thống thiết bị với thông số kỹ thuật tạo hình lập thể 3D  Cơng ty: Nhà doanh nghiệp Raymond - S - Freed người phát minh hệ thống tạo mẫu lập thể 3D vào năm 1986 Hầu hết hệ thống tạo mẫu nhanh có ý nghĩa thương mại gọi thiết tạo mẫu lập thể hay phương tạo mẫu nhanh SLA Khả đa dạng hệ thống 3D cung cấp nhiều chi tiết có kích thước khác cho suất cao Có vài kiểu máy thường sử dụng là: SLA190, SLA -250, SLA-350, SLA- 500 Công nghệ máy SLA – 190 công nghệ phương pháp tạo mẫu nhanh sử dụng tia laser He-Cd Máy công nghệ SLA – 250 loại máy sử dụng rộng rãi giới Máy công nghệ SLA – 350 hệ công nghệ SLA, tạo sản phẩm dạng khối Nd: YV4 laser cho suất cao 35% so với máy SLA – 250 tạo chi tiết Máy SLA – 500 đỉnh cao thiết bị sản xuất 3D, sử dụng tia laser Argon mạnh Các tính kỹ thuật hệ máy tóm lược bảng 3.3: Bảng 3.3 Các đặc tính kỹ thuật hệ thống SLA Thiết bị SLA-190 SLA-250 SLA-350 SLA-500 Loại laser He-Cd He-Cd YVO4 Argon Cường độ laser (mW) 7,5 16 160 132-264 Đường kính tia laser (mm) 0,2-0,29 0,2-0,29 0,25 0,2-0,25 Độ phân giải theo đường 0,0025 0,0025 0,0018 0,0018 thẳng đứng máy nâng (mm) Thể tích chứa (lít) 29,5 99,3 253,6 Khơng gian làm việc, XYZ 190.190.25 250.250.25 350.350.4 508.508.5 (mm.mm.mm) 0 00 80 Khối lượng lớn _ 9,1 56,8 68,04 chi tiết (kg) Bề dày lớp nhỏ 0,1 0,1 0,05 0,1 (mm) Kích thước đơn vị 0,7x1,2x1, 0,7x1,2x1, 1,0x1,0x2 1,8x1,2x2 (m.m.m) 6 ,0 ,0 Đơn vị điều khiển liệu PC PC PC PC GVHD: Nguyễn Hoài Nam Trang 20